III-3-5-1 Origine de la chaleur de combustion dans les
carburants
Lors de la combustion d'un carburant (exemple le
bioéthanol), les liaisons C-H et O=O des réactifs sont rompus et
les liaisons C=O et O-H se forment. La rupture des liaisons C-H et O=O
nécessite un apport d'énergie: Elle est
endothermique3. Inversement, la formation des liaisons
3 Réaction chimique absorbant la chaleur
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
C=O et O-H libère de l'énergie : Elle est
exothermique4. La chaleur de combustion est donc le bilan de ces
deux étapes.
DURUPTHY et al [9] définit la chaleur
de combustion comme résultant d'une variation de l'énergie «
chimique » du système, énergie stockée dans les
liaisons intramoléculaires des réactifs et des produits.
Dans notre étude nous avons opté pour
l'utilisation du calorimètre à bombe d'oxygène pour sa
précision ainsi que parce qu'il est à même de
répondre aux problèmes qui concernent notre étude. Pour
cela, il est important de maîtriser cette technique.
III-3-5-2 La Calorimètrie
La calorimétrie est la technique de la mesure des
quantités de chaleur. L'appareil utilisé pour la mesure des
quantités de chaleurs dégagées ou absorbées pendant
une combustion s'appelle le calorimètre. La bombe calorimétrique
a été mise au point par Pierre-Eugène
Marcellin Berthelot en 1879 alors qu'il
étudiait les phénomènes de combustion à volume
constant. Ainsi on a :
-Le calorimètre à bombe
d'oxygène pour mesurer les chaleurs de combustion ;
-Le microcalorimètre à la bombe
pour mesurer les chaleurs dégagées au cours des
réactions chimiques.
III-3-5-3 La Chaleur de combustion ou valeur
calorifique
C'est le nombre d'unité de chaleur
libérée par une unité de masse d'un échantillon
brûlé avec l'oxygène dans un milieu fermé à
volume constant. Pour bien quantifier cette valeur il est bien de
maîtriser la notion de capacité calorifique.
III-3-5-4 Capacité calorifique ou chaleur
équivalente
Sellons DURUPTHY et al [4], pour toute
manipulation utilisant un calorimètre, il est nécessaire de
connaître sa capacité calorifique ou thermique u,
c'est-à-dire la chaleur qu'il faut lui fournir pour lever sa
température de 1°C. C'est aussi la quantité de
chaleur qu'un corps absorbe pour s'échauffer de 1°C ou
qu'il cède pour se refroidir de 1°C. Cette notion est
très
4 Réaction chimique dégageant de la
chaleur
« Essai d'(laboration et analyse chimico-calorifique
d'un biocarburant à base de manioc »
M(moire DIPET II - ENSET de Douala 2007
importante car elle garantie l'exactitude des résultats en
tenant compte des pertes énergétiques liées à la
fiabilité de l'appareil utilisé.
III-3-5-5 Principe de mesure des chaleurs de combustion
par le calorimètre à la bombe
Pour mesurer le pouvoir calorifique
d'une substance, il faut déterminer la chaleur dégagée par
cette substance lors d'une réaction de
combustion complète, rapide et unique.
Complète pour éviter les corrections difficiles à calculer
si une partie de la substance ne s'est pas consumée, rapide pour
éviter les déperditions de chaleur inévitables même
si le système est isolé et unique pour que des réactions
secondaires ne viennent perturber la mesure.
Le principe de fonctionnement de la bombe
calorimétrique remplit ces trois conditions. Il s'agit d'un
cylindre en acier, bon conducteur de la
chaleur et très résistant à la
pression qui peut atteindre instantanément après la
réaction, plusieurs centaines de bar. On dispose au fond de ce cylindre
un creuset dans lequel sera déposée la
substance à étudier. Le cylindre est alors rempli de comburant
(dioxygène à une pression de 20
à 30 bar pour être sûr qu'il sera en excès afin
d'assurer une combustion complète). Le dispositif de mise
à feu est constitué d'un fil métallique au
contact de la substance, qui sera traversé par un courant de forte
intensité pour déclencher la combustion. La bombe est
placée dans un calorimètre comprenant
une grande quantité d'eau distillée, muni d'un
dispositif d'agitation et d'un
thermomètre de précision. La
quantité d'eau est importante pour que l'élévation de
température ne dépasse pas quelques degrés.
Après avoir mesuré la
température initiale, on déclenche la
mise à feu puis on mesure la
température de la fin de la combustion lorsque
l'équilibre thermique du calorimètre est atteint (moment oil la
courbe de température redescend). Connaissant la
capacité thermique du calorimètre, il
est alors facile de déterminer la quantité de chaleur produite
par la combustion en la corrigeant de la chaleur apportée par le
système de mise à feu.
La substance (talon
L'étalonnage nécessite une substance
étalon ayant une chaleur de combustion prédéfinie, elle
servira de référence pour la manipulation. Dans le cadre de cette
étude nous avons utilisés de l'acide
benzoïque (C6H5COOH) donc la chaleur de combustion est de :
QC6H5COOH = 6318.3 cal.g-1.
L'étalonnage va permettre de déterminer la capacité
thermique du calorimètre.
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
Précaution: Une bombe
calorimétrique peut contenir des gaz à fortes pressions. Il est
donc nécessaire d'effectuer des contrôles de qualité pour
éviter tout risque de fuite, voire d'explosion.
| 
