Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures

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

Dernière mise à jour : 6 août 2026, 19:17

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.

Les trois côtés sont nécessaires : retirer le combustible, le comburant ou l'énergie éteint le feu.

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

Une flamme bleue peut être un indice de bonne combustion pour certains brûleurs à gaz, mais la couleur seule ne prouve pas qu'une combustion est complète.
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.

À toi de jouer :

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
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

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 100 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 : 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.

Propriété – Comment reconnaître une combustion incomplète ?

Indice	Combustion complète	Combustion incomplète
Couleur de la flamme	Souvent bleue pour un brûleur à gaz bien réglé	Jaune-orange possible
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

* 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 ?

À toi de jouer :

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/ou de la suie. La couleur de flamme affichée est un indice simplifié, pas une méthode de mesure du CO.

Arrivée d'air (O₂) : %

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.

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 : \(\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\).

À toi de jouer :

Exemple 4 – Ajuster la combustion d'un combustible oxygéné : 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 : 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.

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

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

Application — Énergie libérée par le fioul

La chaudière d'un atelier de menuiserie brûle 20 kg de fioul (pouvoir calorifique : 42 000 kJ/kg). Calculer l'énergie libérée, en kJ puis en MJ.

À toi de jouer :

Application — Énergie libérée par le propane

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.

À toi de jouer :

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.

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.

Données – masses molaires atomiques : \(M(\text{H}) = 1\) g/mol, \(M(\text{C}) = 12\) g/mol, \(M(\text{O}) = 16\) g/mol. (Ces valeurs sont fournies en évaluation.)

Masse et quantité de matière : \[ n = \frac{m}{M} \qquad \text{et} \qquad m = n \times M \] \(n\) en mol, \(m\) en g, \(M\) en g/mol

Exemple 6 – Masse molaire d'une molécule

Dioxyde de carbone CO₂ : une molécule contient 1 atome de C et 2 atomes de O, donc

\[ M(\text{CO}_2) = 12 + 2 \times 16 = 44 \text{ g/mol} \]

Méthane CH₄ : 1 atome de C et 4 atomes de H, donc \(M(\text{CH}_4) = 12 + 4 \times 1 = 16\) g/mol.

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
Convertir une masse en quantité de matière avec \(\boxed{n = \dfrac{m}{M}}\)
Utiliser les proportions stoechiométriques de l'équation, puis revenir à une masse avec \(m = nM\)

Exemple 7 – 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.

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.

À toi de jouer :

8. Graphique – Émissions de CO₂ par combustible

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.

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.
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.

10. 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
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
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.

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.

12. Erreurs fréquentes

❌

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.

Simulation interactive

Combustion du carbone et des hydrocarbures

Première Bac Pro ERA-MA – Groupement 3 | Physique-Chimie – Chapitre 3 | maths-sciences-pro.fr

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

Animation — régler la combustion

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

12. Erreurs fréquentes

Simulation interactive

7. CO₂ et réchauffement climatique

Calcul de la masse de CO₂ dégagée

8. Graphique – Émissions de CO₂ par combustible