Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures

Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Chimie | Combustion et environnement

Dernière mise à jour : 10 juin 2026, 01:25

Objectifs du chapitre

Distinguer combustion complète et combustion incomplète
Identifier les produits de chaque type de combustion
Comprendre la dangerosité du monoxyde de carbone (CO)
Écrire et ajuster une équation de réaction de combustion
Calculer l'énergie thermique libérée par une combustion
Calculer la masse de CO₂ dégagée et comprendre son impact sur l'effet de serre

Situation professionnelle — Sécurité dans un atelier de menuiserie chauffé au bois

Un artisan menuisier chauffe son atelier avec un poêle à bois et utilise un brûleur à gaz propane pour le séchage des finitions. Une flamme jaune-orangée et des dépôts de suie sur les parois du brûleur l'alertent : la combustion n'est peut-être pas complète. Comprendre les réactions de combustion et leurs produits est essentiel pour travailler en sécurité et éviter tout risque d'intoxication au monoxyde de carbone.

1. Situation professionnelle – Le chauffage de l'atelier

Contexte professionnel
Un artisan menuisier chauffe son atelier avec un poêle à bois pendant l'hiver. Certains ateliers utilisent aussi des chauffages au gaz (propane ou butane) pour le séchage des finitions ou le chauffage d'appoint. Les vernis et les laques utilisés en menuiserie contiennent des solvants organiques inflammables. Il est donc essentiel de comprendre les réactions de combustion, leurs produits et leurs dangers pour travailler en sécurité.

La combustion est une réaction chimique entre un combustible (bois, gaz, essence) et un comburant (le dioxygène de l'air). Elle dégage de la chaleur (réaction exothermique) et de la lumière.

2. Combustion complète du carbone

Définition – Combustion complète
Une combustion est dite complète lorsque le combustible réagit avec un excès de dioxygène. Tous les atomes de carbone donnent du dioxyde de carbone (CO₂) et tous les atomes d'hydrogène donnent de l'eau (H₂O).

Combustion complète du carbone : \[ \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 \] Carbone + dioxygène → dioxyde de carbone

Propriété – Caractéristiques

La flamme est bleue (combustion efficace).
Le seul produit carboné est le CO₂ (gaz incolore, inodore).
Toute l'énergie chimique est libérée sous forme de chaleur.

Application

Un menuisier brûle du carbone dans un excès de dioxygène. Quels sont les produits de la réaction ? Écrire l'équation de combustion complète du carbone.

3. Combustion incomplète du carbone

Définition – Combustion incomplète
Une combustion est dite incomplète lorsqu'il n'y a pas assez de dioxygène. Les produits sont alors :

Du monoxyde de carbone (CO) – gaz très toxique
Du carbone (C) sous forme de suie noire
De l'eau (H₂O)
Et éventuellement un peu de CO₂

Combustion incomplète du carbone : \[ 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \] Carbone + dioxygène (insuffisant) → monoxyde de carbone

DANGER – Le monoxyde de carbone (CO)
Le CO est un gaz incolore, inodore et mortel. Il se fixe sur l'hémoglobine du sang à la place de l'oxygène, provoquant une asphyxie.

Environ 300 décès par an en France dus au CO
Symptômes : maux de tête, vertiges, nausées, perte de connaissance, mort
Causes : appareil de chauffage mal entretenu, local mal ventilé, brûleur encrassé

Prévention : ventiler les locaux, faire entretenir les appareils de chauffage, installer un détecteur de CO.

Propriété – Comment reconnaître une combustion incomplète ?

Indice	Combustion complète	Combustion incomplète
Couleur de la flamme	Bleue	Jaune-orange
Dépôts	Aucun	Suie noire (carbone)
Odeur	Aucune	Odeur âcre possible
Produits	CO₂ + H₂O	CO + C + H₂O (+ CO₂)
Énergie libérée	Maximale	Réduite

4. Combustion des hydrocarbures

Définition – Hydrocarbure
Un hydrocarbure est une molécule composée uniquement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H). Formule générale : C_nH_m.
Exemples : méthane (CH₄), propane (C₃H₈), butane (C₄H₁₀).

