REACTIONS DE COMBUSTION élève

REACTIONS DE COMBUSTION
I - Principe d’une combustion
La combustion désigne une réaction chimique au cours de laquelle il y a oxydation
complète ou partielle d’un corps . Les réactions d’oxydation sont, en général,
exothermiques (elles dégagent de la chaleur) ; le terme « combustion » s’applique aux cas
où la réaction est suffisamment rapide pour qu’elle se matérialise par une flamme, des
étincelles, etc
La combustion résulte de la réaction chimique entre un corps appelé combustible et un
corps appelé comburant (le plus connu est le dioxygène). Elle est amorcée par un apport
initial d'énergie (ex : flamme d'une allumette).
Elle libère une quantité d'énergie plus ou moins importante vers le milieu extérieur.
Combustible + Comburant Produits + Energie (chaleur)
Pour se produire, la combustion a besoin de trois conditions :
- D’un combustible, qui est une substance qui peut brûler en présence
d’un comburant . Dans le cas d’un moteur thermique le combustible
est appelé Carburant : ( essence, kérosène, gasoil…)
- D’un comburant, qui est une substance qui permet la combustion
d’un combustible : dioxygène O2, dichlore Cl2chlorates ClO3-,…
le plus souvent le comburant sera le dioxygène contenu dans l’air.
- D’une énergie d’activation ou chaleur (flamme, étincelle, compression …)
Les produit de la combustion seront le plus souvent du CO2 et de la vapeur d’eau H2O
Exemple : Combustion de l’octane C8H18 (essence) dans un moteur thermique à piston.
L’énergie thermique dégagée par la combustion est ensuite transformée en travail mécanique
par le moteur (conformément au second principe de la thermodynamique
+ Chaleur

II - Les carburants
Actuellement la quasi totalité des carburants sont des hydrocarbures issus du pétrole,
cependant les contrainte environnementales pousse aux développement de biocarburants tels
que les alcools issus de l’agricultures ou du dihydrogène.
A - Les hydrocarbures
Ce sont des composés organiques constitués uniquement de carbone et d’hydrogène.
1 - Production par raffinage du pétrole
La principale voie d'obtention des
carburants les plus courants est le
raffinage du pétrole
le pétrole brut contient toujours une
certaine quantité d'eau salée, elle est
extraite au cours de l'étape de dessalage. Il
subit ensuite une séparation de ses
constituants par distillation fractionnée
sous pression atmosphérique .
- En fond de colonne : les hydrocarbures
les plus lourds (C>20, à plus de 20 atomes
de carbone par molécule),appelés
« résidus atmosphériques
- La température d'ébullition du mélange
décroît avec sa hauteur dans la colonne et
on sépare les gazoles (C13-C20), le
kérosène (C10-C13), matière première du
carburéacteur, puis le naphta (C5-C10),
qui permettra de produire les essences
ordinaires et super.
En tête de colonne, on récupère les produits les plus volatils à l'état gazeux (C1-C4).
Remarque il existe d’autres filières de production : la synthèse de Fischer-Tropsch
2 - Les alcanes
Liaison covalente carbone – hydrogène : mise en commun de 2 électrons entre 2 atomes
Un atome de carbone est capable de former 4 liaisons covalentes, un atome d’hydrogène une
seule liaison covalente.
Exemple de la molécule d’éthane :
Formule brute : Formule semi développée :
C2H6 CH3 ― CH3
Représentation de Lewis
De la molécule de méthane

Définition : Les alcanes sont des hydrocarbures saturés acycliques c’est à dire formés de
chaînes ouvertes linéaires ou ramifiées. Ils ont pour formule brute n 2n+2
CH .
Un hydrocarbure est dit saturé si tous ses atomes de carbone sont liés à 4 autres atomes par
des liaisons covalentes simple
Nomenclature : Pour déterminer le nom de l’alcane, on cherche la chaîne carbonée la plus
longue : c’est la chaîne principale qui identifie l’alcane.
Nom des 6 premiers alcanes :
Nombre d’atome
de carbone
Nom de
l’alcane
Formule brute
de l’alcane Formule semi développée de l’alcane
1 Méthane 4
CH 4 CH
2 Éthane
26 CH 33
CH CH
3 Propane
38
CH 323
CH CH CH
4 Butane
410
CH 3223
CH CH CH CH
5 Pentane
512
CH 32223
CH CH CH CH CH
6 Hexane
614
CH 322223
CH CH CH CH CH CH
Chaînes linéaires  chaînes ramifiées
La chaîne ouverte d’un hydrocarbure saturé de formule 512 C H peut être linaire ou ramifiée.
pentane CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
2-méthylbutane ou
isopentane
CH3
CH
CH2
CH3
CH3
Propriétés physiques des alcanes
Les températures de fusion θf et
d’ébullition θe des alcanes à
chaîne linéaire augmentent quand
le nombre d’atomes de carbone
dans la molécule augmente.(
longueur de la chaîne carbonée)
Les température de changement
d’état d’un alcane diminuent
l’orque le nombre de
ramifications de ses isomères de
constitution augmente.
Remarque : on appelle isomères
deux composés de même formule
brute mais de formules
développées différentes
( exemple : l’hexane et le
2-méthylepentane)
Les densités augmentent avec le
nombre de carbone de la chaîne.

