Combustion 908821 31762495 2008-07-21T14:57:21Z Zorrobot 179160 robot Ajoute: [[nn:Forbrenning]] {{homonyme|Combustion (homonymie)}} [[Image:Incense 7.JPG|thumb|La combustion d'un bâton d'[[encens]], se traduisant par la production d'une flamme]] La '''combustion''' est une [[réaction chimique]] [[Réaction exothermique|exothermique]] d'[[oxydoréduction]]. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une [[flamme (combustion)|flamme]] voir une [[explosion]]. == Triangle du feu == [[Image:Triangle_du_feu.svg|thumb|Triangle du feu]] La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un [[combustible]], un [[comburant]], une [[énergie d'activation]] en quantités suffisantes. On représente de façon symbolique cette association par le '''triangle du feu'''. De la même manière, la combustion cesse dès qu'un élément du triangle est enlevé. Le '''combustible''' peut être : * un solide formant des braises ([[bois]], [[papier]], [[carton (matériau)|carton]], [[textile|tissu]], [[polychlorure de vinyle|PVC]], …) ; * un liquide ou solide liquéfiable ([[essence (hydrocarbure)|essence]], [[gazole]], [[huile]], [[kérosène]], [[polyéthylène]], [[polystyrène]], …) ; * un gaz ([[butane]], [[propane]], [[méthane]], [[dihydrogène]], …) ; * un métal ([[fer]], [[aluminium]], [[sodium]], [[magnésium]], …). Ces quatre points correspondent respectivement aux quatre principales [[classe de feu|classes de feux]] A, B, C et D. Le '''comburant''' est l’autre réactif 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 particuliers (souvent explosifs comme avec l'aluminium), 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). C'est souvent le cas avec les métaux, ce qui rend leur extinction particulièrement difficile (voir ''[[#Feux de métaux]]''). Le plus souvent, la réaction est déclenchée par une '''énergie d’activation'''. Il s’agit généralement de [[Transfert thermique|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, [[Compression et détente adiabatique|pression]]… qui permettront toujours une augmentation de la température. La production de chaleur permet à la réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas, voire de s'amplifier en une [[réaction en chaîne]]. La température où un liquide émet suffisamment de vapeurs pour former avec l'air un mélange inflammable dont la combustion peut s'entretenir d'elle-même est appelée [[point d'inflammation]]. Il existe cependant des cas où le facteur déclenchant la combustion n'est pas l'énergie d'activation. Par exemple, l'[[explosion de fumées]] est une combustion très violente des gaz imbrûlés présents dans les fumées (voir ''[[#Incomplète]]'') provoquée par un apport soudain d'air, donc de comburant. L'intervalle dans lequel le mélange air/gaz pourra brûler est borné par les [[limites d'explosivité dans l'air]]. Cet intervalle peut mesurer de quelques pour cent ([[kérosène]]) à plusieurs dizaines de pour cent ([[acétylène]]). == Différents types de combustion == === Rapide === La combustion rapide est une forme de combustion au cours de laquelle de grandes quantités de chaleur et d'énergie sous forme de lumière sont relâchées, donnant naissance au feu. Elle est utilisée dans certaines machines telles que les moteurs à combustion interne ou les armes thermobariques. === Lente === La combustion lente est une réaction se réalisant à des températures peu élevées. * On peut citer le cas de la respiration cellulaire : cette lenteur dûe 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. * La formation de la rouille est aussi une réaction lente. === Complète === Lors d'une combustion complète, le réactif brûlera en présence de dioxygène (comburant), ce qui limite les produits de la réaction. Quand un hydrocarbure brûle dans le dioxygène, les produits sont ainsi uniquement du dioxyde de carbone et de l'eau.(douce ou dure) Quand des éléments comme le carbone, l'azote, le soufre, et le fer sont brûlés, on remarque la production des oxydes les plus communs. {| class="wikitable" align="center" ! Réactif ! Produit |----- | Carbone | Dioxyde de carbone |-{{ligne grise}} | Azote | Dioxyde d'azote |----- | Soufre | Dioxyde de soufre |-{{ligne grise}} | Fer | Oxyde de fer (III) |} ===Chaude=== La combustion chaude est une combustion caractérisée par des flux de chaleur. 