Ressources · 4ᵉ · Chimie
Combustions : carbone, méthane, butane
Le triangle du feu (combustible, comburant, énergie d’activation) ; les combustions du carbone, du méthane, du butane et du propane, leurs bilans et l’origine des atomes ; identifier les produits par des tests ; combustion complète ou incomplète et danger du monoxyde de carbone ; éteindre un feu en supprimant un côté du triangle
À propos de cette page
Le triangle du feu
En 6e, tu as rencontré les pictogrammes « inflammable » et « comburant » (Mélanges : quand ça réagit). Une combustion est une transformation chimique (Transformation chimique) : des réactifs sont consommés, des produits se forment.
• Le combustible est l’espèce qui brûle : bois, charbon, gaz (méthane, butane, propane), cire, essence… Le comburant est l’espèce qui permet de brûler : c’est le dioxygène. Dans l’air, il occupe environ 21 % du volume.
• Pour démarrer, il faut aussi une énergie d’activation : une flamme, une étincelle ou une surface très chaude. Ensuite, la chaleur dégagée par la combustion suffit souvent à l’entretenir.
• Ces trois conditions forment le triangle du feu : il les faut toutes les trois en même temps. Si l’une manque, le feu ne prend pas ; si l’une disparaît, il s’arrête.
• Plus le comburant est concentré, plus la combustion est vive : dans du dioxygène pur, un combustible brûle bien plus vivement qu’à l’air.
Le triangle du feu : les trois conditions d’une combustion, réunies en même temps.
Un four à pizza au bois. Les bûches sont le combustible, le dioxygène de l’air qui entre par l’ouverture du four le comburant ; la flamme du papier journal et du petit bois apporte l’énergie d’activation. Une fois lancé, le feu s’entretient seul tant qu’il reste du bois et que l’air arrive.
Une bougie sous un bocal. On retourne un bocal sur une bougie allumée : au bout de quelques secondes, la flamme faiblit puis s’éteint, alors qu’il reste de la cire. C’est le comburant qui manque : l’air enfermé ne contient plus assez de dioxygène pour entretenir la flamme. Il en reste un peu, mais trop peu.
Réflexe — devant un feu, je nomme les trois côtés : ce qui brûle (le combustible), le dioxygène (le comburant), ce qui l’a allumé (l’énergie d’activation).
Attention — ne confonds pas combustible (ce qui brûle) et comburant (ce qui permet de brûler) : le dioxygène ne brûle pas. Et le comburant n’est pas « l’air » tout entier : seul son dioxygène réagit ; le diazote, environ 78 % de l’air, n’est ni consommé ni formé, c’est une espèce spectatrice.
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Les combustions du carbone et du méthane
En 5e, tu as vu que les molécules sont faites d’atomes et qu’une formule les décrit : H₂O, CO₂… (Atomes et molécules). Voici les combustions à connaître.
• Combustion complète du méthane (le gaz naturel des cuisinières et des chaudières en est presque entièrement fait) : méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
• Le butane (gaz des briquets et des cartouches de camping) et le propane (bouteilles de gaz rangées dehors, citernes) contiennent, comme le méthane, des atomes de carbone et d’hydrogène : leur combustion complète donne les mêmes produits, du dioxyde de carbone et de l’eau.
• À l’échelle des atomes, les molécules des réactifs sont détruites et leurs atomes se regroupent autrement. Les atomes de carbone du combustible se retrouvent dans le dioxyde de carbone, ses atomes d’hydrogène dans l’eau, et tous les atomes d’oxygène des produits viennent du dioxygène.
• Avec les formules : C + O₂ → CO₂ et CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Le nombre placé devant une formule indique combien de molécules réagissent ou se forment. Le méthane CH₄ contient 1 atome de carbone et 4 atomes d’hydrogène, aucun atome d’oxygène.
