Chapitre 7 – Structure de la matière | 2nde Bac Pro | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:10
Quand le gaz brûle dans la chaudière, la matière consommée disparaît-elle vraiment ? Où passe le gaz une fois brûlé ?
Non, la matière ne disparaît pas. Le méthane du gaz se combine avec le dioxygène de l'air et se transforme en de nouvelles molécules : du dioxyde de carbone (CO2) et de la vapeur d'eau (H2O), qui s'échappent par le conduit de fumées. Les atomes ne sont pas détruits : ils sont seulement réorganisés (« rien ne se perd, tout se transforme »).
Karim est chauffagiste. Il réalise l'entretien annuel obligatoire d'une chaudière à gaz chez une famille. Pendant qu'il règle le brûleur et contrôle les fumées, les habitants lui demandent : « Au fond, qu'est-ce qui brûle dans cette chaudière, et qu'est-ce que ça rejette ? » Karim leur explique la chimie de la combustion du gaz.
\( \text{CH}_4 \;+\; 2\,\text{O}_2 \;\longrightarrow\; \text{CO}_2 \;+\; 2\,\text{H}_2\text{O} \)
réactifs (avant la réaction) → produits (après la réaction) + énergie (chaleur)
Les mêmes atomes se retrouvent avant et après la réaction : ils sont simplement réorganisés en nouvelles molécules.
| Molécule | Formule | Composition | Rôle dans la chaudière |
|---|---|---|---|
| Méthane | CH4 | 1 C + 4 H | Combustible (le gaz brûlé) — réactif |
| Dioxygène | O2 | 2 O | Comburant (apporté par l'air) — réactif |
| Dioxyde de carbone | CO2 | 1 C + 2 O | Produit — gaz à effet de serre |
| Eau | H2O | 2 H + 1 O | Produit — vapeur dans les fumées |
| Monoxyde de carbone | CO | 1 C + 1 O | Produit dangereux si combustion incomplète |
Dans la chaudière, le gaz et l'air se rencontrent au brûleur ; la combustion produit une flamme (chaleur) qui réchauffe l'eau des radiateurs, tandis que les fumées (CO2 + vapeur d'eau) partent par le conduit.
De quel gaz est principalement composé le gaz naturel ? Donne sa formule brute et sa composition en atomes. Quel autre gaz, apporté par l'air, lui est nécessaire pour brûler ?
Le gaz naturel est essentiellement du méthane, de formule brute CH4 : il contient 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène. Pour brûler, il a besoin du dioxygène O2 contenu dans l'air (environ 21 % de l'air).
À partir de l'équation du Document 2, cite les réactifs (ce qui est consommé) et les produits (ce qui est formé) de la combustion.
Équation : \( \text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \)
Réactifs (avant la réaction) : le méthane CH4 et le dioxygène O2.
Produits (après la réaction) : le dioxyde de carbone CO2 et l'eau H2O (vapeur).
Pour chaque molécule, indique le nombre d'atomes de chaque élément, puis le nombre total d'atomes : CH4, O2, CO2, H2O.
• CH4 : 1 C + 4 H → \(1 + 4 = \mathbf{5}\) atomes.
• O2 : 2 O → \(\mathbf{2}\) atomes.
• CO2 : 1 C + 2 O → \(1 + 2 = \mathbf{3}\) atomes.
• H2O : 2 H + 1 O → \(2 + 1 = \mathbf{3}\) atomes.
Vérifie la conservation des atomes : compte le nombre d'atomes de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O) du côté des réactifs, puis du côté des produits. Que remarques-tu ? (Aide : n'oublie pas les coefficients « 2 ».)
Réactifs (CH4 + 2 O2) :
• C : 1 | H : 4 | O : \(2 \times 2 = 4\).
Produits (CO2 + 2 H2O) :
• C : 1 (dans CO2) | H : \(2 \times 2 = 4\) (dans les 2 H2O) | O : \(2 + 2 \times 1 = 4\) (2 dans CO2 et 1 dans chaque H2O).
