L'énergie sous toutes ses formes

Les combustibles

Des chercheurs recherchent des énergies dans le froid:

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   Une combustion est une réaction chimique au cours de laquelle une substance brûle. Elle s’accompagne d’une flamme et d’un dégagement de chaleur. Cette réaction nécessite deux réactifs : un comburant et un combustible, ainsi qu’un apport d’énergie. C’est le triangle de feu . Le comburant permet la combustion, et le combustible brûle.

triangle du feu
Il existe bien différents comburants, mais le plus courant reste de loin l’oxygène. En revanche, il existe un très grand nombre de combustibles, solides liquide ou gazeux (le bois, le pétrole le charbon le fuel le gaz de schiste. Leur combustion est due aux molécules qu’ils contiennent (carbone, hydrogène, méthane, propane, butane).
Ces combustibles se différencient entre eux par leur pouvoir calorifique dit inférieur, donné par leur PCI. Le PCI correspond à la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d’un kilogramme de combustible. Il est exprimé en kJ/kg pour les solides, kJ/m? pour les gaz et KJ/l pour les solides.

tableau
A présent trouvons un moyen de calculer nous-même ce PCI. Pour cet expérience nous avons besoin d’un thermomètre, du combustible cible et d’eau. Il s’agira de mesurer la température gagnée par l’eau en brûlant un kilo de ce combustible.
Nous tentons cette expérience avec un mélange propane-butane. Il nous faut d’abord peser la bonbonne de butane et le récipient d’eau avant le début de l’expérience. On prend la température de l’eau, si besoin est, on la fait refroidir jusque dans les environs du zéro. Pour brûler le butane, on utilise un réchaud sur lequel on place le récipient d’eau. Pour limiter les déperditions de chaleur, on entoure le tout avec des feuilles d’aluminium. On attend que l’eau atteigne les 60°C car il ne faut pas la faire bouillir. Pour connaître la puissance calorifique transmis à l’eau, on utilise la formule :
Qeau = m . Ceau . ??,
avec Qeau = puissance calorifique reçue par l’eau en J
m = masse de l’eau en kg
.Ceau= capacité calorifique massique de l’eau = 4185 J/(kg.°C)= constante caractérisant la capacité du corps à stocker la chaleur

.?? = écart de température en °C lors de l’échange calorifique (positif lors d’un réchauffement ou négatif lors d’un refroidissement de l’eau)
Masse de l’eau en kg : 1,789
?? = 60-6,1 = 53,9°C
mgaz = 351,9- 339,2 = 12,7 g
Qgaz est la chaleur fournie par le gaz à l’extérieur (ici l’eau)au correspond à la masse Mgaz en kg de cette quantitée fois le PCI de ce gaz.
Qgaz = mgaz x CPIgaz
avec Qgaz en joule
mgaz : masse du gaz en kilogramme
PCI en joule par kilogramme
On sait que en théorie, Qgaz = Qe (si pas de perte de chaleur durant l’expérience )
On calcule donc PCI x mgaz = m . Ceau . ??
Donc PCI = m . Ceau . ?? / mgaz
PCI = 1 ,789 x 4,185 x 53,9 / 0,0127 = 31,7kJ/kg
On s’attendait à trouver 50 kJ/kg sans perte d’énergie. On peut donc expliquer cette différence par des pertes en chauffage de l’air et de l’aluminium.

On peut donc choisir son combustible par son PCI, son impact environnemental et son prix. Ceci va donc nous amener aux combustibles propre du futur comme le dihydrogène des piles à combustibles dont on a parlé dans le Blog hier.

 

CHEVALIER Thomas, BOURGAULT Coline, CHEREUL Erwan, PASQUALETTO Chloé