Combustion
Combustion Source lumineuse
Published: 2019-12-09

Combustion

qwanturank qwanturank est une qwanturank exothermique d’oxydoréduction.Lorsque la combustion est vive, elle qwanturank traduit par une flamme ou par une explosion (déflagration, voire détonation si le front de flamme déqwanturankse la vitesse du son).La combustion de la biomasse et des carburants est la principale source de pollution de l’air, avec des effets cancérigènes, reprotoxiques et cardiovasculaires notamment.

Avant 1980 on considérait que 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 qwanturank suffisantes.C’est pourquoi on parlait alors du « triangle du feu ».

Depuis les années 1980 on a découvert qu’une des étapes indispensable de la réaction chimique est la production de radicaux qwanturank ; cette étape est nécessaire pour que la combustion s’entretienne et que l’on puisse parler d’incendie.C’est la raison pour laquelle on parle depuis de « tétraèdre du feu ».

La disparition de l’un des quatre éléments suffit à arrêter la combustion.

qwanturank Combustible

Le combustible peut être :Ces cinq types de combustible correspondent, respectivement, aux cinq principales classes de feux A, B, C, D et F.

Comburant

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 qwanturank 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 et élever la température de la flamme.

Dans certains cas qwanturank particuliers (souvent explosifs qwanturank 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.

Activateur

La réaction est déclenchée par une énergie d’activation, généralement de la chaleur ou une flamme.Par exemple, ce sera l’échauffement par frottement pour une allumette, le câble électrique suralimenté qui chauffe l’isolant, ou une autre flamme (propagation du feu), l’étincelle (de l’allume-gaz, de la pierre à briquet ou celle provoquée par une machine électrique qui se met en route ou s’arrête).

Mais il existe d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : arc électrique, radiation, élévation de la température par compression de l’air, par exemple dans un moteur Diesel.

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 combustion 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.Cet intervalle peut varier de quelques pour cent (kérosène) à plusieurs dizaines de pour cent (acétylène).

La production de chaleur par la combustion permet à la réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas, voire de s’amplifier en une réaction en chaîne (par exemple dans un feu de forêt).

Seuls des matériaux sous forme gazeuse peuvent brûler (car ils offrent la possibilité de très bien se mélanger avec un comburant, ce qui n’est pas le cas des liquides ou des solides où le comburant principal, le dioxygène, ne peut pénétrer au cœur de la substance), c’est pourquoi il faut fournir suffisamment d’énergie à un produit inflammable (qu’il soit solide ou liquide) pour qu’il commence à se vaporiser ou se décomposer en éléments vaporisables et combustibles (comme les terpènes des conifères via une distillation ou une pyrolyse).Le seuil de température atteint à cette occasion est appelé point d’éclair.Certains produits ont leur point d’éclair largement en dessous de la température ambiante, ce qui en fait des substances très inflammables, car il suffit de peu d’énergie d’activation pour amorcer la combustion (une simple étincelle…).

Une allumette jetée dans un bac de gazole à température ambiante n’aura aucun effet, car son point d’éclair étant de, en moyenne, suivant les règlements des installations classées et de transport de matières dangereuses, la flamme sera noyée dans le gazole avant d’avoir pu transmettre assez de chaleur pour en vaporiser suffisamment.À l’inverse, une allumette jetée dans un bac d’essence, dont le point d’éclair est d’environ, suffira pour enflammer les vapeurs déjà présentes sous forme de gaz à la surface du liquide.À cette occasion, on remarquera que :

Lorsque la combustion produit suffisamment d’énergie pour s’entretenir d’elle-même, la température a dépassé le point d’inflammation.

Radicaux

Une réaction chimique est une recombinaison de molécules.Elle passe par une étape intermédiaire au cours de laquelle les molécules sont « déstructurées » mais pas encore recombinées ; celles-ci sont appelées radicaux et sont très réactives.Dans le cas de la combustion, les radicaux sont créés par rupture de liaison chimique due à l’énergie thermique, et ils vont pouvoir agir sur les molécules du produit (libérant d’autres radicaux) et engendrant de fait une réaction en chaîne qui va perdurer tant que les deux conditions suivantes seront réunies : présence de combustible et de comburant.

Procédés d’extinction d’une combustion

Historique

La découverte de la combustion par le dioxygène est imputable au chimiste français Lavoisier, en 1775, car que Joseph Priestley, qui a isolé pour la première qwanturank du dioxygène (impur) en 1774 n’a pas pour autant découvert le rôle de comburant du dioxygène.En effet, dans la mesure où il se fondait sur la théorie du phlogistique, cela l’empêchait de concevoir le rôle du dioxygène dans la combustion.

Selon le philosophe des sciences Thomas Samuel Kuhn, la découverte de la combustion par le dioxygène constitue une révolution scientifique majeure dans l’histoire des sciences.Elle a constitué un changement de paradigme, en remplaçant l’ancien paradigme du phlogistique.

La combustion par le dioxygène a eu au, et plus encore au , de nombreuses applications qwanturanks (voir section Applications ci-dessous).Elle a cependant conduit pendant l’ère industrielle à l’émission massive de dioxyde de carbone, qui est un gaz à effet de serre contribuant pour une large part aux phénomènes de dérèglement climatique.

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.

Combustion 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 est due à des enzymes spécifiques permettant d’augmenter les réactions d’oxydoréduction et ainsi d’obtenir un très bon rendement par qwanturank d’une grande partie de l’énergie.