Modèles moléculaires : carbone en noir, oxygène en rouge, hydrogène en blanc. Avant et après, ce sont les mêmes atomes, regroupés autrement.
| Observation | Interprétation |
|---|---|
| Le fusain rougit vivement, sans flamme | la combustion dégage beaucoup de chaleur et de lumière |
| Le fusain diminue, puis disparaît presque entièrement | le carbone est consommé : c’est un réactif |
| L’eau de chaux versée ensuite dans le flacon se trouble | du dioxyde de carbone s’est formé : c’est le produit |
On chauffe un morceau de fusain jusqu’à ce qu’il rougisse, puis on le plonge dans un flacon rempli de dioxygène.
Une vitre au-dessus d’une gazinière. Une vitre froide tenue au-dessus de la flamme se couvre de buée : c’est de l’eau formée par la combustion du méthane, dont la vapeur se liquéfie au contact du verre froid. Le méthane ne contient pas d’eau : les atomes d’hydrogène de cette eau viennent du méthane, ses atomes d’oxygène du dioxygène.
Lire un bilan. « butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau » se lit : le butane et le dioxygène donnent du dioxyde de carbone et de l’eau. Réactifs : le butane (le combustible) et le dioxygène (le comburant) ; produits : le dioxyde de carbone et l’eau.
Réflexe — pour trouver les produits d’une combustion complète, je regarde les atomes du combustible : carbone → dioxyde de carbone ; hydrogène → eau. L’oxygène vient toujours du dioxygène.
Attention — le méthane, le butane et le propane ne contiennent aucun atome d’oxygène : l’oxygène du dioxyde de carbone et de l’eau vient du dioxygène. Écrire et ajuster soi-même ces équations se fera dans Équation de réaction : écrire et ajuster.
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Identifier les produits d’une combustion
En 5e (Espèce chimique : identifier par des tests), puis dans Transformation chimique, tu as appris les tests de l’eau et du dioxyde de carbone. Ils servent à identifier les produits d’une combustion.
• Pour chercher du dioxyde de carbone : on verse de l’eau de chaux dans le récipient où a eu lieu la combustion (ou on y fait passer les gaz) ; elle se trouble.
• La suie, du carbone, se voit directement : un dépôt noir sur une paroi tenue dans la flamme.
• Les produits renseignent sur le combustible : s’il se forme de l’eau, le combustible contient de l’hydrogène ; s’il se forme du dioxyde de carbone, il contient du carbone. L’oxygène des produits vient du dioxygène : il ne dit rien du combustible.
| Combustible | Atomes du combustible | Produits de la combustion complète | Eau de chaux | Sulfate de cuivre anhydre |
|---|---|---|---|---|
| carbone (C) | carbone | dioxyde de carbone | se trouble | reste blanc |
| dihydrogène (H₂) | hydrogène | eau | reste limpide | devient bleu |
| méthane (CH₄), butane, propane | carbone et hydrogène | dioxyde de carbone et eau | se trouble | devient bleu |
Exemple rédigé : la flamme d’un briquet. « J’ai tenu un verre froid et sec, retourné, au-dessus de la flamme d’un briquet : de la buée est apparue ; elle a fait bleuir le sulfate de cuivre anhydre : il s’est formé de l’eau. J’ai versé de l’eau de chaux dans le verre et agité : elle s’est troublée : il s’est formé du dioxyde de carbone. Le gaz du briquet contient donc du carbone et de l’hydrogène. »
Une fusée au dihydrogène. L’étage principal de la fusée Ariane 6 brûle du dihydrogène et du dioxygène liquides : il rejette un énorme panache de vapeur d’eau. dihydrogène + dioxygène → eau : le combustible ne contient pas de carbone, il ne se forme donc pas de dioxyde de carbone.
Réflexe — un produit → son test → un élément du combustible : eau (le sulfate de cuivre anhydre bleuit) → hydrogène ; dioxyde de carbone (l’eau de chaux se trouble) → carbone.
Attention — la buée n’apparaît que sur une paroi froide : quand le verre chauffe, elle disparaît. Le sulfate de cuivre anhydre bleuit aussi avec l’humidité de l’air : on fait le test aussitôt. Et l’eau de chaux ne détecte pas le monoxyde de carbone (cas 4).
