La combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie...) est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) sous forme de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) ).

Triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points en général supposés non alignés, et...) du feu

triangle du feu

La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de...), un comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible. Le principal...), une énergie d'activation (Activation peut faire référence à :) en proportion suffisante. On représente de façon symbolique cette association par le triangle du feu.

Le combustible peut être:

• un gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi...) (butane, propane, gaz de ville, dihydrogène…),
• un liquide (La phase liquide est un état de la matière.) (essence, gasoil, huile, kérosène…),
• un solide (bois, papier, carton, tissu, plastique…).

Ce peut être un mélange (Un mélange est une réunion de deux ou plusieurs substances.) de différents corps.

Le comburant est l’autre réactif de la réaction chimique. La plupart du temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...), il s’agit de l’air ambiant, et plus particulièrement de l’un de ses composants principaux, le dioxygène. En privant un feu d’air, on l’éteint ; par exemple, si on place une bougie chauffe-plat allumée dans un bocal de confiture et qu’on ferme le bocal, la flamme s’éteint ; à l’inverse, si l’on souffle sur un feu de bois, cela l’active (on apporte plus d’air). Dans certains chalumeaux, on apporte du dioxygène pur pour améliorer la combustion.

Dans certains cas très particuliers (souvent explosifs), le comburant et le combustible sont un seul et même corps (par exemple la célèbre nitroglycérine, molécule instable comportant une partie oxydante greffée sur une partie réductrice).

La réaction est déclenchée par une énergie d’activation. La production de chaleur permet à cette réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas, voire de s'amplifier en une réaction en chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :).

L’énergie d’activation est le déclencheur (En informatique, un déclencheur (ou trigger en anglais) est un dispositif logiciel qui provoque un traitement...) du feu. Il s’agit généralement de chaleur. Par exemple, ce sera l’allumette que l’on frotte, le câble électrique qui chauffe, ou une autre flamme (propagation du feu), étincelle (de l’allume-gaz, de la pierre du briquet ou d’un appareil électrique qui se met en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée...) ou s’arrête). Mais il y a d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par...), radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement...), pression… qui permettront toujours une augmentation de la température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...).

Procédés d'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement...) d'une combustion

Pour éteindre une réaction de combustion, il faut supprimer un de trois éléments du triangle du feu :

• suppression du combustible : fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) d'une vanne ou d'un robinet qui alimente la combustion…
• suppression du comburant (étouffement) : utilisation d'un extincteur à neige carbonique, d'une couverture…
• suppression de l'énergie d'activation (refroidissement) : utilisation d'un extincteur à eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un...) pulvérisée…

Approche chimique

Combustion du méthane (Le méthane (R50) est un hydrocarbure de la famille des alcanes.) dans le dioxygène

La réaction de combustion, comme toutes les réactions, est la rupture des liaisons entre les molécules de deux corps, et la création de nouvelles molécules plus stables chimiquement.

Exemple : combustion du méthane dans le dioxygène

Le dioxyde de carbone (Table complète - Table étendue) et l’eau sont plus stables que le dioxygène et le méthane.

La combustion est une réaction d'oxydo-réduction, en l’occurrence l’oxydation d’un combustible par un comburant ;

• le combustible est le corps qui est oxydé durant la combustion ; c'est un réducteur, il perd des électrons ;
• le comburant est le corps qui est réduit ; c'est un oxydant, il gagne des électrons.

Certains composés chimiques, appelés catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la Vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la...), modifient par leur présence la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) d’énergie nécessaire pour activer la réaction, soit en la réduisant (activateur), soit en l’augmentant (inhibiteur).

Dans le cas des combustibles solides, l’énergie d’activation va permettre de vaporiser ou de pyrolyser le combustible. Les gaz, ainsi produits, vont se mélanger au comburant et donner le mélange combustible. Si l’énergie produite par la combustion est supérieure ou égale à l’énergie d’activation nécessaire, la réaction de combustion s’auto-entretient.

