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Chimie · 7e

Leçon 12 sur 17

Les combustibles usuels

Je sais classer les combustibles usuels selon leur état et leur origine, comparer leurs qualités et choisir un combustible en pensant à l'efficacité, au coût, à la sécurité et à l'environnement.

  • 40 min
  • 5 exercices corrigés
  • 2 schémas
  • QCM de 5 questions

À la fin de la leçon, tu sauras :

  • Citer et classer les combustibles solides, liquides et gazeux
  • Distinguer combustibles renouvelables et combustibles fossiles
  • Définir le pouvoir calorifique et comparer des combustibles
  • Énoncer les qualités d'un bon combustible et les enjeux pour la forêt guinéenne

Avant de commencer : Les leçons « La combustion » et « Étude générale des combustions dans l'air » (combustible, comburant, produits de combustion).

1Je découvre

Dans la famille de Fatoumata, à Nzérékoré, on cuisine au bois dans la cour. Chez sa tante à Kindia, on utilise un fourneau à charbon de bois. Son oncle, à Kamsar, cuisine au gaz butane ; le soir, dans le village de la grand-mère, on s'éclaire avec une lampe à pétrole. Et le taxi-brousse qui les transporte roule au gasoil.

Fatoumata se demande : « Pourquoi chaque famille utilise-t-elle un combustible différent ? Lequel chauffe le mieux ? Lequel coûte le moins cher ? Et si tout le monde coupe du bois pour faire du charbon, que va devenir la forêt ? »

Quels sont les combustibles que nous utilisons tous les jours, et comment les comparer pour bien les choisir ?

2Je comprends

1. Qu'est-ce qu'un combustible usuel ?

Un combustible est un corps qui peut brûler en réagissant avec le dioxygène de l'air, en libérant de la chaleur (et souvent de la lumière). Les combustibles usuels sont ceux qu'on utilise couramment pour cuire, chauffer, s'éclairer ou faire marcher des moteurs.

Presque tous les combustibles usuels contiennent du carbone et de l'hydrogène : leur combustion complète produit du dioxyde de carbone et de l'eau.

2. Classer les combustibles selon leur état

ÉtatExemplesUsages courants en Guinée
Solidesbois, charbon de bois, charbon minéral, paille et tiges de mil, coques d'arachide, cire de bougiecuisine, chauffage, forge, éclairage (bougie)
Liquidespétrole lampant, essence, gasoil, alcool à brûler, huileéclairage, moteurs (motos, taxis, groupes électrogènes), réchauds
Gazeuxgaz butane, propane, gaz naturel, biogazcuisine, briquets, soudure, certaines usines

3. Classer les combustibles selon leur origine

  • Combustibles naturels : on les utilise tels qu'on les trouve dans la nature (bois, paille, charbon minéral, gaz naturel).
  • Combustibles fabriqués (ou artificiels) : on les obtient en transformant une matière première. Le charbon de bois est fabriqué en chauffant du bois avec très peu d'air (carbonisation) ; l'essence, le gasoil, le pétrole lampant et le butane sont tirés du pétrole brut dans les raffineries ; le biogaz est produit par la fermentation des déchets végétaux et des bouses d'animaux.

On distingue aussi :

  • les combustibles renouvelables, qui peuvent se reformer rapidement à l'échelle d'une vie humaine : le bois (si on replante les arbres), la paille, le biogaz ;
  • les combustibles fossiles, formés sous la terre pendant des millions d'années à partir de débris d'êtres vivants : le pétrole, le gaz naturel, le charbon minéral. Leurs réserves sont limitées : une fois utilisées, elles ne se renouvellent pas à notre échelle.
Combustibles renouvelables
  • bois, paille, biogaz
  • se reforment en quelques années
  • réserves renouvelables si on les gère bien
  • risque : déforestation si on coupe trop
Combustibles fossiles
  • pétrole, gaz naturel, charbon minéral
  • formés en millions d'années
  • réserves limitées
  • risque : épuisement, pollution
Tous produisent du dioxyde de carbone en brûlant ; le bois ne reste renouvelable que si l'on replante.

4. Le pouvoir calorifique

Tous les combustibles ne dégagent pas la même quantité de chaleur. On appelle pouvoir calorifique d'un combustible la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg de ce combustible. On l'exprime en mégajoules par kilogramme (MJ/kg) ; le joule (J) est l'unité d'énergie et 1 MJ = 1 000 000 J.

Ordres de grandeur (valeurs arrondies, qui varient selon la qualité du combustible) :

Bois sec15 MJ/kgCharbon de bo…30 MJ/kgPétrole lampa…43 MJ/kgGaz butane46 MJ/kg
Pouvoir calorifique approximatif : chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg. Plus la barre est longue, plus 1 kg de ce combustible chauffe.

