Combustion des hydrocarbures
La combustion des hydrocarbures désigne la réaction chimique par laquelle un hydrocarbure réagit avec l'oxygène pour créer du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur. Les hydrocarbures sont des molécules composées à la fois d'hydrogène et de carbone. Ils sont surtout connus pour être le principal constituant des combustibles fossiles, à savoir le gaz naturel, le pétrole et le charbon. Pour cette raison, les ressources en combustibles fossiles sont souvent appelées ressources en hydrocarbures.[1] L'énergie est obtenue à partir des combustibles fossiles par la combustion du combustible. Bien que des impuretés existent dans les combustibles fossiles, la combustion d'hydrocarbures est le principal processus de combustion des combustibles fossiles. Un exemple de combustion d'hydrocarbures est illustré à la figure 1. Voir la simulation au bas de la page pour d'autres exemples.
Description
Quel que soit le type d'hydrocarbure, la combustion avec l'oxygène génère 3 produits : le dioxyde de carbone, l'eau et la chaleur, comme le montre la réaction générale ci-dessous. L'énergie nécessaire pour rompre les liaisons des molécules d'hydrocarbures est nettement inférieure à l'énergie libérée lors de la formation des liaisons des molécules de CO2 et de H2O. Pour cette raison, le processus libère des quantités importantes d'énergie thermique (chaleur). Cette énergie thermique peut être utilisée directement (par exemple pour chauffer une maison) ou être convertie en énergie mécanique à l'aide d'un moteur thermique. Toutefois, cette conversion est soumise à des pertes de rendement, ce qui entraîne des pertes d'énergie importantes (sous forme de chaleur perdue) régies par la deuxième loi de la thermodynamique. L'énergie mécanique utile résultante sera bien inférieure à l'énergie thermique initiale fournie par la combustion des hydrocarbures.
Équation générale de réaction :
- [math]\displaystyle{ x }[/math] fait référence au nombre d'atomes de carbone dans l'hydrocarbure
- [math]\displaystyle{ y }[/math] fait référence au nombre d'atomes d'hydrogène dans l'hydrocarbure
- [math]\displaystyle{ N }[/math] fait référence au nombre d'atomes d'oxygène requis dans la réaction de combustion des hydrocarbures
Combustion des hydrocarbures et combustibles fossiles
Notez que le CO2 est toujours un produit dans la combustion des hydrocarbures ; peu importe le type de molécule d'hydrocarbure. La production de CO2 et de H2O est en fait la façon dont l'énergie utile est obtenue à partir des combustibles fossiles. C'est pourquoi il est important de faire la distinction entre le dioxyde de carbone et les autres produits « résiduels » qui proviennent des impuretés du combustible, comme les composés de soufre et d'azote.[1] Les déchets provenant d'impuretés peuvent être éliminés grâce à une technologie spécifique ; le CO2 ne peut être éliminé que si les combustibles fossiles ne sont pas brûlés (utilisés) en premier lieu.
Tous les combustibles fossiles n'ont pas la même composition. Le gaz naturel est composé à plus de 90% de méthane (CH4) qui est la plus petite molécule d'hydrocarbure. Le pétrole a tendance à être composé de molécules de taille moyenne, bien que sa composition varie fortement d'une catégorie de brut à l'autre. En général, plus le pétrole est dense, plus les chaînes de carbone des molécules sont longues. Finalement, le charbon contient les molécules d'hydrocarbures les plus grandes et les plus complexes.[1]
Comme les différents hydrocarbures ont des rapports hydrogène/carbone différents, ils produisent des rapports eau/dioxyde de carbone différents. En général, plus la molécule est longue et complexe, plus le rapport carbone/hydrogène est élevé. C'est pourquoi la combustion de quantités égales de différents hydrocarbures produira des quantités différentes de dioxyde de carbone, en fonction du rapport entre le carbone et l'hydrogène dans les molécules de chacun. Étant donné que le charbon contient les molécules d'hydrocarbures les plus longues et les plus complexes, sa combustion libère davantage du CO2 que la combustion d'une même masse de pétrole ou de gaz naturel. Cela modifie également la densité énergétique de chacun de ces combustibles.
Émissions de dioxyde de carbone
Le tableau ci-dessous indique les émissions de CO2 résultant de la production de 293,1 kWh (1 000 000 UTBs) d'énergie à partir de divers combustibles hydrocarbonés.[3]
| Combustible | kg d'émissions de CO2 |
|---|---|
| Charbon d'anthracite | 104 |
| Charbon bitumineux | 93.5 |
| Charbon de lignite | 97.9 |
| Charbon sous-bitumineux | 97.4 |
| Diesel | 73.2 |
| Essence | 71.5 |
| Propane | 63.2 |
| Gaz naturel | 53.2 |
Animation de la combustion
Choisissez un combustible à partir de la liste ci-dessous pour voir la réaction nette qui se produit pendant la combustion.
En savoir plus
Pour de des informations complémentaires, veuillez consulter les pages correspondantes ci-dessous :
- Combustible fossile
- Énergie primaire
- Ressources en hydrocarbures
- Charbon
- Pétrole
- Gaz naturel
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Références
- ↑ 1,0 1,1 et 1,2 R.D. Botts, D.M. Carson, and D.Coglon. "Petroleum in our live" in Our petroleum challenge, 8th ed. Calgary:Canadian Center for Energy Development, 2013, pp. 7-15.
- ↑ American Chemical Society. "Methane and oxygen react". Internet: http://www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter6/lesson1, [October 25,2013]
- ↑ http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=73&t=11