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. ===Incomplète=== La combustion incomplète a lieu quand il n'y a pas assez d'oxygène pour permettre au combustible (souvent un hydrocarbure) de réagir complètement avec le dioxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau. Quand un hydrocarbure brûle dans l'air, la réaction produira du dioxyde de carbone, de l'eau, du monoxyde de carbone, du carbone pur (suie ou cendres), mais aussi de nombreux autres composés tels que les oxydes d'azote. La réaction incomplète de combustion est par conséquent la plus commune de toutes, et produira ainsi de très grandes quantités de produits secondaires, et, dans le cas de la combustion de carburant dans les moteurs automobiles, ces produits secondaires peuvent être plutôt mauvais pour la santé (cf intoxication au [[Monoxyde de carbone]]) et endommagent l'environnement. La qualité de la combustion peut être améliorée en étudiant les pièces impliquées dans la réaction, comme les brûleurs, et les moteurs à combustion interne. D'autres améliorations sont réalisables par des pièces post-combustion catalytiques (comme des pots d'échappement catalytiques). De telles pièces sont rendues obligatoires par la législation automobile dans la majorité des pays, et devrait être nécessaire dans des grands dispositifs de combustion. === Procédés d'extinction d'une combustion=== Pour éteindre une réaction de combustion, il faut supprimer un de trois éléments du triangle du feu : * suppression du combustible : fermeture d'une vanne ou d'un robinet qui alimente la combustion, éloignement de combustibles à proximité du feu, exutoire pour chasser la fumée (qui contient des imbrûlés), … * suppression du comburant (étouffement) : utilisation d'un extincteur à neige carbonique, d'une couverture, aspersion d'eau sur un combustible solide (la vapeur d'eau formée chasse l'air) … * suppression de l'énergie d'activation (refroidissement) : pulvérisation d'eau dans le cas d'une atmosphère prémélangée (mélange de gaz ou de particules combustibles et de gaz comburant), grille absorbant la chaleur ([[lampe de Davy]]), exutoire pour chasser la fumée (qui est chaude), … On note que l'eau peut avoir deux rôles différents : * dans le cas d'un combustible solide, le facteur limitant est l'apport en comburant (air), le feu produisant sa propre chaleur ; l'eau étouffe donc le feu en chassant l'air ; * dans le cas d'une atmosphère prémélangée, on ne peut pas séparer le combustible du comburant, la seule action possible consiste à refroidir l'atmosphère pour empêcher la flamme de se propager (la vapeur d'eau joue également un rôle de diluant). {{article détaillé|Lutte contre l'incendie}} == Approche chimique == [[Image:Combustion methane.png|thumb|300px|Combustion du méthane dans le dioxygène]] La réaction de combustion, comme toutes les réactions, est la rupture des [[Liaison chimique|liaisons]] entre les molécules de deux corps, et la création de nouvelles molécules plus [[Stabilité moléculaire|stables]] chimiquement. {{Exemple|1=Combustion du [[méthane]] dans le [[dioxygène]] <center>{{formule|CH<sub>4</sub> + 2O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O}}</center> Le [[dioxyde de carbone]] CO<sub>2</sub> et l’[[eau]] H<sub>2</sub>O sont plus stables que le dioxygène et le méthane.}} La combustion est une [[réaction d'oxydo-réduction]], en l’occurrence l’[[oxydation]] d’un [[combustible]] par un [[comburant]] ; * le combustible est le corps qui est oxydé durant la combustion ; c'est un réducteur, il perd des électrons ; * le comburant est le corps qui est réduit ; c'est un oxydant, il gagne des électrons. Certains composés chimiques, appelés [[catalyseur|catalyseurs]], modifient par leur présence la quantité d’énergie nécessaire pour activer la réaction, soit en la réduisant ([[activateur]]), soit en l’augmentant ([[inhibiteur (chimie)|inhibiteur]]). Dans le cas des combustibles solides, l’énergie d’activation va permettre de [[vaporisation|vaporiser]] ou de [[pyrolyse]]r 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. == Énergie dégagée et pouvoir calorifique == [[Image:Enthalpie reaction.png|thumb|La quantité d'énergie dégagée par la réaction est supérieure à la quantité d'énergie nécessaire à l'initier]] La quantité d’énergie produite par la combustion est exprimée en [[joule]]s (J) ; il s'agit de l'[[enthalpie]] de réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs, moteurs à combustion interne, lutte contre incendie), on utilise souvent la notion de [[pouvoir calorifique]], qui est l'enthalpie de réaction par unité de masse de combustible ou l'énergie obtenue par la combustion d'un kilogramme de combustible, exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg<sup>-1</sup>). Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous forme de vapeur. Cette vapeur d'eau contient une grande quantité d'énergie. Ce paramètre est donc pris en compte de manière spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique, et l'on définit : * le '''pouvoir calorifique supérieur (PCS)''' : « Quantité d'énergie dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée »<ref>[http://www.gazdefrance.com/FR/public/page.php?idarticle=221 Pouvoir calorifique supérieur (PCS) - Gaz de France<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. * le '''pouvoir calorifique inférieur (PCI)''' : « Quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée non condensée et la chaleur non récupérée »<ref>[http://www.gazdefrance.com/FR/public/page.php?idarticle=220 Pouvoir calorifique inférieur (PCI) - Gaz de France<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. La différence entre le PCI et le PCS est la [[chaleur latente]] de vaporisation de l’eau (<math>L_v</math>) multipliée par la quantité de