Combustion complète d'un hydrocarbure : \[ \text{C}_n\text{H}_m + \left(n + \frac{m}{4}\right) \text{O}_2 \longrightarrow n\,\text{CO}_2 + \frac{m}{2}\,\text{H}_2\text{O} \]

Exemples d'équations de combustion

Exemple 1 – Combustion du méthane (gaz de ville) \[ \text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \]

Vérification : C : 1=1 ✓ | H : 4=4 ✓ | O : 4=2+2=4 ✓

Exemple 2 – Combustion du propane (bouteille de gaz) \[ \text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \longrightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O} \]

Vérification : C : 3=3 ✓ | H : 8=8 ✓ | O : 10=6+4=10 ✓

Exemple 3 – Combustion du butane (briquet) \[ 2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \longrightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O} \]

Vérification : C : 8=8 ✓ | H : 20=20 ✓ | O : 26=16+10=26 ✓

5. Méthode – Ajuster une équation de combustion

Méthode – Ajustement en 4 étapes

Écrire les réactifs et les produits :
Combustible + O₂ → CO₂ + H₂O
Ajuster le carbone (C) : le nombre d'atomes de C dans les réactifs = celui dans les produits.
Ajuster l'hydrogène (H) : le nombre d'atomes de H dans les réactifs = celui dans les produits.
Ajuster l'oxygène (O) en dernier : compter tous les O dans les produits, puis ajuster le coefficient devant O₂.

Application

Ajuster la combustion complète du butane utilisé dans le briquet d'un ébéniste : \(\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\).

Exemple 4 – Ajuster la combustion de l'éthanol C₂H₆O

Étape 1 : C₂H₆O + O₂ → CO₂ + H₂O

Étape 2 (C) : 2 C à gauche → 2 CO₂ à droite

C₂H₆O + O₂ → 2 CO₂ + H₂O

Étape 3 (H) : 6 H à gauche → 3 H₂O à droite

C₂H₆O + O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Étape 4 (O) : À droite : 2×2 + 3×1 = 7 atomes d'O. À gauche : 1 (dans C₂H₆O) + 2x = 7, donc x = 3.

\[ \text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\,\text{O}_2 \longrightarrow 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O} \]

6. Énergie thermique libérée par la combustion

Définition – Pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'une unité de masse (ou de volume) de ce combustible.

À l'échelle de la planète, l'énergie consommée provient encore très majoritairement de combustions : pétrole, gaz naturel, charbon et biomasse représentent environ 80 % de l'énergie primaire mondiale.

Combustible	Formule	Pouvoir calorifique (kJ/kg)	Usage en atelier
Bois sec	—	15 000	Poêle à bois, chutes de bois
Méthane	CH₄	50 000	Gaz de ville
Propane	C₃H₈	46 300	Bouteille de gaz
Butane	C₄H₁₀	45 700	Chalumeau, briquet
Fioul	—	42 000	Chaudière d'atelier

Énergie libérée par une combustion : \[ E = m \times \text{PC} \] \(E\) en kJ, \(m\) en kg, PC = pouvoir calorifique en kJ/kg

Exemple 5 – Énergie libérée par le bois

Situation : Un menuisier brûle 8 kg de chutes de bois dans le poêle de l'atelier.

\[ E = m \times \text{PC} = 8 \times 15\,000 = 120\,000 \text{ kJ} = 120 \text{ MJ} \]

Conversion en kWh : \(E = 120\,000 / 3\,600 = 33{,}3\) kWh.

Propriété – Moteurs thermiques
Les moteurs thermiques (moteurs à essence ou diesel des véhicules utilitaires, des engins de chantier...) convertissent l'énergie libérée par la combustion du carburant en énergie mécanique (mouvement). Une grande partie de l'énergie est dissipée en chaleur.