On voit qu'1 kg de charbon de bois dégage environ deux fois plus de chaleur qu'1 kg de bois sec, et qu'1 kg de butane en dégage environ trois fois plus. Le bois humide chauffe beaucoup moins bien que le bois sec : une partie de la chaleur sert à évaporer l'eau, et il fume davantage.

Méthode

Pour calculer la chaleur dégagée par un combustible :

  1. Je relève la masse de combustible brûlée, en kilogrammes.
  2. Je relève son pouvoir calorifique, en MJ/kg.
  3. Je multiplie : chaleur (MJ) = masse (kg) × pouvoir calorifique (MJ/kg).
  4. Pour comparer deux combustibles, je calcule la chaleur pour chacun, ou la masse nécessaire pour une même chaleur (masse = chaleur ÷ pouvoir calorifique).

Exemple

Quelle chaleur dégage la combustion complète de 3 kg de charbon de bois ? Quelle masse de bois sec faudrait-il pour obtenir la même chaleur ?

Charbon : 3 kg × 30 MJ/kg = 90 MJ.

Bois sec : masse = 90 MJ ÷ 15 MJ/kg = 6 kg.

Il faut deux fois plus de bois sec que de charbon de bois pour obtenir la même chaleur.

Exemple

Une famille utilise 12 kg de butane par mois pour cuisiner. Quelle chaleur cela représente-t-il ? Quelle masse de charbon de bois donnerait la même chaleur ?

Butane : 12 kg × 46 MJ/kg = 552 MJ.

Charbon de bois : 552 ÷ 30 = 18,4 kg.

Il faudrait environ 18,4 kg de charbon de bois, sans compter la chaleur perdue par un fourneau peu efficace.

5. Les qualités d'un bon combustible

Pour choisir un combustible, on tient compte de plusieurs critères :

  1. un pouvoir calorifique élevé (il chauffe beaucoup pour une petite masse) ;
  2. il s'allume facilement et sa combustion se règle bien ;
  3. il est facile à transporter et à stocker ;
  4. il produit peu de fumée, peu de cendres et peu de gaz toxiques ;
  5. il est peu dangereux (risques d'incendie, d'explosion, d'intoxication faibles) ;
  6. il est disponible et bon marché ;
  7. il respecte l'environnement.

Aucun combustible n'est parfait. Le bois est souvent gratuit ou peu cher, mais il fume beaucoup et sa coupe excessive détruit la forêt. Le charbon de bois chauffe mieux et fume peu, mais sa fabrication consomme beaucoup de bois et il peut produire du monoxyde de carbone. Le butane chauffe très bien et proprement, mais la bouteille coûte cher à l'achat et une fuite peut provoquer une explosion.

6. Les combustibles et la forêt guinéenne

En Guinée, la majorité des familles cuisinent encore au bois ou au charbon de bois. La fabrication du charbon (dans des meules de terre, en brousse) et la coupe du bois contribuent à la déforestation, surtout autour des villes. Pour protéger la forêt, on peut :

  • utiliser des foyers améliorés, qui consomment moins de bois ou de charbon pour cuire le même repas ;
  • replanter des arbres et respecter les forêts classées ;
  • utiliser du bois bien sec et couvrir les marmites pendant la cuisson ;
  • quand c'est possible, utiliser le gaz butane ou d'autres énergies (énergie solaire).

7. Réponse à Fatoumata

Chaque famille choisit son combustible selon ce qui est disponible, son prix et ses qualités. Pour une même masse, le butane chauffe le plus, puis le pétrole, le charbon de bois et enfin le bois. Et la forêt n'est préservée que si l'on utilise ces combustibles avec économie et si l'on replante.

3Je retiens

Je retiens

Un combustible est un corps qui brûle dans le dioxygène en libérant de la chaleur.

Selon leur état : solides (bois, charbon de bois), liquides (pétrole lampant, essence, gasoil, alcool), gazeux (butane, gaz naturel, biogaz).

Combustibles renouvelables (bois, paille, biogaz) et fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon minéral), aux réserves limitées.

Pouvoir calorifique : chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg (en MJ/kg). Ordre : butane > pétrole > charbon de bois > bois sec.

Chaleur (MJ) = masse (kg) × pouvoir calorifique (MJ/kg).

Un bon combustible : pouvoir calorifique élevé, facile à allumer, à transporter et à stocker, peu de fumée, peu dangereux, bon marché, respectueux de l'environnement.