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Combustion complète ou incomplète : le monoxyde de carbone
Une flamme ne reçoit pas toujours assez de dioxygène. Le résultat n’est alors plus le même, et il peut devenir dangereux.
• La flamme jaune doit sa couleur à de minuscules grains de carbone très chauds, qui brillent ; refroidis, ils forment la suie noire.
• Le monoxyde de carbone, de formule CO, est un gaz toxique, incolore et inodore : aucun de nos sens ne le perçoit. Respiré, il se fixe dans le sang à la place du dioxygène, qui n’est plus transporté vers les organes. Premiers signes : maux de tête, fatigue, nausées, vertiges. En France, il cause chaque année plusieurs milliers d’intoxications, surtout en hiver.
| Combustion complète | Combustion incomplète | |
|---|---|---|
| Dioxygène | en quantité suffisante | en quantité insuffisante |
| Flamme | bleue, nette | jaune, éclairante, qui fume |
| Produits | dioxyde de carbone et eau | dioxyde de carbone et eau, mais aussi carbone (suie) et monoxyde de carbone |
| Énergie libérée | la plus grande possible | plus faible |
Le bec Bunsen : la virole règle l’entrée de l’air dans le tube.
| Consigne de sécurité | Pourquoi ? |
|---|---|
| aérer chaque jour, ne jamais boucher les grilles d’aération | elles apportent le dioxygène et évacuent les gaz |
| faire vérifier chaudière, poêle et conduits par un professionnel avant l’hiver | un appareil encrassé ou mal réglé brûle mal |
| jamais de barbecue, de brasero ni de groupe électrogène à l’intérieur | l’air n’y est pas assez renouvelé |
| installer un détecteur de monoxyde de carbone | aucun de nos sens ne perçoit ce gaz |
| en cas de doute : aérer, sortir, appeler le 15, le 18 ou le 112 | l’intoxication peut être mortelle |
Le bec Bunsen. Virole ouverte : l’air entre et se mélange au gaz, la flamme est bleue, la combustion est complète. Virole fermée : la flamme devient jaune et fume, et une capsule froide tenue au-dessus se couvre de noir : la combustion est incomplète.
Le même gaz, deux flammes. Avec la virole fermée, la flamme jaune est bien moins chaude (800 °C au plus, contre environ 1 200 °C pour la flamme bleue) : une partie du carbone part en suie au lieu de brûler entièrement, et l’énergie libérée est plus faible.
Réflexe — flamme bleue, sans dépôt : combustion complète. Flamme jaune, fumée, suie : combustion incomplète, donc du monoxyde de carbone peut se former.
Attention — CO (monoxyde de carbone) et CO₂ (dioxyde de carbone) sont deux espèces différentes : un seul atome d’oxygène les sépare, mais le monoxyde de carbone est très toxique, même en petite quantité. Ni l’eau de chaux ni le détecteur de fumée ne le repèrent.
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Éteindre un feu : agir sur le triangle
Une combustion a besoin des trois côtés du triangle : il suffit d’en supprimer un pour l’arrêter.
• Supprimer le comburant : étouffer le feu (couvercle, couverture anti-feu) pour que le dioxygène n’arrive plus.
• Supprimer l’énergie : refroidir avec de l’eau ; le combustible n’est plus assez chaud pour brûler.
| Geste | Côté du triangle supprimé |
|---|---|
| poser un couvercle sur une poêle en flammes | le comburant : la flamme est privée de dioxygène |
| arroser un feu de bois | l’énergie : l’eau refroidit le bois |
| couper l’arrivée de gaz d’une gazinière | le combustible : le gaz n’arrive plus |
| creuser un coupe-feu (une bande de terre nue) devant un feu de forêt | le combustible : il n’y a plus rien à brûler |
Une friteuse en feu. On n’y verse jamais d’eau : l’eau, plus dense que l’huile, coule au fond, se vaporise d’un coup et projette l’huile enflammée tout autour. On coupe la plaque, on pose un couvercle (ou une couverture anti-feu) sans déplacer la friteuse, et on attend que l’huile ait refroidi avant de soulever. Si le feu s’étend, on sort et on appelle le 18 ou le 112.
