Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures
Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Chimie | Combustion et environnement
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Capacités du chapitre (codes du cours)
C1 — Reconnaître une combustion et identifier ses produits par l'expérience
C2 — Écrire et ajuster l'équation de combustion d'un hydrocarbure
C3 — Calculer l'énergie thermique libérée par une combustion
C4 — Déterminer la masse de dioxyde de carbone dégagée
C5 — Prévenir les risques liés à une combustion incomplète
Les masses molaires et les pouvoirs calorifiques sont toujours fournis. Les encadrés « Pour aller plus loin » sortent du programme du groupement 3 : ils ne sont pas évalués.
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. 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. Qu'est-ce qu'une combustion ? (C1)
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.
Les trois côtés sont nécessaires : retirer le combustible, le comburant ou l'énergie éteint le feu.
2. La combustion complète et ses deux produits (C1)
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 couleur de la flamme ne prouve rien : une flamme bleue est un indice de bon réglage sur un brûleur à gaz, pas une preuve. Seul un appareil de mesure détecte le CO.
Le seul produit carboné est le CO2 (gaz incolore, inodore).
La combustion complète libère davantage d'énergie que la combustion incomplète du même combustible ; l'énergie utile dépend ensuite de l'appareil et de ses pertes.
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.
Le seul produit carboné est le dioxyde de carbone : \(\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2\).
Vérification : 1 atome C à gauche, 1 atome C à droite ; 2 atomes O à gauche, 2 atomes O à droite. L'équation est équilibrée.
3. Identifier les produits par l'expérience (C1)
Le programme demande de réaliser une combustion et d'en identifier les produits. Affirmer qu'il se forme du dioxyde de carbone et de l'eau ne suffit pas : il faut savoir le montrer.
Méthode – Reconnaître le dioxyde de carbone
On recueille les gaz de la combustion au-dessus de la flamme, puis on les fait barboter dans de l'eau de chaux, une solution limpide. L'eau de chaux se trouble et blanchit : c'est du dioxyde de carbone.
Méthode – Reconnaître l'eau
On approche de la flamme une surface froide (un verre, une coupelle sortie du réfrigérateur). De la buée s'y dépose : la vapeur d'eau produite s'y condense. Au laboratoire, on peut confirmer avec du sulfate de cuivre anhydre, poudre blanche qui bleuit en présence d'eau.
À gauche, la buée révèle l'eau. À droite, l'eau de chaux troublée révèle le dioxyde de carbone. Deux produits, deux tests : l'un ne remplace pas l'autre.
Erreur fréquente – Un seul test ne prouve qu'un seul produit
L'eau de chaux ne dit rien de l'eau formée, et la buée ne dit rien du dioxyde de carbone. Pour conclure qu'une combustion d'hydrocarbure est complète, il faut les deux tests, et l'absence de suie.
Application — Un protocole à compléter
Un binôme veut montrer que la combustion d'une bougie produit du dioxyde de carbone et de l'eau. Quel test emploie-t-il pour chaque produit, et qu'observe-t-il ? Il conclut : « l'eau de chaux s'est troublée, donc la combustion produit du CO2 et de l'eau ». Que lui répondre ?
Pour le dioxyde de carbone : l'eau de chaux, qui se trouble. Pour l'eau : une surface froide, qui se couvre de buée.
La conclusion va trop loin : l'eau de chaux ne prouve que le dioxyde de carbone. L'eau doit être montrée par son propre test.
4. La combustion incomplète (C1)
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
Et éventuellement un peu de CO2
De l'eau (H2O)seulement si le combustible contient de l'hydrogène (bois, gaz, solvants)
Cas du carbone : le carbone ne contient aucun atome d'hydrogène. Sa combustion, complète ou incomplète, ne produit donc jamais d'eau.
Combustion incomplète du carbone :
\[ 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \]
Carbone + dioxygène (insuffisant) → monoxyde de carbone
Propriété – Comment reconnaître une combustion incomplète ?
Indice
Combustion complète
Combustion incomplète
Couleur de la flamme
Indice de réglage seulement : elle ne prouve rien
Dépôts
Aucun
Suie noire (carbone)
Odeur
Ce n'est pas un critère fiable : le CO est inodore
Produits
CO2 + H2O*
CO + C + H2O* (+ CO2)
Énergie libérée
Maximale
Réduite
La suie est le signe le plus sûr, parce qu'elle se voit et qu'elle reste.
* L'eau n'apparaît que si le combustible contient de l'hydrogène (bois, gaz, solvants). La combustion du carbone seul, complète ou incomplète, n'en produit pas.
Application — Combustion incomplète du carbone
Dans un poêle à bois d'atelier mal ventilé, le carbone brûle en manque de dioxygène : il se forme du monoxyde de carbone. Écrire et vérifier l'équation de cette combustion incomplète. Pourquoi faut-il aérer immédiatement le local ?
