Combustion
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Chimie de la combustion

Combustion du méthane dans le dioxygène

La combustion est une réaction chimique où des molécules complexes sont décomposées en molécules plus petites et plus stables via un réarrangement des liaisons entre les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...). La chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) 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.) est une composante majeure de la chimie à haute 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 chaud, provenant du...) qui implique principalement des réactions radicalaires. Toutefois il est possible de traiter la combustion via une réaction globale unique.

Exemple  :

Combustion du propane dans le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions...)

H3C-CH2-CH3 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

Le 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...) CO2 et l’eau H2O sont plus stables que le dioxygène et le propane.

La combustion est une réaction d'oxydo-réduction, en l’occurrence l’oxydation d’un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique...) par un comburant ;

  • le combustible est le corps qui est oxydé durant la combustion ; c'est un réducteur, il perd des électrons ;
  • le comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible. Le principal comburant est le dioxygène.) est le corps qui est réduit ; c'est un oxydant, il gagne des électrons.

Comme pour toutes réactions chimiques, un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni...) facilite la combustion et comme cette dernière possède souvent une 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.) d'activation (Activation peut faire référence à :) élevée, l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) permet de travailler à une température moins élevée. Ceci permet une combustion complète comme dans le cas des pots (POTS est un sigle anglais qui signifie Plain Old Telephone System que l'on peut traduire en français par le bon vieux téléphone. Dans certains pays on parle de réseau fixe ou de téléphone fixe. Il...) catalytiques qui grâce à la présence de métaux catalytiques brûlent les résidus des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) d'échappement à une température inférieure à celle régnant dans le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]).

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 (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) 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.

Caractéristiques

Combustion rapide

La combustion rapide est une forme de combustion au cours de laquelle de grandes quantités de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et d'énergie sous forme de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) sont relâchées, donnant naissance au feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.). Elle est utilisée dans certaines machines telles que les moteurs à combustion interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...) ou les armes thermobariques.

Combustion lente (La Lente est une rivière de la Toscane.)

La combustion lente est une réaction se réalisant à des températures peu élevées.

  • On peut citer le cas de la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois...) cellulaire : cette lenteur due à des enzymes spécifiques permettent d'augmenter les réactions d'oxydoréduction et ainsi d'obtenir un très bon rendement par récupération d'une grande partie de l'énergie.

Combustion complète

Lors d'une combustion complète, le réactif réagira avec le comburant jusqu'à former des produits qui ne pourront plus être oxydés, c'est-à-dire que ces produits ne peuvent plus réagir avec le comburant: les produits ont atteint un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de stabilité qu'une réaction de combustion ne peut modifier. Dans le cas d'un hydrocarbure réagissant avec le dioxygène, les produits de combustion sont le dioxyde de 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.) et de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Il existe pour chaque élément un produit de combustion stable, ainsi une combustion complète fournit les mêmes produits de réactions quels que soient les réactifs.

Une combustion complète permet d'obtenir 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...) maximale d'énergie disponible par une substance et cette énergie est définie comme étant le pouvoir calorifique.

Combustion turbulente

La combustion turbulente est une combustion caractérisée par des flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou énergie thermique) à travers un corps. Le flux de chaleur s'exprime en W/m2.). Elle est souvent utilisée dans l'industrie (par exemple, les turbines à gaz, les moteurs diesel...) car la chaleur facilite l'opération de mélange entre le combustible et l'oxydant.

Combustion incomplète

La combustion incomplète a lieu quand il n'y a pas assez de comburant pour permettre la réaction complète du combustible ou lorsque le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de contact à une température rendant la combustion possible est trop faible. Elle produit donc des résidus de combustion, sous forme de cendres qui génèrent des fumées, dont certains composés sont très toxiques pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) et pour l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) tel que le 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 d'un...) (gaz mortel), des particules de carbone pur (suie, goudron (Les goudrons (de l'arabeقَطْران — qaṭrān) sont des produits issus de poix modifiée de résineux, produits par distillation destructive...), cendres), des oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique...), des hydrocarbures (cancérigènes tels le benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également noté Ph-H, φ-H ou encore Ar-H. Ce composé organique...), ou fortement toxiques tels les HAP), des composés organiques volatiles.

La réaction de combustion est habituellement incomplète et seul un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des conditions permet d'obtenir une combustion complète, telle que la combustion en présence d'un excès d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) à haute température. En cas de combustion incomplète, il est possible de traiter les fumées une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) fois pour réduire les imbrûlés comme dans le cas des moteurs d'automobiles où les pots d'échappement et les filtres à particules permettent une seconde combustion à plus faible température grâce à des catalyseurs.

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