--- niveau: "4eme" discipline: "physique-chimie" theme_bo: "Organisation et transformation de la matiere" chapitre: 4 titre: "Les Combustions" duree_heures: 3 prerequis: - "4e-03 — Atomes et Molecules" competences_bo: - "Decrire et expliquer des transformations chimiques" - "Identifier les reactifs et les produits" competences_socle: - "D1.3 — Langages scientifiques" - "D2 — Methodes et outils" - "D4 — Systemes naturels et techniques" - "D5 — Representations du monde" mots_cles: - combustion - combustible - comburant - triangle du feu - CO - CO2 - complete - incomplete eval_diagnostique: "QCM prerequis atomes et molecules" eval_formative: "TP combustion complete/incomplete" eval_sommative: "TP combustion + QCM H5P" --- # Chapitre 4 — Les Combustions > *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** : - [ ] Citer les 3 elements du triangle du feu - [ ] Distinguer combustion complete et incomplete - [ ] Identifier les produits (CO₂, H₂O, CO) par des tests - [ ] Ecrire l'equation de combustion du methane --- ## 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) $$\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$$ ### Combustion du carbone (charbon) $$\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2$$ ### Combustion du butane (briquet) $$2\ \text{C}_4\text{H}_{10} + 13\ \text{O}_2 \longrightarrow 8\ \text{CO}_2 + 10\ \text{H}_2\text{O}$$ ### Combustion incomplète du méthane (exemple) $$2\ \text{CH}_4 + 3\ \text{O}_2 \longrightarrow 2\ \text{CO} + 4\ \text{H}_2\text{O}$$ --- ## 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 1. Allumer une bougie sous un bécher retourné 2. Observer la formation de buée → → présence d'eau 3. Faire barboter les gaz dans l'eau de chaux → trouble → présence de CO₂ 4. 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-atomes-molecules|Liens web]] — video combustion methane - Voir aussi : [[pictogrammes-securite-definitions|Pictogrammes SGH]] (inflammable, comburant) ## Navigation - Precedent : [[4e-s01-masse-volumique|Ch.S1 — Masse volumique]] - Suivant : [[4e-05-equilibrer-reactions-chimiques|Ch.5 — Equilibrer des reactions]] - [[4-INDEX|Index 4eme]] --- ## QCMs associes - [[03_CASQUETTES/EDUCATION/MES_COURS/4eme/sources/ch04-combustions/physique-chimie-4eme-combustions-ch4.h5p]] - [[03_CASQUETTES/EDUCATION/MES_COURS/4eme/sources/ch03-atomes-molecules/physique-chimie-4eme-modeles-moleculaires-devoir.h5p]]