En manque de dioxygène, deux atomes de carbone ne captent qu'un dioxygène : \(2\,\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\,\text{CO}\).
Vérification : 2 atomes C à gauche = 2 atomes C à droite ; 2 atomes O à gauche = 2 atomes O à droite. L'équation est équilibrée.
Le \(\text{CO}\) formé est un gaz incolore, inodore et potentiellement mortel. Il faut aérer immédiatement, arrêter l'appareil si cela peut être fait sans danger, évacuer le local, appeler les secours (15, 18 ou 112) et ne pas réintégrer les lieux avant l'avis d'un professionnel.
Équation : 2 C + O₂ → 2 CO.
Animation — régler la combustion
Fais varier l'arrivée d'air et observe le modèle : avec assez de dioxygène la combustion est complète ; sinon elle devient incomplète et peut produire du CO toxique et de la suie. La couleur de flamme dessinée n'est qu'un indice : elle ne prouve rien et ne mesure pas le CO.
5. Le monoxyde de carbone (C5)
DANGER – Un gaz qu'aucun sens ne détecte
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 100 décès par an en France dus au CO
Symptômes : maux de tête, vertiges, nausées, qui ressemblent à une fatigue ordinaire ; puis perte de connaissance et mort
Causes : appareil de chauffage mal entretenu, local mal ventilé, brûleur encrassé
Prévention : ne jamais boucher les entrées d'air, faire entretenir les appareils et conduits, respecter leur notice et installer, si nécessaire, un détecteur conforme. En cas de suspicion : aérer, arrêter si possible l'appareil, évacuer, appeler les secours (15, 18 ou 112) et ne pas rentrer avant l'avis d'un professionnel.
6. Écrire une équation de combustion (C2)
Définition – Hydrocarbure
Un hydrocarbure est une molécule composée uniquement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H). Exemples : méthane (CH4), propane (C3H8), butane (C4H10).
Combustion complète d'un hydrocarbure :
\[ \text{combustible} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
Les atomes se conservent : autant d'atomes de chaque élément à gauche qu'à droite.
Pour aller plus loin — hors programme
Pour un hydrocarbure de formule générale CnHm, les quatre étapes de la méthode donnent d'un coup \( \text{C}_n\text{H}_m + \left(n + \frac{m}{4}\right) \text{O}_2 \longrightarrow n\,\text{CO}_2 + \frac{m}{2}\,\text{H}_2\text{O} \). Cette formule n'est pas demandée : on ajuste chaque équation avec la méthode.
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 ✓
7. Ajuster une équation, en quatre étapes (C2)
Méthode – Ajustement en 4 étapes
Écrire les réactifs et les produits :
Combustible + O2 → CO2 + H2O
Ajuster le carbone (C) : le coefficient de CO2 est le nombre de C du combustible.
Ajuster l'hydrogène (H) : le coefficient de H2O est la moitié du nombre de H.
Ajuster l'oxygène (O) en dernier : compter tous les O dans les produits, puis ajuster le coefficient devant O2.
Ajuster, c'est garder le même nombre d'atomes de chaque élément avant et après la réaction : ici 1 C, 4 H et 4 O de chaque côté.
Application
Ajuster la combustion complète du butane utilisé dans le briquet d'un ébéniste : \(\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\).
Étape 1 (écrire) : C4H10 + O2 → CO2 + H2O. Étape 2 (C) : 4 C → 4 CO2. Étape 3 (H) : 10 H → 5 H2O. Étape 4 (O) : 8 + 5 = 13 atomes O dans les produits → \(\frac{13}{2}\) O2. En multipliant par 2 :
Définition – Pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique PC d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'un kilogramme de ce combustible, en kJ/kg. Les valeurs sont fournies en évaluation : elles ne s'apprennent pas.
À l'échelle de la planète, l'énergie consommée provient encore très majoritairement de combustions : les combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) représentent environ 80 % de l'énergie primaire mondiale, et près de 90 % en y ajoutant la biomasse.
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.
\[ E = m \times \text{PC} = 8 \times 15\,000 = 120\,000 \text{ kJ} = 120 \text{ MJ} \]
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.
9. Le dioxyde de carbone : effet de serre et masse dégagée (C4)
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.
Le CO2 absorbe puis renvoie une partie de l'infrarouge émis par la Terre : l'atmosphère se réchauffe.
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
Au début des années 2020 : plus de 420 ppm (environ +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
Rappel – Quantité de matière et masse molaire
Une masse de combustible ne dit pas directement combien de molécules réagissent. Pour compter les molécules, on utilise la mole.
La mole (symbole mol) est l'unité de quantité de matière, notée \(n\) : une mole est un « paquet » toujours identique de \(6{,}02 \times 10^{23}\) entités (atomes, molécules).
