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Réalisépar : …….. Enseignante: …………….. 2022/ 2021 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCR

Réalisépar : …….. Enseignante: …………….. 2022/ 2021 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Université de ………….. Faculté des sciences appliqué En vue de l’obtention du diplôme de master en hydrocarbures Exposé : Conséquence de la combustion RÉSUMÉ Les éléments de base nécessaires à la compréhension du phénomène de combustion sont présentés sans entrer dans le détail de la cinétique chimique. Ainsi, les conditions indispensables à la réalisation d'une combustion industrielle sont développées. La combustion est vue comme une source de chaleur et/ou d'élévation de l'énergie interne ou de l'enthalpie d'un fluide. Les diverses expressions des températures des fumées sont abordées et on fournit une méthode de détermination des irréversibilités de la combustion à travers la notion d'exergie. Des exemples de calculs sont fournis. INTRODUCTION La combustion est une opération technique importante et très répandue. Elle a essentiellement deux buts soit produire de la chaleur, soit fournir, in fine, de l'énergie mécanique. Dans le premier cas, les systèmes énergétiques sont basés sur les chaudières ou les fours. On cherche alors à obtenir des fumées à température de sortie aussi basse que possible pour récupérer un maximum de chaleur. Le second cas correspond aux moteurs de toutes sortes où la combustion peut être adiabatique. C'est l'enthalpie communiquée aux fumées qui est ensuite transformée en énergie mécanique. Pour maîtriser ces combustions, l'ingénieur énergéticien a besoin de connaître certains éléments de base qui s'appuient sur des connaissances physiques et chimiques. C'est l'objectif de cet article qui sera suivi par un article plus technique donnant les éléments utilisés en pratique dans l'industrie. Après avoir donné les définitions essentielles, on présente les réactions sous leur aspect global, c'est-à-dire sans aucune considération de cinétique chimique. Cependant, quelques notions relatives aux réactions en chaîne sont fournies afin d'aider à la compréhension des conditions indispensables à l'amorçage et au maintien d'une combustion. L'accent est mis sur les évolutions énergétiques qui ont lieu au cours de la combustion. On donne aussi le lien entre les chaleurs de combustion et celles de formation des corps purs. Les conditions limites de combustion isotherme d'une part, adiabatique d'autre part, sont considérées afin de définir la chaleur maximale dégagée par une combustion ou la température maximale atteinte par les fumées. Le cas intermédiaire est bien évidemment abordé, même avec condensation partielle de l'eau dans les fumées, toutefois sans prendre en compte les réactions de dissociation pour lesquelles le lecteur est renvoyé aux ouvrages spécialisés en chimie de la combustion. Les aspects exergétiques de la combustion sont abordés en fin d'article. Leur intérêt, comme cela est toujours le cas en matière d'exergie, est de mettre en évidence les irréversibilités liées à ce processus. On note qu'elles sont de l'ordre du quart de l'énergie contenue dans le mélange combustible. 1. Définition La combustion peut être définie comme la réaction chimique qui a lieu lors de la combinaison entre l'oxygène et une matière combustible. Cette réaction est globalement exothermique, c'est-à-dire qu'elle se produit avec un dégagement de chaleur. Dans le cas du bâtiment, cette chaleur est essentiellement utilisée pour maintenir une température de confort. 1.1 Comburant Un comburant est une substance chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible. La combustion est un phénomène physico-chimique d'oxydation exothermique rapide, qui fait intervenir un réactif réducteur (combustible), et un réactif oxydant (comburant). Un mélange approprié de comburant et de combustible peut entraîner une combustion, un incendie en présence d'une source d'ignition (étincelle, point chaud, flamme, etc.), le comburant étant l'un des trois éléments du triangle du feu. Dans un feu, le dioxygène de l'air réagit avec le combustible (charbon, gaz, alcool, etc.) et la température de la flamme permet l'auto-entretien de la combustion. Dans une combustion contrôlée, le comburant peut être pris dans le milieu (ex. : prise d'air d'un moteur à combustion interne qui amène le dioxygène de l'air dans la chambre de combustion). Dans certains cas, lorsque le milieu ne contient pas assez de comburant pour que la réaction chimique continue, on le stocke dans un réservoir et on le distribue en même temps que le carburant qui sert de combustible. C'est le cas notamment dans l'espace où les moteurs à réaction sont alimentés à la fois en carburant (dihydrogène, kérozène, hydrazine, etc.) et en comburant (dioxygène, peroxyde d'azote, etc.). Les chalumeaux oxyacétyléniques utilisent une bouteille de dioxygène comprimé pour que la combustion soit complète donc plus chaude. Dans la combustion (qui est une réaction d'oxydoréduction), le comburant est l'oxydant, tandis que le combustible est le réducteur. 