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⚗️ Chimie et matièrePremière → Terminale (voie techno)

⛽ 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.

Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉

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