7. CO₂ et réchauffement climatique

Définition – Effet de serre
L'effet de serre est un phénomène naturel par lequel certains gaz de l'atmosphère (CO₂, CH₄, H₂O...) retiennent une partie de la chaleur du Soleil. Sans effet de serre, la température moyenne de la Terre serait de -18 °C au lieu de +15 °C.

Attention – Réchauffement climatique
Depuis la révolution industrielle, la combustion massive d'énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz) a augmenté la concentration de CO₂ dans l'atmosphère :

Avant 1800 : environ 280 ppm
En 2024 : environ 425 ppm (+50 %)

Cette augmentation renforce l'effet de serre → réchauffement climatique → fonte des glaces, montée des eaux, événements météo extrêmes.

Calcul de la masse de CO₂ dégagée

Application

Un menuisier brûle 3 kg de propane (PC = 46 300 kJ/kg) dans le chauffage de son atelier. Calculer l'énergie libérée en kJ et en kWh.

Méthode – Calculer la masse de CO₂ produite
Pour calculer la masse de CO₂ dégagée par la combustion :

Écrire l'équation de combustion équilibrée
Calculer les masses molaires : \(M(\text{CO}_2) = 12 + 2 \times 16 = 44\) g/mol
Utiliser les proportions stoechiométriques de l'équation

Exemple 6 – Masse de CO₂ pour 1 kg de propane

Équation : C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

Masses molaires :

\(M(\text{C}_3\text{H}_8) = 3 \times 12 + 8 \times 1 = 44\) g/mol
\(M(\text{CO}_2) = 44\) g/mol

1 mol de propane (44 g) produit 3 mol de CO₂ (3 × 44 = 132 g).

Pour 1 kg = 1 000 g de propane :

\[ m(\text{CO}_2) = \frac{1\,000}{44} \times 132 = 3\,000 \text{ g} = 3{,}0 \text{ kg} \]

Conclusion : 1 kg de propane brûlé produit 3 kg de CO₂.

8. Graphique – Émissions de CO₂ par combustible

9. Application – Combustion dans l'atelier

Application 1 – Chauffage au propane

Un menuisier utilise une bouteille de propane de 13 kg pour chauffer son atelier pendant l'hiver.

Énergie libérée : \(E = 13 \times 46\,300 = 601\,900\) kJ ≈ 602 MJ ≈ 167 kWh
Masse de CO₂ : \(m = 13 \times 3{,}0 = 39\) kg de CO₂

Chaque bouteille de propane produit environ 39 kg de CO₂.

Application 2 – Sécurité et ventilation

Lors du séchage de vernis au solvant, un ébéniste utilise un chauffage d'appoint au gaz. Pourquoi est-ce dangereux ?

Les solvants sont inflammables → risque d'incendie ou d'explosion au contact de la flamme.
La combustion consomme le dioxygène du local → manque d'O₂ → combustion incomplète → production de CO toxique.
Solution : utiliser un chauffage électrique (pas de flamme) et ventiler correctement le local.

10. À retenir

Formules et concepts clés :

Combustion complète (excès d'O₂) → CO₂ + H₂O
Combustion incomplète (manque d'O₂) → CO + C + H₂O
Énergie libérée : \(E = m \times \text{PC}\) (formule fournie en évaluation)
Le CO est un gaz mortel, incolore et inodore
Le CO₂ est un gaz à effet de serre → réchauffement climatique
Pour ajuster une équation : C d'abord, puis H, puis O en dernier

Attention aux erreurs fréquentes

Ne pas confondre CO (monoxyde de carbone, toxique) et CO₂ (dioxyde de carbone, gaz à effet de serre).
Toujours vérifier que l'équation est équilibrée (même nombre d'atomes de chaque côté).
Le bois est considéré comme « neutre en carbone » car le CO₂ libéré a été absorbé par l'arbre pendant sa croissance (cycle du carbone).
Ne pas oublier l'eau (H₂O) dans les produits de combustion des hydrocarbures.