La masse molaire \(M\) d'une espèce chimique est la masse d'une mole de cette espèce. Elle s'exprime en g/mol.
La masse molaire d'une molécule est la somme des masses molaires des atomes qui la composent.
Conclusion : 1 kg de propane brûlé produit 3 kg de CO2.
Application — Masse de CO2 du méthane
Un chauffage au gaz de ville brûle 1 kg de méthane. On donne \(M(\text{CH}_4) = 16\) g/mol, \(M(\text{CO}_2) = 44\) g/mol et l'équation \(\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\). Calculer la masse de CO2 produite.
\(n(\text{CH}_4)=\dfrac{m}{M}=\dfrac{1\,000}{16}=62{,}5\) mol. D'après l'équation, 1 mol de méthane donne 1 mol de CO2, donc \(n(\text{CO}_2)=62{,}5\) mol.
\(m(\text{CO}_2)=nM=62{,}5\times44=2\,750\) g.
Masse de CO2 produite : 2 750 g = 2,75 kg.
10. Graphique – Émissions de CO2 par combustible (C4)
Le graphique compare uniquement la masse de CO2 rejetée directement à la cheminée par kilogramme brûlé. Il ne compare ni l'énergie utile produite, ni le bilan climatique complet des filières. Pour le bois, ce bilan dépend notamment du délai de repousse, de l'évolution du stock de carbone forestier, de la gestion de la forêt et du transport.
11. Application – Combustion dans l'atelier (C3, C4, C5)
Application 1 – Chauffage au propane
Un menuisier utilise une bouteille de propane de 13 kg pour chauffer son atelier pendant l'hiver.
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.
Mesure : arrêter et éloigner toute source d'inflammation, respecter la FDS et la notice du produit, puis utiliser uniquement un équipement de chauffage autorisé pour la zone après évaluation du risque. Un appareil électrique ordinaire peut lui aussi constituer une source d'inflammation.
12. À retenir
Formules et concepts clés :
Combustion complète (excès d'O2) → CO2 + H2O (l'eau seulement si le combustible contient de l'hydrogène)
Combustion incomplète (manque d'O2) → CO + C (+ CO2) (+ H2O si le combustible contient de l'hydrogène)
Combustion du carbone seul : C + O2 → CO2 (complète), 2 C + O2 → 2 CO (incomplète) — jamais d'eau
Les deux tests : l'eau de chaux se trouble pour le CO2 ; la buée sur une surface froide pour l'eau. La couleur de la flamme ne prouve rien.
Énergie libérée : \(E = m \times \text{PC}\), avec \(m\) en kg (pouvoirs calorifiques fournis)
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
Masse de CO2 dégagée : \(n = \dfrac{m}{M}\), puis les proportions de l'équation, puis \(m = n \times M\) (masses molaires fournies)
Repère utile : 1 kg de propane brûlé produit environ 3 kg de CO2
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).
Brûler du bois émet immédiatement du CO2. Son bilan climatique n'est pas automatiquement nul : il dépend de la repousse, du stock de carbone forestier, du temps considéré, des usages concurrents du bois et des émissions de la filière.
Ne pas oublier l'eau (H2O) dans les produits de combustion des hydrocarbures.
13. 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.
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 des dépôts de suie sur un brûleur à gaz de son atelier ; l'appareil chauffe moins bien qu'avant.
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 : la suie est du carbone non brûlé, et l'énergie libérée est réduite.
b) Le monoxyde de carbone (CO), gaz mortel.
c) Aérer le local, arrêter l'appareil si cela peut se faire sans danger, puis faire nettoyer et régler le brûleur par un professionnel.
14. Erreurs fréquentes
❌
Croire que la couleur de la flamme prouve le type de combustion
Une flamme bleue est un indice de bon réglage sur un brûleur à gaz, pas une preuve. Le CO est incolore et inodore : ni l'œil ni le nez ne le détectent. Conseil : pour la combustion incomplète, chercher la suie ; pour le CO, seul un appareil de mesure le dit.
❌
Confondre CO et CO2
CO (monoxyde de carbone) est un gaz toxique et potentiellement mortel issu d'une combustion incomplète. CO2 (dioxyde de carbone) est un produit d'une combustion complète et un gaz à effet de serre ; à forte concentration dans un local, il peut aussi présenter un risque d'asphyxie. Conseil : retenir que CO et CO2 sont deux gaz différents et qu'aucun ne doit être identifié à l'odeur.
❌
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 CO2 est émis dès la combustion, tandis que sa recapture éventuelle par la forêt se fait sur des années ou des décennies. Même avec une gestion durable, le bilan dépend de l'évolution du stock de carbone, des pratiques forestières, du devenir alternatif du bois et des émissions de la chaîne logistique. Conseil : parler d'un bilan à évaluer sur un périmètre et une durée, pas d'une neutralité automatique.