⛽ Pouvoir calorifique : le duel des combustibles
Le dihydrogène libère presque trois fois plus d'énergie par kilogramme que l'essence… alors pourquoi ses réservoirs sont-ils si gros ? Choisis un besoin (une douche, 100 km en voiture, une maison à chauffer) et fais s'affronter deux combustibles : les stocks sont dessinés à l'échelle, ils fondent pendant la combustion, et un ballon gonfle avec le CO₂ rejeté.
🧪 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
- Pour un même besoin, la masse à brûler est d'autant plus petite que le pouvoir calorifique est grand : m = Q / PC. Un kilogramme de dihydrogène vaut près de 3 kg d'essence ou 8 kg de bois.
- Le volume du stock dépend aussi de la masse volumique : V = m / ρ. Un gaz, même comprimé à 700 bar, prend beaucoup de place. Le cube de chaque stock est dessiné à l'échelle (côté a = ∛V).
- Le CO₂ vient des atomes de carbone du combustible : l'équation de combustion donne la masse de CO₂ par kilogramme brûlé (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O : 44 g de CO₂ pour 16 g de méthane).
- Le ballon montre le volume de CO₂ gazeux à 20 °C : quelques litres d'essence produisent plusieurs mètres cubes de gaz !
- Le rendement de l'appareil compte aussi : un moteur qui n'utilise que 30 % de l'énergie libérée oblige à brûler plus de 3 fois l'énergie utile.
Expériences à faire
- Pour rouler 100 km, combien de litres d'essence faut-il ? Et de dihydrogène à 700 bar ?
- Chauffer une maison un hiver au bois : quelle masse de bûches ? Quel volume ?
- Le combustible qui a le plus grand pouvoir calorifique est-il toujours celui qui rejette le moins de CO₂ par mégajoule ?
- Active le mode exercice et calcule toi-même la masse de combustible avant de la vérifier.
- Avec « ✏️ Mon combustible », invente un carburant idéal : grand PC, petite masse volumique… est-ce forcément pratique ?
La chimie derrière l'animation
- Le pouvoir calorifique PC d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète de 1 kg (en MJ/kg) : Q = m × PC. Valeurs usuelles : essence 43, gazole 43, méthane 50, bois sec 15, dihydrogène 120 MJ/kg.
- Énergie à libérer pour un besoin : Q = Eutile / η, où η est le rendement de l'appareil (moteur, chaudière, réchaud).
- Volume du stock : V = m / ρ ; énergie par litre : PC × ρ (essence ≈ 32 MJ/L, dihydrogène à 700 bar ≈ 5 MJ/L).
- Combustion complète d'un hydrocarbure : CₓHᵧ + (x + y/4) O₂ → x CO₂ + y/2 H₂O. La masse de CO₂ se déduit des quantités de matière : n(CO₂) = x × n(combustible), m = n × M (M(CO₂) = 44 g/mol).
- Unités : 1 MJ = 106 J ; 1 kWh = 3,6 MJ. Un gaz à 20 °C sous 1 bar occupe Vm ≈ 24 L/mol.
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