🔥 Combustion complète ou incomplète : flamme, suie et CO
Une flamme bleue qui ronronne ou une flamme jaune qui fume : la différence, c'est le dioxygène ! Ferme l'arrivée d'air et la soucoupe noircit de suie ; enferme un chauffe-eau dans une petite salle de bain et un tueur invisible apparaît : le monoxyde de carbone. Heureusement, le détecteur veille… et toi aussi.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Avec assez de dioxygène (λ ≥ 1), la flamme est bleue et peu éclairante : tout le carbone devient du CO₂. C'est la combustion complète.
- Quand on ferme l'arrivée d'air (λ < 1), le carbone ne trouve plus assez de dioxygène : il forme du monoxyde de carbone CO, puis de la suie (carbone C) qui rend la flamme jaune et noircit la soucoupe.
- La combustion incomplète libère moins d'énergie : chaque mole de CO formée au lieu de CO₂ fait perdre 283 kJ, chaque mole de suie 393,5 kJ.
- Dans la salle de bain fermée, le chauffe-eau consomme le dioxygène de la pièce : sa combustion devient incomplète et le CO monte en flèche. Le détecteur sonne quand le CO dépasse ses seuils.
- Sur la balance, chaque élément (C, H, O) doit avoir le même nombre d'atomes de chaque côté : c'est la conservation des éléments.
Expériences à faire
- Pour le propane, quel est le plus petit apport de dioxygène qui évite la suie ? Et le CO ?
- Compare l'énergie libérée par le méthane à λ = 1,2 et à λ = 0,8 : combien perd-on ?
- Dans la salle de bain de 10 m³ sans conduit, combien de temps faut-il pour que le détecteur sonne ? Que change l'aération ?
- Pourquoi raccorder le chauffe-eau à un conduit (ou une ventouse) rend-il la pièce sûre ?
- Équilibre la combustion complète de l'octane, puis sa combustion incomplète en CO : combien de O₂ économise-t-on… et à quel prix ?
La chimie derrière l'animation
- Combustion complète d'un hydrocarbure : CxHy + (x + y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O. Exemple : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. Pour un alcool CxHyOz, il faut (x + y/4 − z/2) O2.
- Combustion incomplète (manque de dioxygène) : il se forme du monoxyde de carbone (2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O) ou du carbone (suie : CH4 + O2 → C + 2 H2O). La flamme devient jaune et éclairante (particules de carbone incandescentes).
- Énergie libérée (loi de Hess, eau gazeuse) : Q = Qcomplète − 283 kJ × n(CO) − 393,5 kJ × n(C). Une combustion incomplète gaspille du combustible et pollue.
- Le monoxyde de carbone est incolore, inodore et toxique : il se fixe sur l'hémoglobine à la place du dioxygène. On mesure sa concentration en ppm (parties par million) : c = n(CO) / n(air) × 106. Vers 200 ppm, maux de tête en 2 à 3 h ; au-delà de 1 600 ppm, la mort en moins de 2 h. Prévention : appareils entretenus et raccordés, aération, détecteur.
- Modèle de l'animation : l'hydrogène brûle d'abord, puis le carbone donne CO2, CO ou C selon le dioxygène restant ; λ = n(O2)apporté / n(O2)nécessaire. Pièce : 41,6 mol d'air par m³, le brûleur respire l'air de la pièce ; seuils du détecteur simplifiés (norme EN 50291).
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