On trouve autant de chaque atome avant et après (1 C, 4 H, 4 O). Les atomes sont conservés : l'équation est bien équilibrée.
La chaudière « chauffe » la maison. Pourtant, une réaction chimique ne crée pas d'énergie à partir de rien. Explique d'où vient la chaleur et où elle va dans l'installation.
La combustion est une réaction exothermique : elle libère de l'énergie sous forme de chaleur. Cette énergie était déjà stockée dans le gaz (énergie chimique) ; la combustion la libère. La chaleur produite au brûleur est transmise, via l'échangeur, à l'eau du circuit de chauffage, qui circule ensuite dans les radiateurs et réchauffe les pièces. La chaudière ne fabrique donc pas de chaleur « à partir de rien » : elle transforme l'énergie chimique du gaz en chaleur.
En plein hiver, la chaudière consomme 250 m³ de gaz en un mois. Sachant que 1 m³ de gaz libère environ 10 kWh de chaleur et dégage environ 2 kg de CO2, calcule pour ce mois : (a) l'énergie libérée ; (b) la masse de CO2 rejetée.
(a) Énergie : \(250 \times 10 = \mathbf{2\,500\ \text{kWh}}\) de chaleur produits en un mois.
(b) CO2 : \(250 \times 2 = \mathbf{500\ \text{kg}}\) de CO2 rejetés dans l'atmosphère en un mois, soit une demi-tonne. C'est pourquoi réduire la consommation de gaz réduit directement les émissions de ce gaz à effet de serre.
Lors de l'entretien, Karim contrôle les fumées. Si la chaudière manque d'air (combustion incomplète), elle peut produire du monoxyde de carbone CO, un gaz toxique, invisible et inodore, au lieu du CO2. (a) Donne la composition de CO et de CO2. (b) Explique pourquoi l'entretien annuel et une bonne ventilation sont obligatoires.
(a) CO2 (dioxyde de carbone) : 1 C + 2 O. CO (monoxyde de carbone) : 1 C + 1 O (il manque un atome d'oxygène).
(b) Quand il n'y a pas assez de dioxygène (air insuffisant), la combustion est incomplète : au lieu de CO2, il se forme du CO, un gaz toxique et mortel qu'on ne voit pas et ne sent pas. L'entretien annuel (réglage du brûleur, contrôle des fumées) et une bonne ventilation de la pièce garantissent assez d'air pour une combustion complète et évacuent correctement les fumées : c'est une mesure de sécurité vitale.
Rédige, en 3 ou 4 phrases, l'explication que Karim donne à la famille : ce que brûle la chaudière (réactifs), ce qu'elle rejette (produits), le fait qu'elle libère de la chaleur, et l'importance de l'entretien.
« Votre chaudière brûle du gaz naturel — du méthane CH4 — avec le dioxygène O2 de l'air : ce sont les réactifs. Cette combustion produit du dioxyde de carbone CO2 et de la vapeur d'eau H2O, les produits, évacués par le conduit de fumées. Surtout, elle libère de la chaleur, qui réchauffe l'eau de vos radiateurs. Le CO2 est un gaz à effet de serre : moins on consomme de gaz, moins on en rejette. Enfin, l'entretien annuel est indispensable pour éviter la formation de monoxyde de carbone CO, un gaz toxique. »
Une pompe à chaleur ne brûle aucun gaz : elle puise la chaleur de l'air extérieur en utilisant de l'électricité. En quoi remplacer une chaudière à gaz par une pompe à chaleur permet-il de réduire les émissions de CO2 du chauffage ?
Une pompe à chaleur ne réalise aucune combustion : il n'y a donc aucun rejet direct de CO2 à la maison. Elle se contente de déplacer la chaleur déjà présente dans l'air extérieur grâce à l'électricité. Si cette électricité est peu carbonée, le chauffage émet beaucoup moins de CO2 qu'une chaudière à gaz. C'est l'un des leviers de la transition énergétique.
📚 §4 (les molécules) et §8 (combustion) de la leçon Ch07.