Conversions d'énergie au cours d'une combustion

A

Ressources énergétiques

• La réaction de combustion est utilisée pour son caractère exothermique.


• Les combustibles sont classés en deux catégories :
• Ressources renouvelables (végétaux, déchets organiques) : combustibles qui se forment rapidement à l’échelle d’une vie humaine.
• Ressources non renouvelables (charbon, pétrole, etc.) : combustibles qui ne se reforment pas ou lentement à l’échelle d’une vie humaine.

B

Équation de combustion

• L’équation d’une combustion complète fait intervenir un combustible (éthanol, alcane, etc.) avec un comburant comme le dioxygène ${\text{O}}_2.$
  

❯ Cette réaction produit du dioxyde de carbone ${\text{CO}}_2$ et en général de l’eau ${\text{H}}_2\text{O}$ (sauf dans le cas du charbon).


• Ces réactions peuvent être modélisées par une réaction d’oxydoréduction entre les couples oxydant/réducteur : ${\text{CO}}_2$/combustible et ${\text{O}}_2/{\text{H}}_2\text{O}.$


• Une réaction de combustion incomplète a lieu lorsque du monoxyde de carbone $\text{CO}$ et/ou du carbone $\text{C}$ se forment.

C

Défis énergétiques et développement durable

• La combustion d’hydrocarbures produit du ${\text{CO}}_2$en grandes quantités : ce gaz participe à l'effet de serre et donc au réchauffement climatique actuel de la planète.


• Le ${\text{CO}}_2$ dégagé dans l’atmosphère est principalement dû aux activités humaines mais il existe des gaz à effet de serre d’origine naturelle.

A

Énergie chimique

• L'énergie chimique d’un composé est l'énergie stockée dans ce composé en raison des liaisons chimiques qui le constituent.


• La formation de liaisons covalentes d’une molécule libère une l’énergie $E_f$, appelée énergie de formation, qui dépend de la nature des liaisons formées.
  


• La rupture de liaisons covalentes d’une molécule nécessite un apport d’énergie $E_d$, appelée énergie de dissociation, qui dépend de la nature des liaisons rompues.

B

Énergie molaire de réaction

• Lors d’une réaction de combustion, des mécanismes réactionnels ont lieu avec des ruptures de liaisons covalentes suivies de la formation de nouvelles liaisons covalentes.


• L'énergie molaire est égale à la différence entre l’énergie de dissociation des réactifs et l’énergie de formation des produits : $E_r=E_d–E_f.$


• L’énergie libérée lors de cette réaction est proportionnelle à la quantité de matière de combustible brûlé : $E=n\cdot E_r.$

C

Pouvoir calorifique

• Le pouvoir calorifique est une propriété des combustibles qui correspond à l’énergie libérée par la combustion d’un kilogramme de combustible.


• Plus le pouvoir calorifique d’un combustible est grand, plus la quantité de combustible nécessaire est faible.

Ce modèle permet de :

❯ estimer l’énergie libérée lors d’une réaction de combustion, quel que soit le carburant utilisé ;

❯ déterminer la quantité de produits formés et donc de faire un bilan écologique ;

❯ étudier la combustion quelle que soit son utilisation : mécanique, chauffage, besoins énergétiques, etc.

Mais il ne permet pas de :

❯ déterminer l’énergie molaire de réaction, dissociation ou formation à partir de la formule brute de la molécule ;

❯ prévoir si la réaction est complète, incomplète ou s’il existe plusieurs réactions simultanées ;

❯ faire l’étude d’un comburant autre que ${\text{O}}_2.$