Chapitre 3 | Première Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Chimie – Combustion | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, 14:30
Lucas, technicien chauffagiste chez Therm'Avenir à Clermont-Ferrand, effectue la mise en service d'une chaudière à gaz (gaz naturel = méthane CH₄) dans un pavillon neuf. Avant de valider l'installation, il doit contrôler la qualité de la combustion à l'aide d'un analyseur de fumées et vérifier les relevés du détecteur de monoxyde de carbone (CO) installé dans la chaufferie.
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Combustible | Gaz naturel (méthane CH₄) |
| Puissance nominale | 24 kW |
| Consommation de méthane | 2,4 kg/h en fonctionnement |
| Durée de fonctionnement annuelle | 1 200 h |
| Produits attendus (combustion complète) | CO₂ et H₂O |
Lucas effectue 2 relevés : un le matin (chaudière bien réglée) et un l'après-midi (après une intervention sur le brûleur).
| Mesure | Matin | Après-midi | Norme |
|---|---|---|---|
| Couleur de la flamme | Bleue | Jaune-orangée | Bleue |
| Taux de CO | 12 ppm | 420 ppm | < 50 ppm |
| Taux de CO₂ | 9,2 % | 5,1 % | 8 à 10 % |
| Présence de suie | Non | Oui (dépôts noirs) | Non |
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (combustion), §2 (équation chimique équilibrée) et §3 (sécurité CO) de la leçon Ch03.
À partir du Doc 2, identifier :
a) Le combustible utilisé (nom et formule).
b) Le comburant (nom et formule).
c) Les produits attendus d'une combustion complète.
a) Le combustible : méthane CH₄ (gaz naturel).
b) Le comburant : dioxygène O₂ de l'air.
c) Produits d'une combustion complète : dioxyde de carbone CO₂ et eau H₂O.
À partir du Doc 3, comparer les 2 relevés.
a) Lequel correspond à une combustion complète ? Justifier (au moins 2 indices).
b) Lequel correspond à une combustion incomplète ? Justifier (au moins 2 indices).
a) Le relevé du matin = combustion complète :
b) Le relevé de l'après-midi = combustion incomplète :
Écrire l'équation de combustion complète du méthane dans le dioxygène.
a) Équation non équilibrée : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
b) Compter les atomes de chaque côté (C, H, O).
c) Équilibrer en ajoutant les coefficients nécessaires.
a) CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
b) Comptage :
| Atome | Gauche | Droite |
|---|---|---|
| C | 1 | 1 ✓ |
| H | 4 | 2 ❌ |
| O | 2 | 3 ❌ |
c) Équilibrage :
$$\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$$
Vérification : 1 C, 4 H, 4 O de chaque côté ✓.
Calculer les masses molaires :
a) M(CH₄).
b) M(CO₂).
a) M(CH₄) = M(C) + 4 × M(H) = 12 + 4 × 1 = 16 g/mol.
b) M(CO₂) = M(C) + 2 × M(O) = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol.
D'après l'équation, 1 mole de CH₄ produit 1 mole de CO₂.
a) Calculer la masse de CO₂ produite par 16 g de méthane.
b) En déduire la masse de CO₂ produite par 1 kg de méthane.
c) La chaudière consomme 2,4 kg/h de méthane. Calculer la masse de CO₂ rejetée par heure.
a) 1 mol CH₄ (16 g) → 1 mol CO₂ (44 g). Donc 16 g de méthane → 44 g de CO₂.
b) Pour 1 kg = 1 000 g : m(CO₂) = 1 000 × (44/16) = 1 000 × 2,75 = 2 750 g = 2,75 kg.
c) Pour 2,4 kg/h : m(CO₂) = 2,4 × 2,75 = 6,6 kg de CO₂ par heure.
