Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 28 mai 2026
💡 Notions centrales : leçon §4 (Combustion incomplète : CO + suie) + arrêté 21 mai 2024 (détecteur CO obligatoire en logement avec combustion).
Lucie, technicienne en sécurité des installations gaz chez « SécuChauffe 67 » à Strasbourg, intervient dans un immeuble HLM suite à un incident : un voisin du 3e étage a été hospitalisé pour intoxication au monoxyde de carbone. Cause probable : sa chaudière mal entretenue (10 ans sans contrôle) tournait en combustion incomplète. Le bailleur demande à Lucie de faire une vérification complète des appartements et de conseiller l'installation de détecteurs CO conformes à l'arrêté du 21 mai 2024.
Quand le dioxygène manque dans la chambre de combustion (ventilation insuffisante, brûleur encrassé), la combustion devient incomplète. Au lieu de produire du CO₂, elle produit du monoxyde de carbone (CO) :
\(\mathrm{2\,CH_4 + 3\,O_2 \longrightarrow 2\,CO + 4\,H_2O}\)
(au lieu de \(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \to CO_2 + 2\,H_2O}\) pour la combustion complète)
Signes visuels de combustion incomplète :
| Concentration CO (ppm) | Effet sur une personne | Durée d'exposition |
|---|---|---|
| < 10 | aucun | — |
| 50 | seuil valeur limite exposition pro (VLEP) | 8 h |
| 100 - 200 | maux de tête légers | 2 - 3 h |
| 400 | maux de tête sévères, nausées | 1 h |
| 800 | évanouissement, confusion | 30 min - 1 h |
| 1 600 | décès possible | 30 min - 2 h |
| 3 200 | décès très probable | 10 - 30 min |
| 12 800 | décès en quelques minutes | < 5 min |
ppm = parties par million. 1 ppm = 1 mL de CO par m³ d'air, soit 10⁻⁶ en volume.
Les détecteurs CO domestiques doivent déclencher leur alarme selon les seuils suivants :
Emplacement recommandé : au plafond ou en haut du mur (à 30 cm du plafond), dans la même pièce que l'appareil de combustion. Le CO est légèrement plus léger que l'air, il monte.
Comparer les équations de combustion complète et incomplète du méthane (Doc 1). Que change-t-il dans les produits ? Pourquoi le CO se forme-t-il ?
Combustion complète : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
Combustion incomplète : 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O.
Changement : le CO₂ devient CO (1 atome d'O en moins par molécule de carbone).
Cause : manque de O₂. Quand il n'y a pas assez de dioxygène pour oxyder complètement le carbone, l'oxydation s'arrête au stade CO au lieu d'atteindre CO₂.
Note : on peut aussi avoir formation de suie (C pur non brûlé) si le manque d'O₂ est encore plus sévère.
La chaudière mal réglée du voisin émettait estimé 50 L de CO par heure dans l'appartement (combustion incomplète sévère). Pour un appartement T3 de volume V = 150 m³, calculer la concentration de CO en ppm après 1 h, en supposant qu'aucun CO ne s'évacue (fenêtres fermées, ventilation HS).
Formule : 1 ppm = 1 volume de CO pour 10⁶ volumes d'air. Donc \(c_\text{ppm} = \dfrac{V_\text{CO}}{V_\text{air}} \times 10^6\).
Volume de CO produit en 1 h : 50 L = 0,050 m³.
Concentration : \(c = \dfrac{V_\text{CO}}{V_\text{pièce}} = \dfrac{0{,}050}{150} \approx 3{,}33 \times 10^{-4}\) (en m³/m³).
En ppm : \(c = 3{,}33 \times 10^{-4} \times 10^6 = \mathbf{333\ \text{ppm}}\).
333 ppm → maux de tête en quelques heures (cf. Doc 2). Le détecteur 300 ppm doit alors déclencher en moins de 3 minutes.
Si rien n'évacue le CO (toujours pas de ventilation), combien de temps faut-il pour atteindre 1 600 ppm (seuil de décès possible en 30 min - 2 h) ?
Volume de CO nécessaire pour atteindre 1 600 ppm dans 150 m³ :
\(V_\text{CO} = c \times V_\text{air} = 1\,600 \times 10^{-6} \times 150 = 0{,}24\) m³ = 240 L.
Temps pour produire 240 L à raison de 50 L/h : \(t = 240 / 50 = \mathbf{4{,}8\ \text{h}}\).
Donc en moins de 5 heures, l'appartement devient mortel sans détecteur ni ventilation. Cela illustre la gravité d'une combustion incomplète persistante.
Si la pièce est ventilée naturellement (1 renouvellement d'air par heure, soit 150 m³/h évacués), la concentration de CO atteint un équilibre. Calculer cette concentration d'équilibre en ppm.
À l'équilibre, le débit de CO produit (0,050 m³/h) est égal au débit de CO évacué : 150 m³/h × concentration.
0,050 = 150 × c → \(c = \dfrac{0{,}050}{150} \approx 3{,}33 \times 10^{-4}\) = 333 ppm.
