Combustion complète d’un gramme de carburant

Triangle de combustion complète

Avant d’analyser la quantité d’air nécessaire pour brûler un gramme de carburant, il est essentiel de comprendre les bases de la combustion, représentées par le triangle de combustion. Ce triangle met en évidence trois éléments fondamentaux pour toute réaction de combustion : un carburant, un comburant (généralement l’oxygène), et une source d’énergie, telle que la chaleur ou une étincelle. Si l’un de ces trois éléments est absent, la combustion ne peut pas se produire.

Dans les moteurs à combustion interne, le carburant utilisé est principalement l’essence ou le gasoil. L’air ambiant joue le rôle du comburant, fournissant l’oxygène indispensable à la combustion. Quant à la chaleur, elle provient soit d’une étincelle dans les moteurs à essence, soit de la compression de l’air dans les moteurs diesel. Le bon équilibre entre la quantité de carburant et d’oxygène est crucial pour garantir une combustion complète et efficace. Cela nous amène à la question principale : quelle quantité d’air est nécessaire pour brûler un gramme de carburant ?

L’oxygène et la combustion de l’essence et du gasoil

Commençons par l’essence, l’un des carburants les plus utilisés dans les moteurs à combustion interne. Sa formule chimique est approximativement C8H18, aussi connue sous le nom d’octane. Lorsqu’une mole d’essence brûle, elle réagit avec environ 12,5 moles d’oxygène, produisant du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O). En réalisant les calculs nécessaires, on découvre qu’il faut environ 3,5 grammes d’oxygène pour brûler complètement 1 gramme d’essence.

Cependant, comme l’air n’est pas constitué uniquement d’oxygène, mais en contient environ 23 % en masse, cela signifie qu’il faut environ 15,33 grammes d’air pour brûler 1 gramme d’essence. Ce rapport air-carburant est crucial pour garantir une combustion optimale dans les moteurs.

Équations de combustion : le cas du gasoil

Passons maintenant au gasoil, un carburant couramment utilisé dans les moteurs diesel. Sa composition chimique est plus complexe que celle de l’essence, se rapprochant de la formule C12H26. Lors de la combustion du gasoil, 1 mole de ce carburant réagit avec environ 18,5 moles d’oxygène, produisant également du dioxyde de carbone et de l’eau.

Les calculs montrent qu’il faut environ 3,52 grammes d’oxygène pour brûler 1 gramme de gasoil. En prenant en compte la proportion d’oxygène dans l’air, cela équivaut à environ 15,11 grammes d’air nécessaires pour brûler 1 gramme de gasoil. Les valeurs pour l’essence et le gasoil sont donc très proches, bien que leurs processus de combustion présentent des différences.

Différences entre l’essence et le gasoil

Même si la quantité d’air requise pour brûler un gramme d’essence ou de gasoil est similaire, ces deux carburants diffèrent par leurs propriétés physiques et leur mode de combustion. Une différence importante réside dans le point d’auto-inflammation. Le gasoil a un point d’éclair plus élevé que l’essence, ce qui signifie qu’il nécessite des températures et des pressions plus élevées pour s’enflammer.

C’est pourquoi les moteurs diesel, qui utilisent du gasoil, compriment l’air à des pressions beaucoup plus importantes avant d’injecter le carburant. Cette compression entraîne une élévation de la température dans le cylindre, ce qui permet au gasoil de s’enflammer sans qu’il soit nécessaire d’utiliser une étincelle, comme c’est le cas dans les moteurs à essence.

Les caractéristiques physiques des carburants

Bien que la quantité d’air nécessaire pour brûler un gramme de carburant, qu’il s’agisse d’essence ou de gasoil, soit quasiment la même (environ 15 grammes d’air par gramme de carburant), les conditions dans lesquelles se déroulent les combustions varient. Les moteurs à essence dépendent d’une étincelle pour allumer le mélange air-carburant, tandis que les moteurs diesel misent sur une compression importante de l’air pour provoquer l’auto-inflammation du gasoil.

Ces différences expliquent la conception particulière des moteurs diesel, qui sont généralement plus robustes et conçus pour supporter des pressions élevées. En revanche, les moteurs à essence sont souvent plus légers et plus rapides, car ils fonctionnent avec des pressions plus basses.

Conclusion

En résumé, qu’il s’agisse d’essence ou de gasoil, la quantité d’air nécessaire pour brûler un gramme de carburant reste proche de 15 grammes d’air. Cependant, les processus de combustion diffèrent en fonction des propriétés de chaque carburant, influençant ainsi la conception des moteurs. Ce rapport air-carburant est essentiel pour maximiser l’efficacité énergétique et garantir une combustion complète. La compréhension de ces différences est cruciale pour les ingénieurs, car elle permet d’adapter la conception des moteurs en fonction des caractéristiques spécifiques de chaque carburant.