1.2 Combustibles Un combustible est un composé chimique qui, avec un comburant (comme le dioxygène) et de l'énergie, se consume dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion. Cette réaction d'oxydation exothermique rapide fait intervenir un réactif réducteur (combustible), et un réactif oxydant (comburant). Un carburant est un combustible qui alimente un moteur à combustion interne. Par extension, on parle aussi de biocombustible pour désigner les combustibles organiques « non- fossiles », combustible nucléaire pour désigner les isotopes fissiles utilisés pour produire de l'énergie par fission dans les réactions nucléaires, bien qu'il ne s'agisse pas d'une réaction de combustion. 1.3 Activateu La réaction est déclenchée par une énergie d’activation, généralement de la chaleur ou une flamme. Par exemple, ce sera l'échauffement par frottement pour une allumette, le câble électrique suralimenté qui chauffe l'isolant, ou une autre flamme (propagation du feu), l'étincelle (de l'allume-gaz, de la pierre à briquet ou celle provoquée par une machine électrique qui se met en route ou s’arrête). Mais il existe d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : arc électrique, radiation, élévation de la température par compression de l'air, par exemple dans un moteur Diesel. Diagramme de combustion A l’aide de ce taux de CO2 max. nous pourrons élaborer un diagramme de combustion de la forme d’un triangle rectangle dont la verticale (ordonnée) comportera un point représentant le CO2 maximum, appelé « point stœchiométrique ». 2. CONDITIONS NÉCESSAIRES À LA COMBUSTION Comme cela a été analysé ci-dessus, les principales conditions nécessaires pour qu'il y ait combustion vive sont les suivantes :  présence d'un combustible et d'un comburant ;  température, en un point au moins du système, supérieure ou égale à la température d'inflammation ;  concentration des espèces chimiques dans les limites d'inflammabilité. 2.1 Température d'inflammation 2.1.1 Définition Lorsqu'un mélange combustible/comburant est chauffé, il ne s'enflamme pas immédiatement. Ainsi, un charbon chauffé perd d'abord son humidité, puis ses matières volatiles qui distillent (H2 , CH4 , CO, etc.). La flamme, qui met en évidence la combustion vive, n'apparaît qu'à partir d'une certaine température, dite température d'inflammation qi . Cette température dépend de la nature des combustibles et des comburants. L'inflammation peut être obtenue :  soit en portant la totalité du mélange combustible/comburant à la température d'inflammation, qui est alors appelée température d'autoinflammation. C'est le cas, par exemple, lors de la compression adiabatique d'un mélange gazeux  combustible ;  soit par un échauffement local par une source d'ignition (étincelle, chauffage par un corps chaud, injection d'air chaud, etc.) qui permet l'allumage. Les données concernant l'autoinflammation sont beaucoup plus nombreuses que celles relatives à l'inflammation par une source d'ignition. Les températures correspondantes pour les principaux combustibles 2.2 Produits de la combustion  L’eau, symbole H2O, composée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène.  Le gaz carbonique (ou dioxyde de carbone), symbole CO2, constitué d’un atome de carbone lié à deux atomes d’oxygène.Produits polluants  Les NOx (appellation générale des oxydes d’azote) :  NO qui s’oxyde rapidement et qui représente environ 95% des NOx.  NO2 (ou dioxyde d’azote) environ 5% durée de vie quelques semaines.  N2O (protoxyde d’azote) en infime partie, très stable, durée de vie plusieurs siècles.  Le CO (ou monoxyde de carbone), un atome de carbone + un d’oxygène.  Les Sox 3. TOXICITÉ DES FUMÉES ET GAZ 3.1 Méthodes pour cumuler l'effet des substances 3.1.1 Principe Pour mesurer correctement l'effet toxique des fumées, il convient de définir quel est l'effet à étudier : incapacitation ou létalité. Il est souhaitable de connaître ou de rechercher le maximum d'espèces toxiques potentiellement présentes. Les espèces les plus fréquentes peuvent, par exemple, représenter 90 % du potentiel létal des fumées, mais seulement 50 % de leur potentiel irritant. L'aspect cinétique de production est aussi essentiel. Certains produits dégagent des quantités très importantes de toxiques dans les premières minutes, alors que d'autres en dégagent moins, mais plus longtemps. Il est alors difficile de déterminer dans quel cas les fumées présentent le plus de danger pour les personnes. La prévision de l'effet toxique des fumées peut se faire de deux manières :  1) à l'aide de méthodes directes. Ces techniques consistent à exposer un animal servant de modèle à des fumées de combustion et observer l'effet direct sur la population animale. Ils sont de moins en moins utilisés, du fait d'une représentativité plus ou moins bonne des modèles animaux, et de l'éthique sur ce type d'expérimentation ;  2) à l'aide de méthodes indirectes. Celles-ci consistent à analyser les fumées, puis à comparer les résultats obtenus uploads/Finance/ consequence-de-la-combustion1.pdf