Économiser le bois et le charbon (foyers améliorés, reboisement) protège la forêt.

4Erreurs fréquentes

  • Croire que le charbon de bois est un combustible naturel : il est fabriqué en chauffant du bois avec très peu d'air.
  • Penser que le bois est toujours renouvelable : il ne l'est que si l'on replante autant d'arbres qu'on en coupe.
  • Confondre le pouvoir calorifique (chaleur pour 1 kg) et la chaleur totale dégagée (qui dépend aussi de la masse brûlée).
  • Oublier la multiplication par la masse : 2 kg de bois sec dégagent 2 × 15 = 30 MJ, et non 15 MJ.

5Je m’exerce

1Exercice 1

Classe les combustibles suivants en solides, liquides et gazeux : bois, essence, butane, charbon de bois, pétrole lampant, biogaz, cire de bougie, gasoil.

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  • Solides : bois, charbon de bois, cire de bougie.
  • Liquides : essence, pétrole lampant, gasoil.
  • Gazeux : butane, biogaz.

2Exercice 2

Parmi les combustibles suivants, lesquels sont fossiles ? Lesquels sont renouvelables ? pétrole, bois, gaz naturel, paille de riz, charbon minéral, biogaz.

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Fossiles : pétrole, gaz naturel, charbon minéral. Renouvelables : bois (si l'on replante), paille de riz, biogaz.

3Exercice 3

a) Définis le pouvoir calorifique d'un combustible. b) Calcule la chaleur dégagée par la combustion complète de 4 kg de bois sec (15 MJ/kg) et de 4 kg de charbon de bois (30 MJ/kg). Compare.

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a) Le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg de ce combustible.

b) Bois sec : 4 × 15 = 60 MJ. Charbon de bois : 4 × 30 = 120 MJ. Pour la même masse, le charbon de bois dégage deux fois plus de chaleur que le bois sec.

4Exercice 4

Cite cinq qualités d'un bon combustible. Explique pourquoi le butane en possède plusieurs, mais présente aussi un danger.

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Pouvoir calorifique élevé ; facile à allumer et à régler ; facile à transporter et à stocker ; peu de fumée et de cendres ; peu dangereux ; bon marché ; respectueux de l'environnement (cinq suffisent). Le butane a un pouvoir calorifique très élevé, s'allume et se règle facilement, brûle sans fumée ni cendres quand la combustion est complète. Mais une fuite de gaz peut provoquer un incendie ou une explosion, et la bouteille coûte cher à l'achat.

5Exercice 5

Pour préparer les repas d'une semaine, une famille de Mamou a besoin d'environ 180 MJ de chaleur utile. On suppose que toute la chaleur des combustibles est utilisée.

a) Quelle masse de bois sec faudrait-il (15 MJ/kg) ?

b) Quelle masse de charbon de bois (30 MJ/kg) ?

c) Quelle masse de butane (46 MJ/kg) ? Arrondis au dixième.

d) En réalité, un feu de bois ouvert perd une grande partie de sa chaleur. Propose deux solutions pour consommer moins de bois et protéger la forêt.

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Bois sec : 180 ÷ 15 = 12 kg.

b) Charbon de bois : 180 ÷ 30 = 6 kg.

c) Butane : 180 ÷ 46 ≈ 3,9 kg (car 46 × 3,9 = 179,4).

d) Utiliser un foyer amélioré qui garde mieux la chaleur ; utiliser du bois bien sec ; couvrir les marmites ; replanter des arbres ; utiliser le gaz quand c'est possible (deux solutions suffisent).

Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.

6Je vérifie

Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.

1Lequel de ces combustibles est gazeux ?
Voir la réponse

Réponse B : le butane. Le butane est un gaz, stocké liquide sous pression dans les bouteilles.

2Lequel de ces combustibles est fossile ?
Voir la réponse

Réponse C : le pétrole. Le pétrole s'est formé sous terre pendant des millions d'années ; ses réserves sont limitées.

3Qu'est-ce que le pouvoir calorifique ?
Voir la réponse

Réponse B : la chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg de combustible. Il s'exprime en MJ/kg et permet de comparer les combustibles.

4Pour une même masse, lequel dégage le plus de chaleur ?
Voir la réponse

Réponse C : le butane. Le butane a un pouvoir calorifique d'environ 46 MJ/kg, contre environ 30 pour le charbon de bois et 15 pour le bois sec.

5Comment le charbon de bois est-il obtenu ?
Voir la réponse

Réponse B : on chauffe du bois avec très peu d'air. C'est la carbonisation : le bois chauffé sans assez d'air pour brûler se transforme en charbon.

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