M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4ème
Objectifs et competences
Repères du programme de cycle 4 (BO 2020) :
- Decrire et expliquer des transformations chimiques
- Identifier les reactifs et les produits d'une combustion
Competences du socle :
- D1.3 : Ecrire les equations des combustions
- D4 : Realiser une experience de combustion en securite
- D5 : Comprendre les dangers du CO (securite domestique)
A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :
1. Vocabulaire fondamental
| Terme | Définition |
|---|---|
| Combustible | Corps qui brûle (méthane CH₄, charbon C, butane C₄H₁₀, alcool…) |
| Comburant | Corps qui entretient la combustion (dioxygène O₂) |
| Combustion | Réaction chimique entre un combustible et un comburant, avec dégagement d'énergie |
Exemple local : A La Reunion, les centrales thermiques de Bois-Rouge et du Gol brulent la bagasse (residu fibreux de la canne a sucre) pour produire de l'electricite. La bagasse est le combustible, le dioxygene de l'air est le comburant. La part de cette production varie selon l’année et la campagne sucrière ; elle doit être recherchée dans un bilan énergétique local daté avant d’être chiffrée.
2. Le Triangle du feu
Une combustion nécessite trois conditions simultanées :
Éteindre un feu = supprimer au moins un des trois côtés du triangle :
- Couper le combustible (fermer robinet gaz)
- Chasser le comburant (étouffer avec sable, CO₂)
- Refroidir (eau sur bois/papier — ⚠️ jamais sur feu électrique ou huile)
Pictogrammes SGH :
- 🔴 SGH02 — Inflammable (flamme)
- 🔴 SGH03 — Comburant (flamme sur cercle)
3. Produits de combustion — Identification expérimentale
Expérience avec bécher retourné
On place un bécher retourné au-dessus d'une flamme pour recueillir les gaz produits :
| Test | Réactif | Résultat | Produit détecté |
|---|---|---|---|
| Eau de chaux | Ca(OH)₂ | Se trouble (blanchit) | CO₂ (dioxyde de carbone) |
| Sulfate de cuivre anhydre | CuSO₄ blanc | Bleuit | H₂O (eau) |
4. Combustion complète vs incomplète
Combustion complète d’un hydrocarbure (méthane, butane…)
- Dioxygène en quantité suffisante
- Produits de la réaction complète avec O₂ : CO₂ + H₂O (dans ce modèle)
- Une flamme bleue peut être observée avec un brûleur à gaz bien réglé ; la couleur seule n’identifie pas tous les produits
Combustion incomplète
- Dioxygène en quantité insuffisante
- Selon les conditions, des CO (monoxyde de carbone) et/ou des suies (carbone C) peuvent se former, avec de l’eau et parfois du CO₂ ; tous ces produits ne sont pas nécessairement présents simultanément
- Une flamme jaune/orange et fumeuse peut signaler des suies ; le CO ne se reconnaît pas à la couleur de la flamme
⚠️ DANGER — Monoxyde de carbone (CO)
- Gaz inodore, incolore → indétectable sans capteur
- Toxique : se fixe à la place de O₂ sur l'hémoglobine → asphyxie
- Cause principale des intoxications au gaz en hiver (chauffage mal entretenu)
5. Équations bilan des combustions
Combustion du méthane (gaz naturel)
Combustion du carbone (charbon)
Combustion du butane (briquet)
Combustion incomplète du méthane (exemple)
6. TP — Étude expérimentale de la combustion
Objectifs
- Observer et identifier les produits d'une combustion
- Tester l'eau de chaux (CO₂) et le sulfate de cuivre (H₂O)
- Comparer combustion complète / incomplète
Protocole simplifié
- Allumer une bougie sous un bécher retourné
- Observer la formation de buée → → présence d'eau
- Faire barboter les gaz dans l'eau de chaux → trouble → présence de CO₂
- Restreindre l'arrivée d'air → flamme jaune + suies → combustion incomplète
7. Impact environnemental des combustions
Les combustions produisent des GES
La combustion complète d’un composé carboné (méthane, charbon, pétrole, bois, bagasse…) produit du CO₂, un gaz à effet de serre. Les combustions sont la principale source d'emissions de CO₂ liees aux activites humaines.
| Combustible | Equation simplifiee | CO₂ produit |
|---|---|---|
| Methane (gaz naturel) | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | 1 molecule de CO₂ par molecule de CH₄ |
| Charbon | C + O₂ → CO₂ | 1 molecule de CO₂ par atome de C |
| Essence (octane) | 2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O | 8 molecules de CO₂ par molecule d'octane |
Empreinte carbone
L'empreinte carbone mesure la quantite totale de GES (exprimee en kg de CO₂ equivalent) emise par une activite, un produit ou une personne.