Un appareil électrique en feu. On coupe d’abord le courant au disjoncteur, puis on étouffe le feu ou on utilise un extincteur adapté. Jamais d’eau : l’eau conduit le courant, on risque l’électrocution.
Réflexe — devant un geste d’extinction, je me demande ce qu’il enlève : ce qui brûle (le combustible), le dioxygène (le comburant) ou la chaleur (l’énergie).
Attention — jamais d’eau sur de l’huile ou de la graisse enflammée, ni sur un appareil électrique branché. Un feu qui grandit ne se combat pas seul : on sort et on appelle les secours.
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Pour aller plus loin
Dans les chapitres suivants. Lire et écrire les formules comme CH₄ ou C₄H₁₀ : Formules chimiques. Pourquoi la masse se conserve pendant une combustion en flacon fermé : Conservation de la masse. Écrire et ajuster les équations de combustion : Équation de réaction : écrire et ajuster.
Pour aller plus loin. L’air, sa composition et ses polluants, dont ceux des combustions : L’air : composition, molécules et dissolution des gaz. Une combustion est une oxydation : le combustible s’unit à l’oxygène (L’oxydoréduction). L’énergie libérée par les combustions et le dioxyde de carbone qu’elles rejettent se retrouveront en 3e.
- Une combustion est une transformation chimique entre un combustible et un comburant, le dioxygène ; elle dégage de la chaleur et souvent de la lumière. Triangle du feu : combustible + comburant + énergie d’activation, tous en même temps.
- carbone + dioxygène → dioxyde de carbone ; méthane (comme butane et propane) + dioxygène → dioxyde de carbone + eau. Le carbone du combustible donne le dioxyde de carbone, son hydrogène donne l’eau ; l’oxygène vient du dioxygène.
- Eau formée : le sulfate de cuivre anhydre bleuit, le combustible contient de l’hydrogène. Dioxyde de carbone formé : l’eau de chaux se trouble, le combustible contient du carbone.
- Combustion complète : flamme bleue, dioxyde de carbone et eau. Incomplète (manque de dioxygène) : flamme jaune, suie et monoxyde de carbone CO, toxique, incolore et inodore. Aérer, faire entretenir, installer un détecteur.
- Éteindre un feu = supprimer un côté du triangle : le combustible (couper le gaz), le comburant (étouffer) ou l’énergie (refroidir). Jamais d’eau sur de l’huile enflammée ni sur un appareil électrique.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que le triangle du feu ?
Ce sont les trois conditions d’une combustion, réunies en même temps : un combustible (ce qui brûle : bois, gaz, carbone…), un comburant (le dioxygène, qui permet de brûler) et une énergie d’activation (flamme, étincelle, surface très chaude). Si l’une manque, la combustion ne démarre pas ou s’arrête.
Quels sont les produits de la combustion du carbone et du méthane ?
Carbone + dioxygène → dioxyde de carbone ; méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau (combustion complète). Le butane et le propane donnent les mêmes produits que le méthane. L’oxygène des produits vient du dioxygène.
Comment identifier les produits d’une combustion ?
L’eau se recueille en buée sur une paroi froide et fait bleuir le sulfate de cuivre anhydre ; le dioxyde de carbone trouble l’eau de chaux. Eau formée : le combustible contient de l’hydrogène ; dioxyde de carbone formé : il contient du carbone.
Quelle est la différence entre combustion complète et incomplète ?
Complète : le dioxygène suffit, la flamme est bleue, il se forme du dioxyde de carbone et de l’eau. Incomplète : le dioxygène manque, la flamme est jaune et fume, il se forme aussi de la suie et du monoxyde de carbone, un gaz toxique, incolore et inodore.
Comment éteindre un feu ?
On supprime un côté du triangle du feu : le combustible (couper le gaz), le comburant (étouffer avec un couvercle ou une couverture anti-feu) ou l’énergie (refroidir avec de l’eau). Jamais d’eau sur de l’huile enflammée ni sur un appareil électrique.
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