La combustion du carbone livre ses secrets
Publié par Isabelle le 17/09/2019 à 14:00
Source: CNRS INC
Du feu de bois au charbon, la combustion du carbone est une réaction omniprésente qui reste pourtant difficile à étudier. Des chimistes du Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP, CNRS/Université de Bordeaux) et du Centre interuniversitaire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) (CIRIMAT, CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse) ont adapté d'anciennes méthodes afin d'observer en détail comment se déroule cette réaction en fonction de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...). Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie, soulignent des comportements inattendus, potentiellement capables d'aider à une production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) plus propre.


Le diagramme d'Arrhenius de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). © Picheau et al.

Bien qu'à l'origine de la dernière révolution industrielle et particulièrement étudiée depuis une cinquantaine d'années, la réaction de combustion du carbone cache encore bien des mystères. Les liens entre sa cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.), c'est-à-dire la vitesse (On distingue :) de la réaction, et la température ou la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) consommée sont en effet mal connus. En effet, certaines interactions physiques masquent les processus chimiques de l'oxydation du carbone (C) en dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...) (CO2). Des chercheurs du Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP, CNRS/Université de Bordeaux) et du Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (CIRIMAT, CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse) ont contourné cette difficulté en proposant une nouvelle méthode, dite des isothermes successives.

Leur approche est basée sur l'analyse thermogravimétrique, qui mesure la perte de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) en fonction de la température. D'habitude, ces mesures sont effectuées en plusieurs fois à une température constante différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau...), ce qui permet d'obtenir le diagramme de la cinétique de la réaction: le diagramme d'Arrhenius. L'équipe du CRPP est parvenue à recueillir suffisamment de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) pour construire le diagramme en une seule mesure, ce qui ne prend que quatre à six heures (L'heure est une unité de mesure  :) contre plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) normal. Leurs résultats montrent des comportements inattendus du carbone. En effet, à partir de certaines températures, la quantité d'oxygène nécessaire à la réaction augmente, ce qui suggérerait que le carbone s'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) d'abord en monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un atome de carbone et...) (CO), puis en CO2. Ensuite, dans certains cas, l'énergie nécessaire à l'activation (Activation peut faire référence à :) de la réaction augmente aux hautes températures, ce qui n'était pas non plus prévu. Une meilleure compréhension de ces phénomènes pourrait permettre un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) meilleur et donc plus propre de la production d'énergie. Les chercheurs continuent d'explorer l'oxydation du carbone, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en soulignant que leur méthode des isothermes successives s'applique à d'autres combustions.

Références:
Emmanuel Picheau, Ferdinand Hof, Alain Derré, Barbara Daffos et Alain Pénicaud.
Thermal oxidation of carbonaceous nanomaterials revisited: evidences of mechanism changes
Angewandte Chemie International Edition - Juillet 2019

DOI: 10.1002/ange.201906026
Page générée en 0.009 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique