Combustion
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La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production de chaleur et de lumière).
Cette réaction est la rupture des liaisons entre les molécules du combustible, et la création de nouvelles molécules plus stables chimiquement.
Exemple : le méthane et l’oxygène CH4 + 2O2 => CO2 + 2H2O + Chaleur
Le dioxyde de carbone CO2 et l’eau H2O sont plus stables que l’oxygène et le méthane.
En l’occurrence, l’oxydation d’un combustible (corps plus réducteur, qui sera oxydé) par un comburant (corps plus oxydant, qui sera réduit). Elle est déclenchée par une énergie d’activation. La production de chaleur permet à cette réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas.
- Le combustible est l’élément chimique qui possède un pouvoir calorifique. Ce peut être un gaz (butane, propane, gaz de ville, dihydrogène...), un liquide (essence, gasoil, huile, kérosène...) ou un solide (bois, papier, carton, tissu, plastique...). Ce peut être un mélange de différent corps.
- Le comburant est l’autre réactant de la réaction chimique. La plupart du temps, il s’agit de l’air ambiant, et plus particulièrement de l’un de ses composants principaux, le dioxygène. En privant un feu d’air, on l’éteint ; par exemple, si on place une bougie chauffe-plat allumée dans un bocal de confiture et qu’on ferme le bocal, la flamme s’éteint ; à l’inverse, si l’on souffle sur un feu de bois, cela l’active (on apporte plus d’air). Dans certains chalumeaux, on apporte du dioxygène pur pour améliorer la combustion.
- Dans certains cas très particulier (souvent explosifs), le comburant et le combustible sont un seul et même corps (par exemple la célèbre nitroglycérine, molécule instable comportant une partie oxydante greffée sur une partie réductrice).
- L’énergie d’activation est le déclencheur du feu. Il s’agit généralement de chaleur. Par exemple, ce sera l’allumette que l’on frotte, le câble électrique qui chauffe, ou une autre flamme (propagation du feu), étincelle (de l’allume-gaz, de la pierre du briquet ou d’un appareil électrique qui se met en route ou s’arrête). Mais il y a d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : électricité, radiation, pression, etc. qui permettront toujours une augmentation de la température.
- Certains composés chimiques, appelés catalyseurs, modifient par leur présence la quantité d’énergie nécessaire pour activer la réaction, soit en la réduisant (activateur), soit en l’augmentant (inhibiteur).
- Dans le cas des combustibles solides, l’énergie d’activation va permettre de vaporiser ou de pyrolyser le combustible. Les gaz, ainsi produits, vont se mélanger au comburant et donner le mélange combustible. Si l’énergie produite par la combustion est supérieure ou égale à l’énergie d’activation nécessaire, la réaction de combustion s’auto-entretient.
La quantité d’énergie produite par la combustion est exprimée en kilojoules (kJ). Elle dépend du pouvoir calorifique du combustible exprimé en fonction de son poids (kJ/kg). Il existe deux mesures possibles de ce pouvoir calorifique selon l’état de l’eau présente lors de la combustion:
- Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est l’énergie résultant de la combustion auquel on ajoute l’énergie que la vapeur d’eau restitue à son environnement en se condensant.
- Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est l’énergie résultant de la combustion sans tenir compte de l’énergie consacrée à la vaporisation de l’eau.
La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur de vaporisation de l’eau, qui vaut à peu-près 2250 kJ/kg (cette dernière valeur dépend de la pression et de la température).
La combustion est caractérisée par la vitesse du front de flamme :
- La déflagration : vitesse de quelques centaines de mètres par seconde
- La détonation : vitesse de l’ordre du kilomètre par seconde (supérieure à la vitesse du son)
La combustion est utilisée dans le domaine de l’astronautique pour fournir l’énergie de propulsion des engins spatiaux.
Les termes correspondants en anglais sont burning et combustion.
Selon le type de combustion employé dans un propulseur, on parle de :
- combustion en cigarette,
- combustion érosive,
- combustion transversale extérieure,
- combustion transversale intérieure.
Référence
Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.
Voir aussi
- briquet (allumage d’un feu)
- feu
- chambre de combustion
- combustible
- comburant
- explosion
- moteur à combustion interne
- oxydo-réduction
- pression de combustion
- triangle du feu
- incendie