Qu’est-ce qu’une combustion ?
La combustion est une réaction chimique exothermique très présente dans notre quotidien. Elle se manifeste par une production de chaleur et parfois de lumière, comme lorsqu’un morceau de bois brûle. Pour qu’une combustion se produise, trois éléments doivent être réunis : un combustible, un comburant et une source d’énergie.
Le combustible est ce qui brûle (par exemple, le bois), le comburant est souvent le dioxygène de l’air, et la source d’énergie peut être une étincelle ou une flamme initiale. Si l’un de ces éléments manque, la combustion ne peut pas avoir lieu.
Les différents types de combustibles
On distingue deux grandes catégories :
- Les combustibles renouvelables : bois, huiles végétales, biogaz.
- Les combustibles non renouvelables : charbon, pétrole, gaz naturel.
Le bois est un exemple de ressource renouvelable car sa production est relativement rapide à l’échelle humaine. Le pétrole et le charbon, quant à eux, prennent des millions d’années à se former.
La combustion des molécules organiques
Les alcanes et les alcools sont des molécules organiques très exploitées pour leur pouvoir calorifique.
Exemples de combustions complètes
- Ethane (C2H6) : 7 O2(g) + 2 C2H6(g) → 4 CO2(g) + 6 H2O(g)
- Ethanol (C2H6O) : 3 O2(g) + C2H6O → 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
Ces réactions libèrent une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur.
Le rôle de la combustion dans la production d’énergie
La combustion permet de convertir l’énergie chimique contenue dans un combustible en énergie thermique, puis en énergie mécanique (dans un moteur, par exemple).
L’énergie molaire de combustion
Elle correspond à l’énergie libérée par la combustion d’une mole de combustible. Elle est exprimée en joules par mole (J/mol).
Le pouvoir calorifique massique
Il s’agit de l’énergie libérée par kilogramme de combustible, exprimée en joules par kilogramme (J/kg).
Interprétation microscopique de la combustion
La combustion est le résultat de la rupture et de la formation de liaisons chimiques. Lorsqu’une liaison est brisée, cela consomme de l’énergie. Quand une nouvelle liaison se forme, de l’énergie est libérée.
Exemple avec le propane (C3H8)
La combustion du propane implique la rupture des liaisons C-C et C-H, et la formation de nouvelles liaisons C=O et O-H, libérant une grande quantité d’énergie globale.
Enjeux environnementaux et sociétaux
Les problèmes liés aux combustions
- Épuisement des ressources fossiles : les combustibles fossiles ne sont pas renouvelables à l’échelle humaine.
- Emissions de dioxyde de carbone : le CO2 issu de la combustion est un gaz à effet de serre, contribuant au réchauffement climatique.
Alternatives envisagées
Face à ces problèmes, des solutions sont recherchées :
- Voitures électriques pour limiter les émissions locales.
- Biocarburants comme l’éthanol ou le biodiesel issus de ressources renouvelables.
- Hydrogène comme carburant propre, car sa combustion ne rejette que de l’eau.
Le stockage d’énergie chimique
Le stockage d’énergie est crucial pour l’utilisation efficace de sources énergétiques. La matière organique permet de stocker de l’énergie sur de longues périodes via des liaisons chimiques.
La photosynthèse
Les plantes capturent l’énergie solaire et la stockent sous forme de matière organique. Cette énergie est ensuite exploitée par les organismes vivants ou par l’industrie humaine.
Les combustibles fossiles
Ils résultent de la transformation sur plusieurs millions d’années de matière organique enfouie sous terre.
Autres conversions d’énergie chimique
La respiration cellulaire
Dans les organismes vivants, la respiration est une réaction chimique similaire à une combustion lente qui libère de l’énergie utilisable par la cellule.
Les piles et les accumulateurs
Ils convertissent directement l’énergie chimique en énergie électrique grâce à des réactions d’oxydoréduction contrôlées.
Synthèse
La conversion de l’énergie stockée dans la matière organique est essentielle pour notre mode de vie. Qu’elle soit exploitée via une combustion dans un moteur ou transformée par une pile à combustible, cette énergie reste au centre de nombreux enjeux technologiques, environnementaux et sociétaux.