vapeur produite (<math>m</math>), qui vaut à peu-près 2&nbsp;250 kJ·kg<sup>-1</sup> (cette dernière valeur dépend de la pression et de la température). On a la relation {{math|§=PCS = PCI + ''m''·''L''<sub>v</sub>}}. {{Article détaillé|Pouvoir calorifique}} == Vitesse du front de flamme et explosion == {{Article détaillé|explosion}} Dans le cas d'une [[flamme de prémélange]], la combustion est caractérisée par la vitesse du [[front de flamme]] : * La [[déflagration]] : la vitesse du front de flamme est inférieure à la vitesse du son (330 m/s sous une pression de 1 atm à 20 °C) ; * La [[détonation]] : la vitesse du front de flamme est supérieure à la vitesse du son, et peut atteindre plusieurs kilomètres par seconde. == Feux de métaux == L'oxydation des métaux est en général lente. La chaleur dégagée est donc faible et est lentement dissipée dans l'environnement ; c'est le domaine de la [[corrosion]] (par exemple la [[rouille (oxyde)|rouille]] du [[fer]] et de l'[[acier]]). Cependant, dans certains cas, l'oxydation est violente et constitue donc une combustion. Il existe cinq cas notables : * combustion dans l'air du [[magnésium]] : le magnésium brûle facilement, en émettant une lumière très vive et blanche ; il était utilisé auparavant pour les flashs photographiques ; * combustion du [[sodium]] dans l'eau : ce n'est pas à proprement parler le sodium qui brûle ; le sodium réagit violemment avec l'eau et provoque un dégagement de [[dihydrogène]], et avec la chaleur produite par la réaction, le dihydrogène s'enflamme dans l'air ; * [[aluminothermie]] : le comburant est ici un oxyde métallique, il s'agit d'une réaction chimique entre deux solides ; * combustion à haute température et forte concentration de dioxygène : lorsque le métal est chauffé très fort et que l'on envoie du dioxygène pur, la réaction est suffisamment rapide pour s'auto-entretenir ; ce phénomène est utilisé pour l'[[oxycoupage]] au [[chalumeau]], la [[lance thermique]], et c'est aussi l'accident du « coup de feu » qui peut survenir avec un détendeur d'une bouteille de dioxygène (par exemple oxygène médical ou bouteille de chalumeau) ; * combustion d'un métal sous forme de [[poudre]] ou de mousse : la réaction chimique se fait au contact entre le métal et l'air, or dans le cas d'une mousse ou d'une poudre, cette surface de contact (la [[surface spécifique]]) est très grande, la réaction est donc rapide et la chaleur dégagée importante ; c'est un phénomène comparable au [[coup de poussière]]. == Application en astronautique == La '''combustion''' est utilisée dans le domaine de l’[[astronautique]] pour fournir l’énergie de [[propulsion]] des [[engin spatial|engins spatiaux]]. Les termes correspondants en anglais sont ''burning'' et ''combustion''. Selon le type de combustion employée dans un [[propulseur]], on parle de : * '''Combustion en cigarette''' (en anglais ''cigarette burning'' et ''end burning'') qui est une combustion d'un [[bloc de poudre]] caractérisée par une surface plane de combustion progressant dans la direction longitudinale, vers l'avant ou vers l'arrière ; * '''Combustion érosive''' (en anglais ''erosive burning'') qui est une combustion d'un [[bloc de poudre]] dans le cas où l'écoulement des gaz de combustion provoque une érosion du bloc ; * '''Combustion transversale extérieure''' (en anglais ''external burning'') qui est une combustion d'un [[bloc de poudre]] caractérisée par une surface de combustion s'étendant longitudinalement et progressant de l'extérieur vers l'intérieur ; * '''Combustion transversale intérieure''' (en anglais ''internal burning'') qui est une combustion d'un [[bloc de poudre]] qui s'effectue de l'intérieur vers l'extérieur à partir d'un canal central. == Références == Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales. ''Les mots de la combustion'', dictionnaire des termes couramment utilisés en combustion établi par le [http://www.gfcombustion.asso.fr/ Groupement Français de Combustion] == Voir aussi == * [[Feu]] * [[Flamme (combustion)|Flamme]] * [[Combustible]] * [[Comburant]] * [[Réaction d'oxydo-réduction]] * [[Explosion]] * [[Chambre de combustion]] * [[Moteur à combustion interne]] * [[Pression de combustion]] * [[Combustion du carbone (réaction chimique)]] * [[Combustion spontanée]] * [[Gazéification]] == Notes == <div class="references-small" style="-moz-column-count:2; column-count:2;"> <references /> </div> {{portail chimie}} [[Catégorie:astronautique]] [[catégorie:lutte contre l'incendie]] [[catégorie:feu]] [[catégorie:réaction chimique]] [[af:Verbranding]] [[ar:احتراق]] [[ca:Combustió]] [[cs:Hoření]] [[da:Forbrænding]] [[de:Verbrennung (Chemie)]] [[el:Καύση]] [[en:Combustion]] [[eo:Brulo]] [[es:Combustión]] [[et:Põlemine]] [[gl:Combustión]] [[he:בעירה]] [[id:Pembakaran]] [[is:Bruni]] [[it:Combustione]] [[ja:燃焼]] [[ko:연소]] [[lt:Degimo reakcija]] [[nl:Verbranding]] [[nn:Forbrenning]] [[no:Forbrenning]] [[pl:Spalanie]] [[pt:Combustão]] [[ru:Горение]] [[sv:Förbränning]] [[tl:Kombustyon]] [[uk:Горіння]] [[zh:燃烧]]