11. Mini exercices

Exercice 1 – Ajuster une équation
Ajuster l'équation de combustion complète du méthane : CH₄ + ? O₂ → ? CO₂ + ? H₂O

Voir la solution

C : 1 C à gauche → 1 CO₂. H : 4 H → 2 H₂O. O : 2 + 2 = 4 → 2 O₂.

\[\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\]

Exercice 2 – Énergie du bois
Un artisan menuisier brûle 5 kg de chutes de bois (PC = 15 000 kJ/kg). Calculer l'énergie libérée en kJ et en kWh.

Voir la solution

\(E = 5 \times 15\,000 = 75\,000\) kJ = 75 MJ

En kWh : \(75\,000 / 3\,600 = 20{,}8\) kWh

Exercice 3 – Masse de CO₂
La combustion de 1 kg de butane (C₄H₁₀) produit 3,03 kg de CO₂. Un chauffage d'atelier consomme 2,5 kg de butane par semaine.
Calculer la masse de CO₂ émise en un mois (4 semaines).

Voir la solution

Consommation mensuelle : \(2{,}5 \times 4 = 10\) kg de butane

CO₂ : \(10 \times 3{,}03 = 30{,}3\) kg de CO₂ par mois.

Exercice 4 – Combustion complète ou incomplète ?
Un technicien d'agencement observe une flamme jaune-orange avec des dépôts de suie sur un brûleur à gaz de son atelier.
a) S'agit-il d'une combustion complète ou incomplète ?
b) Quel gaz dangereux peut se former ?
c) Que doit-il faire ?

Voir la solution

a) Combustion incomplète (flamme jaune + suie).

b) Le monoxyde de carbone (CO), gaz mortel.

c) Aérer le local, éteindre l'appareil, faire venir un technicien pour nettoyer et régler le brûleur.

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Simulation interactive

Combustion du carbone et des hydrocarbures

12. Erreurs fréquentes

❌

Confondre CO et CO₂
CO (monoxyde de carbone) est un gaz toxique et mortel issu d'une combustion incomplète. CO₂ (dioxyde de carbone) est le produit normal d'une combustion complète, inoffensif en faibles quantités mais gaz à effet de serre.
Conseil : retenir que CO = combustion incomplète (dangereux), CO₂ = combustion complète (normal).

❌

Mal équilibrer l'équation de combustion
Modifier la formule chimique des molécules (ex : écrire O₃ au lieu de O₂) pour équilibrer l'équation. On ne peut changer que les coefficients stoechiométriques, pas les formules.
Conseil : toujours ajuster dans l'ordre C → H → O et vérifier en comptant tous les atomes des deux côtés.

❌

Oublier l'eau dans les produits de combustion des hydrocarbures
Les hydrocarbures contiennent des atomes d'hydrogène qui donnent de l'eau (H₂O) lors de la combustion. Écrire seulement CO₂ comme produit est incomplet.
Conseil : produits de combustion complète d'un hydrocarbure = CO₂ + H₂O, toujours les deux.

❌

Croire que le bois est neutre en carbone sans conditions
Le bois est considéré neutre en carbone car l'arbre a absorbé du CO₂ pendant sa croissance. Mais si on brûle du bois sans laisser les forêts se régénérer, ce n'est plus neutre.
Conseil : neutralité carbone du bois = cycle court du carbone, valable seulement avec une gestion forestière durable.

Situation professionnelle — Sécurité dans un atelier de menuiserie chauffé au bois

1. Situation professionnelle – Le chauffage de l'atelier

2. Combustion complète du carbone

3. Combustion incomplète du carbone

4. Combustion des hydrocarbures

Exemples d'équations de combustion

5. Méthode – Ajuster une équation de combustion

6. Énergie thermique libérée par la combustion

7. CO2 et réchauffement climatique

Calcul de la masse de CO2 dégagée

8. Graphique – Émissions de CO2 par combustible

9. Application – Combustion dans l'atelier

10. À retenir

11. Mini exercices

Simulation interactive

12. Erreurs fréquentes

7. CO₂ et réchauffement climatique

Calcul de la masse de CO₂ dégagée

8. Graphique – Émissions de CO₂ par combustible