3 - Les cycloalcanes
Les cycloalcanes (ou cyclanes) sont des molécules contenant deux
atomes d'hydrogène par carbone et arrangées en forme d'anneau.
La formule générale de ce type de composé est : CnH2n.
Exemple le cyclohexane C6H12
4 - Les alcènes
Définition :
Les alcènes sont des hydrocarbures insaturés, c’est à dire, possédant une double liaison
CC. Ils ont pour formule brute 22n CH .
Nomenclature :
Pour nommer les alcènes, on remplace le suffixe –ane du nom de l’alcane comportant le
même nombre d’atomes de carbones par le suffixe –ène
Exemples :
CH3
CH2
CH2
CH
CH2
CH3
CH2
CH
CH
CH3
CH2
C
CH2
CH3
CH3
Pent-1-ène Pent-2-ène 2-méthylbut-1-ène
5 - Les composés aromatiques
Les composés aromatiques sont des composés insaturés tels que
le benzène dont les atomes forment des structures cycliques et
planes particulièrement stables.
Le benzène C6H6 est constitué d'un cycle à 6 atomes de carbone
formant un hexagone régulier et comportant. La représentation est
un hexagone dans lequel trois liaisons doubles alternent avec trois
liaisons simples.
B - Les Alcools
Les alcool sont amenés à remplacer en partie les alcanes dans la composition des
carburants afin de limiter l’utilisation d’énergies fossiles. Ces biocarburants sont en effet
produits par la décomposition de matières végétales donc d’énergies renouvelables.
Les alcools sont formés de chaînes carbonée analogues aux alcanes où un atome
d’hydrogène est remplacé par on radical ― OH appelé hydroxyle
Exemples : Ethanol CH3― CH2―OH ; Propanol CH3―CH3―CH2―OH
Formule brute: CnH2n+1―OH
Nomenclature :
Pour nommer les alcool, on remplace le suffixe –ane du nom de l’alcane comportant le même
nombre d’atomes de carbones par le suffixe –ol.
Les alcools sont d’excellents combustibles.
Équation de la combustion de l’éthanol dans le dioxygène de l’air :
32 2 22
CH CH OH O 2 CO 3 H O .
Cette oxydation entraîne la destruction du squelette carboné.
Équation de la combustion d’un alcool dans le dioxygène de l’air :
n 2n+1 2 2 2
3n
CH OH O nCO (n 1)HO
2
 .

Propriétés physiques: comparaison alcane/alcool
C - Les carburants utilisés dans les moteurs
Les combustibles les plus divers, qu’ils soient sous forme gazeuse, liquide ou solide
peuvent être utilisés. Parmi les plus courants: les hydrocarbures (méthane CH4, propane C3H8,
essence, gasoil, kérosène, fioul...), l’hydrogène (H2). Le comburant est le plus souvent
l’oxygène de l’air, plus exceptionnellement de l’oxygène pur (moteur-fusée ) qui permet
d’atteindre des températures plus élevées mais pose des problèmes de sécurité. Plus rarement,
d’autres comburants sont utilises (moteurs fusée a ergols).
Principaux produits du pétrole:
- Le mot « paraffine » signifie en chimie du pétrole et dans le langage des raffineurs : alcane
, n-paraffine ou normale-paraffine signifiant alcane linéaire, tandis que, iso-paraffine signifie
alcane ramifié.
- Le terme « naphtène » ( Naphtol en anglais) est la dénomination donnée aux
hydrocarbures saturés cycliques à 5 ou 6 atomes de carbone. Ou cycloalcanes .
- Le terme « oléfine » était le nom donné par le passé aux alcènes
Les carburants usuels n'ont pas une composition bien définie. Ce sont des mélanges
d'hydrocarbures qui varient avec l'origine géographique du pétrole utilisé et les procédés de
raffinage appliqués. Le mélange commercialisé vérifie des contraintes sur les propriétés
physiques (densité, volatilité) énergétiques (pouvoir calorique) et chimiques (indice d'octane,
point d’éclair, limitation des teneurs en certains composants).
- Point éclair : température à partir de laquelle un liquide peut s'enflammer au contact
d'une source de chaleur : flamme, étincelle… Si l'on retire la source de chaleur,
l'inflammation s'arrête. En anglais le point éclair est noté « Flash point »
- Point d'inflammation : température où la quantité de vapeurs émises par le solvant
est suffisante pour que la combustion continue même si l'on retire la source de chaleur
à l'origine de l'inflammation.
- Point d'auto ignition : température où le liquide s'enflamme spontanément sans
apport de chaleur.