Physique-Chimie Collège — 4e · 3e · Brevet
Les combustions
Triangle du feu · Combustion complète vs incomplète · Équations de combustion · Dangers du CO
3Conditions requises
CO₂ + H₂OProduits complets
CODanger combustion incomplète
BrevetÉpreuve
🔥 Une combustion est une réaction chimique entre un combustible et un comburant (généralement le dioxygène de l’air), accompagnée d’un dégagement de chaleur et souvent de lumière. Comprendre les conditions et les produits des combustions est essentiel pour la sécurité et pour le brevet.
1. Les trois conditions d’une combustion — le triangle du feu
Pour qu’une combustion se déclenche et se maintienne, trois conditions doivent être réunies simultanément. Supprimer l’une d’elles éteint le feu : c’est le principe de tous les systèmes d’extinction.
Combustible
Corps qui brûle.
Ex. : bois, méthane (CH₄), essence, carbone (C), éthanol, butane (C₄H₁₀)
Ex. : bois, méthane (CH₄), essence, carbone (C), éthanol, butane (C₄H₁₀)
Comburant
Corps qui entretient la combustion. Presque toujours le dioxygène (O₂) de l’air.
L’air contient ~21 % de O₂
L’air contient ~21 % de O₂
Énergie d’activation
Apport d’énergie initial pour déclencher la réaction.
Ex. : étincelle, flamme, chaleur suffisante
Ex. : étincelle, flamme, chaleur suffisante
🔑 Éteindre un feu = supprimer au moins un côté du triangle
- Supprimer le combustible : couper l’alimentation en gaz, débroussailler autour d’un incendie
- Supprimer le comburant : étouffer le feu (couverture anti-feu, CO₂ de l’extincteur qui chasse l’O₂)
- Supprimer l’énergie : refroidir avec de l’eau (abaisse la température en dessous du seuil d’inflammation)
2. Combustion complète vs combustion incomplète
La nature des produits formés dépend de la quantité de dioxygène disponible. C’est la distinction fondamentale du chapitre.
✅ Combustion complète
- Dioxygène en quantité suffisante
- Combustion totale du carbone → CO₂
- Combustion totale de l’hydrogène → H₂O
- Flamme bleue (gaz) ou vive
- Aucun résidu solide (pas de suie)
- Moins dangereuse (pas de CO)
⚠️ Combustion incomplète
- Dioxygène en quantité insuffisante
- Formation de monoxyde de carbone (CO)
- Formation possible de carbone (suie, C)
- Toujours production de H₂O
- Flamme jaune orangée, fumée noire
- Très dangereuse : CO est toxique et mortel
| Condition | Type de combustion | Produits carbonés | Produits hydrogénés | Aspect visuel |
|---|---|---|---|---|
| O₂ en excès ou en quantité suffisante | Complète | CO₂ uniquement | H₂O | Flamme bleue, propre |
| O₂ en défaut (manque d’air) | Incomplète | CO + C (suie) possibles | H₂O | Flamme jaune, fumée noire |
3. Équations des combustions à connaître
Combustion complète du carbone (C)
Combustion complète du carbone
C + O₂ → CO₂
carbone + dioxygène → dioxyde de carbone
Equation déjà équilibrée : 1 atome C + 1 molécule O₂ → 1 molécule CO₂
Combustion incomplète du carbone
Combustion incomplète du carbone (manque d’O₂)
2 C + O₂ → 2 CO
carbone + dioxygène → monoxyde de carbone (CO)
Se produit quand l’apport en O₂ est insuffisant
Combustion complète du méthane (CH₄ — gaz naturel)
Combustion complète du méthane
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau
Vérification : C : 1=1 ✓ · H : 4=4 ✓ · O : 4=4 ✓
Combustion complète du butane (C₄H₁₀ — briquet, camping-gaz)
Combustion complète du butane
2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O
butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau
Vérification : C : 8=8 ✓ · H : 20=20 ✓ · O : 26=26 ✓
Combustion complète de l’éthanol (C₂H₅OH — alcool)
Combustion complète de l’éthanol
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
éthanol + dioxygène → dioxyde de carbone + eau
Vérification : C : 2=2 ✓ · H : 6=6 ✓ · O : 4=4 ✓
🔑 Méthode pour équilibrer une équation de combustion
- Étape 1 : Écrire les réactifs (combustible + O₂) et les produits (CO₂ + H₂O)
- Étape 2 : Équilibrer d’abord le carbone (coefficient devant CO₂)
- Étape 3 : Équilibrer ensuite l’hydrogène (coefficient devant H₂O)
- Étape 4 : Équilibrer l’oxygène en dernier (coefficient devant O₂)
- Étape 5 : Vérifier que chaque atome est en même quantité des deux côtés
- Les coefficients stœchiométriques peuvent être des fractions, qu’on multiplie ensuite pour obtenir des entiers
4. Le monoxyde de carbone (CO) — danger mortel
☠️ CO : le tueur silencieux
- Incolore, inodore, insipide → indétectable sans appareil
- Se forme lors de toute combustion incomplète dans un espace mal ventilé (chaudière, cheminée, barbecue en intérieur)
- Toxicité : le CO se fixe sur l’hémoglobine du sang à la place de l’O₂ (affinité 200× supérieure) → privation d’oxygène des cellules → mort rapide à forte concentration