Même valeur que Q2 (par hasard ici : 1 vol/h donne le même résultat que 1 h d'accumulation sans ventilation).
333 ppm reste dangereux : le détecteur 300 ppm déclenche, et l'exposition prolongée à 300 ppm provoque maux de tête, nausées.
Si la VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) assure 3 renouvellements d'air par heure (450 m³/h), recalculer la concentration d'équilibre. Le détecteur 50 ppm s'activera-t-il ?
Débit ventilation : 3 × 150 = 450 m³/h.
\(c = \dfrac{0{,}050}{450} \approx 1{,}11 \times 10^{-4}\) = 111 ppm.
111 ppm > 50 ppm seuil → le détecteur 50 ppm déclenche (en 60-90 min selon NF EN 50291). Mais l'occupant a le temps d'évacuer.
111 ppm = maux de tête après 2-3 h d'exposition (cf. Doc 2). C'est gérable si on détecte et qu'on agit.
Conclusion : même avec une bonne VMC, une chaudière en combustion incomplète persistante reste dangereuse. La réparation immédiate de la chaudière est obligatoire dès le déclenchement du détecteur.
Pourquoi le détecteur CO doit-il être placé en hauteur (Doc 3) et pas au niveau du sol comme un détecteur de gaz ?
Le CO a une masse molaire de 28 g/mol, contre 29 g/mol pour l'air moyen → légèrement plus léger que l'air.
Mais surtout, il est libéré chaud par la flamme. Les fumées chaudes montent par convection. Le CO se concentre donc en hauteur.
D'où l'emplacement plafond ou haut du mur, comme pour un détecteur de fumée.
Pour comparaison : le butane (gaz de bouteille) est plus lourd que l'air (densité 2,07) et se concentre en bas. Détecteur butane = au sol.
L'arrêté 2024 impose un détecteur CO dans chaque pièce avec appareil à combustion. Pour le logement T3 de la victime, dénombrer les détecteurs nécessaires sachant qu'il a : 1 chaudière gaz (cuisine), 1 chauffe-eau gaz (salle de bain), 1 poêle à bois (séjour). Combien de détecteurs au total ?
3 sources de combustion = 3 détecteurs CO obligatoires :
Recommandé en plus (non obligatoire) : 1 dans chaque chambre où on dort (pour alerter pendant le sommeil).
Coût : ~ 25 € par détecteur. Durée de vie : 7-10 ans (puis remplacer la cellule électrochimique).
Total : 75 € pour les 3 détecteurs obligatoires, à comparer aux 90 morts/an en France.
Rédiger en 6 lignes le rapport de Lucie au bailleur HLM, avec actions à mener :
SécuChauffe 67 — Rapport bailleur HLM Strasbourg (post-incident CO)
• Incident : 1 voisin intoxiqué CO → chaudière non entretenue depuis 10 ans, combustion incomplète (2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O).
• Simulation pièce 150 m³, 50 L/h de CO émis : 333 ppm en 1 h sans ventilation, seuil mortel (1 600 ppm) atteint en ~ 5 h. Avec VMC 3 vol/h : 111 ppm (détecteur 50 ppm déclenche).
• Actions urgentes : (1) inspection complète des chaudières de l'immeuble, (2) ramonage et vérification des grilles d'aération.
• Installation détecteurs CO (NF EN 50291) obligatoire arrêté 2024 : 1 dans chaque pièce avec appareil à combustion. Pour le T3 victime : 3 détecteurs (cuisine + SDB + séjour) = 75 €.
• Recommandation : contrôle annuel obligatoire de toutes les chaudières + remplacement détecteurs tous les 7-10 ans.
• Budget total parc 30 logements : 30 × 3 × 25 € = 2 250 €. Investissement minime au regard du risque vital.
Quel volume d'air faut-il pour brûler complètement le méthane à la place de produire du CO ? Comparer la combustion complète et incomplète en terme de besoin O₂.
Complète : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. 1 vol CH₄ ↔ 2 vol O₂. Pour brûler 1 m³ CH₄ : 2 m³ O₂ = 2 / 0,21 ≈ 9,5 m³ d'air.
Incomplète : 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O. 2 vol CH₄ ↔ 3 vol O₂, soit 1 vol CH₄ ↔ 1,5 vol O₂. Pour 1 m³ CH₄ : 1,5 m³ O₂ = 7,1 m³ d'air seulement.
Conclusion : avec moins de 9,5 m³ d'air par m³ de gaz, on glisse vers la combustion incomplète. C'est pour cela qu'on dimensionne la ventilation chaufferie avec marge (≥ 10 m³ d'air par m³ de gaz).
Lien avec activité 5 : la ventilation doit fournir au moins le débit stœchiométrique, idéalement 20 % de plus.
📚 Cette activité s'appuie sur §4 (Combustion incomplète, CO) de la leçon Ch03 + arrêté 21 mai 2024 + NF EN 50291.