Énergie dégagée et pouvoir calorifique

La quantité d’énergie produite par la combustion est exprimée en joules (J) ; il s'agit de l'enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la...) de réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs, moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par...) à combustion interne, lutte contre incendie), on utilise souvent le notion de pouvoir calorifique, qui est l'enthalpie de réaction par unité de masse (La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur...) de combustible ou l'énergie obtenue par la combustion d'un kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) de combustible, exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg^-1).

Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous forme de vapeur (). Cette vapeur d'eau contient une grande quantité d'énergie. Ce paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer...) est donc pris en compte de manière spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique, et l'on définit :

• le pouvoir calorifique supérieur (PCS) : « Quantité d'énergie dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée »^[1].
• le pouvoir calorifique inférieur (PCI) : « Quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée non condensée et la chaleur non récupérée »^[2].

La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de...) de vaporisation de l’eau (Lv) multipliée par la quantité de vapeur produite (m), qui vaut à peu-près 2 250 kJ·kg^-1 (cette dernière valeur dépend de la pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) et de la température).

On a la relation .

Vitesse du front de flamme et explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement...)

La combustion est caractérisée par la vitesse du front de flamme :

• La déflagration : vitesse de quelques centaines de mètres par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à...)
• La détonation  : vitesse de l’ordre du kilomètre par seconde (supérieure à la vitesse du son)

Feux de métaux

L'oxydation des métaux est en général lente. La chaleur dégagée est donc forte et est lentement dissipée dans l'environnement ; c'est le domaine de la corrosion (par exemple la rouille du fer et de l'acier).

Cependant, dans certains cas, l'oxydation est violente et constitue donc une combustion. Il existe cinq cas notables :

• combustion dans l'air du magnésium : le magnésium brûle facilement, en émettant une lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...) très vive et blanche ; il était utilisé auparavant pour les flashs photographiques ;
• combustion du sodium dans l'eau : ce n'est pas à proprement parler le sodium qui brûle ; le sodium réagit violemment avec l'eau et provoque un dégagement de dihydrogène, et avec la chaleur produite par la réaction, le dihydrogène s'enflamme dans l'air ;
• aluminothermie : le comburant est ici un oxyde métallique, il s'agit d'une réaction chimique entre deux solides ;
• combustion à haute température et forte concentration de dioxygène : lorsque le métal est chauffé très fort et que l'on envoie du dioxygène pur, la réaction est suffisamment rapide pour s'auto-entretenir ; ce phénomène est utilisé pour l'oxycoupage au chalumeau, la lance thermique, et c'est aussi l'accident du « coup de feu » qui peut survenir avec un détendeur d'une bouteille de dioxygène (par exemple oxygène médical ou bouteille de chalumeau) ;
• combustion d'un métal sous forme de poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général...) ou de mousse : la réaction chimique se fait au contact entre le métal et l'air, or dans le cas d'une mousse ou d'une poudre, cette surface de contact (la surface spécifique) est très grande, la réaction est donc rapide et la chaleur dégagée importante ; c'est un phénomène comparable au coup de poussière.

Application en astronautique (L'astronautique ou spationautique ou cosmonautique, est constituée par l'ensemble des sciences et des techniques visant...)

La combustion est utilisée dans le domaine de l’astronautique pour fournir l’énergie de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un...) des engins spatiaux. Les termes correspondants en anglais sont burning et combustion.

Selon le type de combustion employée dans un propulseur, on parle de :

• Combustion en cigarette (en anglais cigarette burning et end burning) qui est une combustion d'un bloc de poudre caractérisée par une surface plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de...) de combustion progressant dans la direction longitudinale, vers l'avant ou vers l'arrière ;

• Combustion érosive (La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie...) (en anglais erosive burning) qui est une combustion d'un bloc de poudre dans le cas où l'écoulement des gaz de combustion provoque une érosion du bloc ;

• Combustion transversale extérieure (La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie...) (en anglais external burning) qui est une combustion d'un bloc de poudre caractérisée par une surface de combustion s'étendant longitudinalement et progressant de l'extérieur vers l'intérieur ;

• Combustion transversale intérieure (La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie...) (en anglais internal burning) qui est une combustion d'un bloc de poudre qui s'effectue de l'intérieur vers l'extérieur à partir d'un canal central.