Pour comparer deux déplacements, on choisit un même périmètre : par exemple les émissions directes de CO₂ à l’usage, en g de CO₂ par passager et par kilomètre. L’empreinte totale inclut aussi d’autres étapes, notamment la fabrication et l’énergie utilisée. Le vélo n’émet pas de CO₂ par combustion à l’usage ; son empreinte totale n’est pas nulle.
Pour chauffer de l’eau, il faut préciser la masse d’eau, les températures initiale et finale, le combustible et le rendement : chauffer 1 L ne suffit pas à déterminer des émissions.
Approfondissement facultatif — Un rapport de masses
On fournit la donnée suivante : 16 g de méthane réagissent complètement avec 64 g de dioxygène, produisant 44 g de CO₂ et 36 g d’eau. On vérifie la conservation de la masse : 16 + 64 = 44 + 36 = 80 g. Il n’est pas nécessaire d’utiliser la mole ni les masses molaires pour cet exercice de collège.
ODD 13 — Mesures relatives a la lutte contre les changements climatiques : reduire les combustions d'energies fossiles est essentiel. A La Reunion, les transports representent le premier poste d'emission de GES. Le developpement des vehicules electriques, du covoiturage et des transports en commun contribue a reduire l'empreinte carbone de l'ile.
Bilan — Ce qu'il faut retenir
| Notion | Résumé |
|---|---|
| Triangle du feu | Combustible + Comburant (O₂) + Source de chaleur |
| Combustion complète d’un hydrocarbure | Produits : CO₂ + H₂O ; le carbone seul donne CO₂, le dihydrogène donne H₂O |
| Combustion incomplète d’un hydrocarbure | Peut produire du CO et/ou des suies ; les produits dépendent des conditions |
| CO | Gaz inodore, incolore, mortel |
| Test CO₂ | Eau de chaux → se trouble |
| Test H₂O | CuSO₄ blanc → bleuit |
Erreurs frequentes a eviter
- Confondre combustible et comburant : le combustible est ce qui brule (methane, bois, bagasse), le comburant est ce qui permet la combustion (dioxygene O₂). Ne pas inverser les deux
- Oublier le dioxygene dans l'equation de combustion : dans les combustions étudiées ici, O₂ est le comburant et figure parmi les réactifs. Ecrire CH₄ → CO₂ + H₂O est faux car il manque le dioxygene
- Confondre combustion complete et incomplete : pour un hydrocarbure, complète = assez de O₂ → CO₂ + H₂O. Incomplète = peut produire CO et/ou suies ; ne pas déduire l’absence de danger de la couleur de la flamme
Differenciation
- Remediation : completer un schema du triangle du feu en placant les mots "combustible", "comburant" et "source de chaleur", puis associer chaque test (eau de chaux, sulfate de cuivre) au produit detecte
- Approfondissement : comparer les bilans energetiques de la combustion du methane, du charbon et de la bagasse (kJ/kg) et discuter de l'interet environnemental de la biomasse comme combustible a La Reunion
Ressources associees
- PDF cours : ../sources/ch04-combustions/4C4-les-combustions.pdf
- TP : ../sources/ch04-combustions/4TP-etude-combustion.pdf
- H5P QCM Ch.4 : ../sources/ch04-combustions/physique-chimie-4eme-combustions-ch4.h5p
- H5P illustre Ch.4 : ../sources/ch04-combustions/physique-chimie-4eme-combustions-ch4-illustre.h5p
- Liens web — video combustion methane
- Voir aussi : Pictogrammes SGH (inflammable, comburant)
Navigation
- Precedent : Ch.S1 — Masse volumique
- Suivant : Ch.5 — Equilibrer des reactions
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