Expliquer la différence entre combustion complète et incomplète.
a) Conditions pour une combustion complète ?
b) Que se passe-t-il quand le dioxygène manque ? Quels produits dangereux apparaissent ?
c) Lien entre couleur de la flamme et type de combustion ?
a) Combustion complète = combustible avec suffisamment de dioxygène pour brûler entièrement. Seuls produits : CO₂ et H₂O.
b) Manque de O₂ → combustion incomplète avec :
c) Flamme bleue = combustion complète (✓). Flamme jaune/orangée = combustion incomplète (⚠ dangereuse).
À partir du Doc 3, interpréter les relevés du détecteur CO.
a) Le relevé après-midi indique 420 ppm. Comparer au seuil de danger immédiat (Doc 4). Que doit faire Lucas ?
b) Le relevé du matin (12 ppm) est-il acceptable ?
a) 420 ppm > 300 ppm (seuil de danger immédiat) → situation d'urgence. Lucas doit :
b) 12 ppm ≪ 50 ppm (seuil d'alerte) → acceptable. Combustion correcte.
La chaudière fonctionne 1 200 h/an et consomme 2,4 kg/h.
a) Calculer la masse totale de méthane consommée par an.
b) Calculer la masse totale de CO₂ rejetée par an. Exprimer en tonnes.
c) Vérifier la cohérence : ordre de grandeur ~ 4-5 t CO₂/an pour une chaudière domestique standard.
a) m(CH₄) = 2,4 × 1 200 = 2 880 kg/an.
b) m(CO₂) = 2 880 × 2,75 = 7 920 kg ≈ 7,9 t CO₂/an.
c) Le résultat (7,9 t) est un peu supérieur à la moyenne (4-5 t). Cohérent pour une chaudière puissante (24 kW) dans une région froide (Clermont-Ferrand) avec 1 200 h/an de fonctionnement (vs 800 h/an typique). Ordre de grandeur cohérent.
Comparaison : 1 voiture diesel = ~ 2 t CO₂/an. Cette chaudière émet l'équivalent de 4 voitures.
Lucas doit rédiger un compte-rendu d'intervention. Rédiger 5 recommandations de sécurité au propriétaire concernant sa chaudière à gaz.
Compte-rendu d'intervention — recommandations de sécurité chaudière gaz
Pourquoi le CO est-il aussi dangereux à si faible concentration (50 ppm seuil), alors que le CO₂ ne l'est qu'à des concentrations beaucoup plus élevées ?
Le CO se fixe sur l'hémoglobine du sang à la place de l'O₂, formant la carboxyhémoglobine (HbCO). Or l'affinité du CO pour l'hémoglobine est 250 fois plus forte que celle de l'O₂.
Conséquence : même à très faible concentration, le CO « gagne » la compétition avec l'O₂ et bloque le transport de l'oxygène vers les organes (cerveau, cœur, muscles) → asphyxie cellulaire.
Effets selon la concentration :
| [CO] (ppm) | Effets sur 1 h d'exposition |
|---|---|
| 9 | Seuil OMS 8 h (limite sans effet). |
| 30-50 | Maux de tête, fatigue après 1-2 h. |
| 200 | Maux de tête sévères, désorientation après 3 h. |
| 800 | Perte de connaissance en 1 h. |
| 1 600 | Mort en 1 h. |
| 12 800 | Mort en 1-3 minutes. |
Le CO₂, à l'inverse, est évacué par les poumons normalement (respiration). Il ne devient toxique qu'à très haute concentration (> 5 % = 50 000 ppm) car il bloque le mécanisme respiratoire par acidose. Pour comparaison : air ambiant normal ~ 420 ppm CO₂.
En France, le CO est responsable de ~ 100 décès et 4 000 intoxications par an (Santé Publique France 2024). C'est le 1er gaz toxique en termes de mortalité domestique.
Les chaudières modernes à condensation (technologie Lucas) limitent fortement le risque : combustion mieux contrôlée, électronique d'auto-diagnostic, arrêt automatique en cas de dérive. C'est pourquoi remplacer une chaudière de plus de 15 ans est une mesure de sécurité importante.