- Symptômes : maux de tête, nausées, vertiges, confusion → perte de conscience
- En cas de suspicion : ouvrir les fenêtres, évacuer le bâtiment, appeler le 15 (SAMU) ou le 18 (pompiers)
- Prévention : faire réviser chaudières et cheminées chaque année, ne jamais utiliser de barbecue ou groupe électrogène en intérieur, installer un détecteur de CO
5. Identifier les produits d’une combustion — tests expérimentaux
| Produit à détecter | Test | Résultat positif |
|---|---|---|
| Eau (H₂O) | Mettre du sulfate de cuivre anhydre (blanc) en contact avec les gaz de combustion refroidis | Le sulfate de cuivre bleuît (devient bleu) |
| Dioxyde de carbone (CO₂) | Faire barboter les gaz dans de l’eau de chaux (solution d’hydroxyde de calcium) | L’eau de chaux se trouble (formation de carbonate de calcium blanc) |
| Carbone (suie C) | Observer le dépôt sur une surface froide placée au-dessus de la flamme | Dépôt noir sur la surface |
6. Bilan des combustions et impact environnemental
| Combustible | Formule | Usage courant | Produits (combustion complète) | Impact CO₂ |
|---|---|---|---|---|
| Carbone (charbon) | C | Centrales électriques, industrie | CO₂ | Très élevé |
| Méthane (gaz naturel) | CH₄ | Chauffage, cuisson | CO₂ + H₂O | Modéré |
| Butane / Propane | C₄H₁₀ / C₃H₈ | Briquets, camping, chauffage | CO₂ + H₂O | Modéré |
| Éthanol | C₂H₅OH | Biocarburant, gel combustible | CO₂ + H₂O | Faible (cycle court) |
| Hydrogène | H₂ | Piles à combustible (futur) | H₂O uniquement | Nul |
🌿 Combustion de l’hydrogène — le carburant du futur ?
La combustion de l’hydrogène ne produit que de l’eau :
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Aucun CO₂ n’est émis. Cependant, la production de l’hydrogène nécessite elle-même de l’énergie. Si cette énergie provient de sources renouvelables (électrolyse de l’eau avec électricité solaire ou éolienne), le bilan carbone est effectivement nul.
7. Exercice résolu — brevet type
📝 Exercice — Combustion du propane (C₃H₈)
Le propane (C₃H₈) est utilisé dans les bouteilles de gaz. Écrire et équilibrer l’équation de la combustion complète du propane. Identifier tous les produits formés.
- Écrire les réactifs et produits :
C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O (non équilibrée) - Équilibrer le carbone (3 C à gauche) :
C₃H₈ + O₂ → 3 CO₂ + H₂O - Équilibrer l’hydrogène (8 H à gauche → 4 H₂O) :
C₃H₈ + O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O - Équilibrer l’oxygène (3×2 + 4×1 = 10 O à droite → 5 O₂) :
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O - Vérification : C : 3=3 ✓ · H : 8=8 ✓ · O : 10=10 ✓
- Produits formés : dioxyde de carbone (CO₂) et eau (H₂O)
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre combustion complète et incomplète ?
Dans une combustion complète, le dioxygène est en quantité suffisante : tout le carbone est transformé en CO₂ et tout l’hydrogène en H₂O. Dans une combustion incomplète, le manque de dioxygène produit du monoxyde de carbone (CO) et/ou de la suie (carbone C) en plus de l’eau. La combustion incomplète est dangereuse car le CO est un gaz toxique.
Pourquoi le monoxyde de carbone (CO) est-il si dangereux ?
Le CO est incolore et inodore, donc indétectable sans appareil. Il se fixe sur l’hémoglobine du sang avec une affinité 200 fois supérieure à celle de l’oxygène, empêchant le transport de l’O₂ vers les cellules. À forte concentration, il provoque la mort par asphyxie en quelques minutes. C’est la première cause de décès par intoxication accidentelle en France (environ 3 000 cas graves par an).
Comment savoir si une combustion est complète ou incomplète ?
Visuellement : une flamme bleue indique une combustion quasi complète (ex. : flamme d’une cuisinière à gaz bien réglée) ; une flamme jaune-orange avec de la fumée noire indique une combustion incomplète. Chimiquement : si l’eau de chaux se trouble et qu’il n’y a pas de dépôt noir, la combustion est complète. La présence de suie ou d’une flamme jaune signale une combustion incomplète.
Quels sont les produits de la combustion complète d’un hydrocarbure ?
Tout hydrocarbure (formule générale CₓHᵧ) donne lors de sa combustion complète uniquement du dioxyde de carbone (CO₂) et de l’eau (H₂O). Si le combustible contient aussi de l’oxygène (comme l’éthanol C₂H₅OH), les produits restent CO₂ et H₂O.
Comment équilibrer une équation de combustion ?
La méthode en 4 étapes : (1) écrire réactifs et produits non équilibrés ; (2) équilibrer le carbone avec le coefficient de CO₂ ; (3) équilibrer l’hydrogène avec le coefficient de H₂O ; (4) équilibrer l’oxygène avec le coefficient de O₂. Vérifier ensuite que chaque type d’atome est en même quantité des deux côtés de la flèche.