COMBUSTION

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Combustibles et comburants

Les combustibles sont nombreux et bien connus : ce sont pratiquement tous les composés hydrocarbonés de la chimie organique. Une place spéciale doit être faite aux hydrocarbures, depuis le méthane (gaz naturel) jusqu'aux paraffines solides. La plupart des produits organiques naturels, tels le bois, les graisses, etc., sont aussi des combustibles. Tous ces corps sont essentiellement des porteurs d'hydrogène et la combustion de leur carbone ne doit être considérée qu'en second lieu au point de vue énergétique. On connaît d'ailleurs d'autres porteurs d'hydrogène susceptibles de brûler : l'ammoniac, les hydrures de bore, de nombreux hydrures métalliques, etc. Une autre catégorie de combustibles est constituée par les éléments à l'état non combiné, notamment le carbone et sa forme commune, le charbon. La combustion de l'hydrogène tend à prendre une grande importance dans la propulsion des fusées. La combustion du soufre permet de préparer l'anhydride sulfureux et tous les produits qui en découlent. La plupart des métaux brûlent quand ils se trouvent dans un état suffisamment divisé. Cette propriété est utilisée pour la propulsion de certaines fusées où l'on mélange différentes poudres métalliques aux propergols pour renforcer leur caractère énergétique.

Les comburants constituent une catégorie beaucoup plus restreinte de composés, mais leur nombre s'accroît régulièrement. À côté de l'oxygène, on trouve, à l'état élémentaire ou combiné, d'autres atomes électronégatifs : les halogènes (fluor, chlore, brome, iode), l'ozone, des acides très oxygénés (acides nitrique et perchlorique), les perchlorates, l'oxyde de fluor, enfin d'autres composés oxygénés plus inattendus tels que l'anhydride carbonique et la vapeur d'eau. Certains métaux comme le magnésium brûlent en effet dans la vapeur d'eau ou l'anhydride carbonique et ce mode de production d'énergie peut être envisagé sur les planètes dont l'atmosphère est riche en anhydride carbonique.

La proportion du combustible et du comburant joue un rôle considérable dans la combustion. Le mélange stœchiométrique est celui qui correspond à la combustion complète. Dans celle du méthane, par exemple,

il correspond à une mole de méthane pour deux moles d'oxygène. À côté de ce mélange, on distingue des mélanges sur- et sous-stœchiométriques. Un mélange de « richesse » deux est un mélange contenant une proportion de combustible deux fois plus grande que le mélange stœchiométrique.

La combustion des mélanges sur-stœchiométriques peut ne pas être totale : on a alors la combustion dite ménagée qui présente un grand intérêt industriel pour la préparation, à partir d'hydrocarbures, de corps tels que l'oxyde de carbone, l'hydrogène, l'acétylène, le carbone black.

Un autre type de combustion ménagée est obtenu à l'aide des « flammes froides ». Il s'agit d'une combustion particulière obtenue en chauffant avec l'oxygène, à une température qui varie entre 250 et 350 0C, la plupart des composés hydrocarbonés. Même si la quantité d'oxygène est grande, on obtient néanmoins des produits non complètement oxydés tels que des aldéhydes, des cétones, des alcools, des peroxydes.

Certains corps (explosifs nitrés, ozone, acétylène) brûlent spontanément en l'absence de comburant. On peut considérer que, pour les dérivés nitrés tout au moins, le comburant se trouve déjà combiné dans la molécule. Il est toutefois préférable de voir en ces corps des composés instables dont la décomposition exothermique devient suffisamment violente pour se transformer en combustion.

Les recombinaisons d'atomes sont souvent suffisamment énergétiques pour être à l'origine de flammes « atomiques ». Dans le chalumeau à hydrogène atomique, par exemple, l'énergie électrique utilisée pour obtenir les atomes d'hydrogène est récupérée dans la flamme où se produit la réaction, très exothermique, de recombinaison de la molécule H2.

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Flamme d'un bec Bunsen

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Flammes mobiles

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Écrit par :

  • : ingénieur diplômé de l'École nationale supérieure de chimie de Paris, professeur à l'université des sciences et techniques de Lille

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Pour citer l’article

Michel LUCQUIN, « COMBUSTION », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/combustion/