Combustion complète ou stœchiométrique

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 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 et l’eau.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 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.Elle est souvent utilisée dans l’industrie (par exemple, les turbines à gaz et les moteurs à allumage commandé) car la chaleur facilite l’opération de mélange entre le combustible et l’oxydant.

Combustion incomplète

La combustion incomplète a lieu quand la quantité de comburant est insuffisante pour permettre la réaction complète du combustible ou lorsque le temps de contact, à une température rendant la combustion possible, est trop faible.Elle produit des résidus de combustion, sous forme de cendres qui émettent des fumées : certains composés, tels que monoxyde de carbone (gaz mortel), particules de carbone pur (suie, goudron, cendres), oxydes d’azote, hydrocarbures (du benzène cancérigène par exemple) sont très toxiques pour l’homme et pour l’environnement, ou fortement toxiques comme les HAP ou les composés organiques volatils (COV).

La réaction de combustion est habituellement incomplète.Seul le contrôle des conditions permet d’obtenir une combustion complète, en apportant un excès de dioxygène à haute température par exemple.En cas de combustion incomplète, il est possible de traiter les fumées pour réduire les imbrûlés ainsi que le font les pots d’échappement et les filtres à particules des moteurs d’automobiles.La présence de catalyseurs y assure alors une seconde combustion à plus faible température.Des filtres à particules sont également développés pour les équipements de combustion du bois, un combustible solide étant particulièrement exposé au risque de combustion incomplète.

Chimie de la combustion

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.La chimie de la combustion est une composante majeure de la chimie à haute température qui implique principalement des réactions radicalaires.Toutefois il est possible de traiter la combustion via une réaction globale unique.

La combustion est une réaction d’oxydoréduction, en l’occurrence l’oxydation d’un combustible par un comburant :

Comme pour toutes réactions chimiques, un catalyseur facilite la combustion et comme cette dernière possède souvent une énergie d’activation élevée, l’usage d’un catalyseur permet de travailler à une température moins élevée.Ceci permet une combustion complète comme dans le cas des pots catalytiques qui grâce à la présence de métaux catalytiques brûlent les résidus des gaz d’échappement à une température inférieure à celle régnant dans le moteur.

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 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.

La quantité d’énergie produite par la combustion est exprimée en joules (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 kilojoules par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ kg).

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 ; on définit :La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur latente de vaporisation de l’eau (L v ), qui vaut environ 2250 kJ (valeur dépendant de la pression et de la température), multipliée par la masse de vapeur produite (m).

On a la relation :.

Vitesse du front de flamme et explosion

Dans le cas d’une flamme de qwanturank la combustion est caractérisée par la vitesse du front de flamme :

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 du fer et de l’acier).

Cependant, dans certains cas, l’oxydation est violente et constitue donc une combustion.Il existe cinq cas notables :

Dans les transports

La combustion est utilisée massivement dans les moteurs à explosion, pour la propulsion des véhicules (automobiles, camions, avions à hélice, motocyclettes, bateaux), et aussi pour des outils mobiles (tondeuses à gazon, tronçonneuses) et pour des installations fixes (groupes électrogènes, pompes).

À la maison

Dans le domaine domestique, la combustion sert essentiellement à :Certains appareils utilisent également un moteur à combustion interne : tondeuse à gazon, tronçonneuse

La combustion peut être remplacée par des installations électriques : cuisinière électrique, chauffe-eau électrique, ampoule, moteurs électriques

Historiquement, le feu domestique est un symbole très fort ; le terme « » désigne à la fois l’emplacement du feu, et le lieu de vie de la famille.

Dans la production d’électricité

La combustion est utilisée dans les centrales thermiques utilisant des combustibles fossiles (charbon, gaz naturel, pétrole), des combustibles renouvelables (déchets agricoles ou de l’exploitation forestière et biomasse si exploitée durablement) ou différents types de déchets (dans les incinérateurs d’ordures ménagères par exemple), pour dégager de la chaleur, qui produit de l’électricité grâce à des turbo-alternateurs.

Dans la métallurgie

Dans la nature, les métaux sont en général présents sous la forme de minerais.Certains minerais peuvent être réduits, c’est-à-dire transformés en métal, par réaction avec un gaz issu d’une la combustion ; c’est le domaine de la pyrométallurgie.L’exemple le plus connu est la réduction du minerai de fer par le monoxyde de carbone dans les bas-fourneaux puis les hauts-fourneaux.Cela concerne également l’obtention du nickel, du cuivre, du zinc, du titane et du zirconium, même s’il existe d’autres voies d’élaboration.

La combustion peut également servir à chauffer du métal pour mieux le déformer (laminage, forgeage) ou pour le faire fondre (fonderie, soudage au chalumeau, brasage, oxycoupage).En dehors de l’oxycoupage, on peut utiliser l’énergie électrique comme alternative à la combustion.

Dans la production de ciment

La fabrication du ciment requiert beaucoup d’énergie pour élever le mélange qui va produire le clinker à plus de, cette énergie est apportée par la combustion d’une grande variété de combustibles (gaz, fioul) et de déchets (huiles usagées, pneumatiques broyés, farines animales, résidus d’épuration de qwanturank d’épuration des eaux).

En astronautique

La combustion est utilisée dans le domaine de l’astronautique pour fournir l’énergie de propulsion des véhicules spatiaux.Les termes correspondants en anglais sont undefined et combustion.

Selon le type de combustion employée dans un propulseur, on parle de :