combustion - chimie.

combustion - chimie. 1 PRÉSENTATION combustion, oxydation rapide d'un composé (le combustible) par un oxydant (le comburant) avec formation d'un plasma et dégagement de chaleur. 2 DÉFINITIONS 2.1 Plasma Un plasma est un état excité de la matière où les noyaux des atomes, portés à très haute température, se trouvent séparés de leur cortège d'électrons. Ils sont alors très réactifs et peuvent se recombiner entre eux en restituant leur énergie d'excitation sous forme de lumière et de chaleur (flamme plus ou moins lumineuse). Pour atteindre cet état, il faut souvent un apport initial d'énergie ou de chaleur : flamme d'une allumette ou étincelle, par exemple. L'énergie libérée par la combustion provoque une augmentation de la température des réactifs et entretient ensuite la formation du plasma, tant que comburants et combustibles sont présents. 2.2 Combustion La combustion est une réaction chimique, globalement exothermique, relativement lente au début mais pouvant devenir très rapide voire même violente, avec émission de rayonnements et élévation de température. Pour les combustibles usuels, qui sont en général des produits carbonés d'origine organique, la combustion correspond à une réaction chimique avec l'oxygène atmosphérique et conduit à la formation de dioxyde et de monoxyde de carbone, d'eau, ainsi que de composés comme le dioxyde de soufre se formant à partir d'impuretés minoritaires présentes dans le combustible. Le terme combustion comprend également les oxydations au sens chimique large, les oxydants pouvant être le chlore et le fluor, ou même l'acide nitrique ou certains perchlorates. De fait, on peut dire que la réaction de combustion est globalement une réaction d'oxydoréduction, où l'oxydant est appelé comburant et le réducteur combustible. Cette réaction comprend en réalité un grand nombre de réactions dites élémentaires, les unes consommant de la chaleur, les autres dégageant de la chaleur -- le dégagement prenant finalement le pas sur la consommation. 3 CARACTÉRISTIQUES THERMODYNAMIQUES La température atteinte lors d'une combustion dépend des quantités respectives de combustible et de comburant, ainsi que de la vitesse d'absorption de l'énergie. L'air est la source d'oxygène la moins coûteuse ; il contient environ 21 p. 100 d'oxygène, le reste étant composé majoritairement d'azote. Ce dernier ne joue aucun rôle dans la combustion, aussi la température de combustion dans l'air est-elle inférieure à la température d'une combustion avec de l'oxygène pur. Pour qu'une combustion soit totale, un rapport théorique minimum des quantités d'air et de combustible doit être respecté. On peut cependant optimiser la quantité d'énergie libérée en augmentant la quantité d'air apportée à la réaction (principe des turboréacteurs). Un excès d'air (donc un excès d'azote) provoque cependant une baisse de la température et de la quantité d'énergie libérée. Il faut donc déterminer un rapport air-combustible optimal en fonction du taux et du degré de combustion et de la température finale souhaités. L'utilisation d'air enrichi en oxygène ou l'utilisation d'oxygène pur permet d'obtenir des températures élevées, comme dans les chalumeaux oxyacétyléniques ( voir acétylène). On peut également augmenter le taux de combustion en divisant finement le combustible pour augmenter sa surface de contact et donc la vitesse de réaction. Si le dégagement d'énergie doit être très rapide, comme pour les fusées, l'oxydant peut être incorporé directement dans le combustible lors de sa fabrication, mais la réaction ne sera déclenchée qu'au moment de l'allumage. L'énergie dégagée par une combustion peut être utilisée dans la production d'électricité dans les procédés industriels, et pour le chauffage et l'éclairage domestiques. La combustion permet également d'obtenir un produit d'oxydation déterminé, comme le dioxyde de soufre à partir du soufre pour la fabrication de l'acide sulfurique. C'est aussi un moyen de détruire certains déchets, notamment certains produits organiques toxiques. 4 CARACTÉRISTIQUES CINÉTIQUES La réaction de combustion est une réaction en chaîne : une part de l'énergie produite sert à alimenter les réactions élémentaires consommatrices d'énergie. Ainsi, la combustion peut se poursuivre tant que combustible et comburant sont disponibles. Si la vitesse de la réaction en chaîne est importante, on obtient une explosion qui est caractérisée par la propagation d'une flamme : le phénomène naît en un point central pour ensuite envahir tout le volume. En effet, vu la vitesse de la réaction, les transferts de matière n'ont pas le temps d'alimenter le processus qui doit donc se déplacer lui-même. On distingue dans ce cas les flammes de prémélange des flammes de diffusion : dans le premier cas, le mélange combustible-comburant est réalisé avant le passage de la flamme dans le deuxième cas, la flamme se forme à l'interface combustible-comburant qui progresse avec le combustible. Dans le premier cas, le processus conduit à une détonation : une onde de choc précède la flamme ; dans le deuxième cas, c'est une déflagration : la pression est plus élevée après le passage de la flamme (voir explosifs). 5 RECHERCHE En raison de l'importance de la combustion pour la production d'énergie, de gros efforts de recherche sont effectués pour améliorer son rendement. Les scientifiques tentent également de réduire les polluants générés par la combustion (pluies acides dues aux émissions de dioxyde de soufre, par exemple) ; ils utilisent des lasers perfectionnés permettant d'étudier in situ les chaudières et les moteurs à combustion interne, pour améliorer la conception de ces systèmes de combustion, ainsi que pour approfondir leurs connaissances de la chimie des flammes (voir spectroscopie), mais aussi pour mieux comprendre le comportement des différents réactifs dans un feu (voir incendie, lutte contre l'). Les progrès réalisés dans la connaissance des mécanismes de la combustion a permis de développer la technologie des lits fluidisés qui permettent de produire de l'électricité en brûlant du charbon ou des déchets pulvérisés ( voir électricité, production et distribution de l'). Une unité fonctionnant sur ce principe a été réalisée à Gardanne, dans les Bouches-du-Rhône. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.