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Les immenses progrès que l’humanité a connus durant les deux derniers siècles n’auraient jamais eu lieu sans la découverte d’une source d’énergie remarquable. Cette source est celle issue de la combustion des énergies fossiles. Elle présente de nombreux avantages: peu coûteuse, hautement énergétique et surtout abondante et facilement exploitable. Ainsi, les énergies fossiles ont énormément contribué à l’amélioration de la productivité des industries et du confort des populations occidentales. Elles ont aussi permis la naissance de nouveaux secteurs d’activités chimiques très actifs et ont mené à l’élaboration de produits ou de procédés inimaginables et inconcevables sans pétrole.
GENERALITES SUR LES COMBUSTIBLES
Définitions
Un combustible est une matière qui, en présence d’oxygène et d’énergie, peut se combiner en générant de la chaleur. Dans le langage courant le terme «combustible » est souvent réservé aux produits utilisés pour le chauffage. Dans les faites, cette qualification s’applique à tout composé susceptible de s’unir à un oxydant et capable de se consumer.
Différents types de Combustibles
On peut classer les combustibles en trois familles selon leur état physique : solide, liquide ou gazeux.
Combustible solide
Les combustibles solides sont d’origine végétale et peuvent être classés en :
➤ combustibles contemporains comme le bois.
➤ combustibles fossiles comme la tourbe, le 1ignite, la houi1le et 1’anthracite ;
➤ combustibles artificiels qui résultent du traitement de la houille tels que les cokes et les semi-cokes.
Le bois combustible
Le bois est l’une des sources d’énergie la plus anciennement utilisée par l’humanité. Depuis la préhistoire jusqu’au début de l’exploitation du charbon, le bois fut de loin la plus importante source d’énergie possible pour le chauffage et pour la cuisson des aliments. Au Moyen Âge, puis à l’époque moderne, c’est lui qui a permis le développement de certaines industries gourmandes en énergie et qui nécessitaient des températures élevées, comme la sidérurgie et la verrerie. Il est composé essentiellement de cellule de formule (C6H1005)n. La teneur en carbone sur pur (supposé sans eau ni matières minérales) varie de 49 à 51 %, les matières minérales est de 0,5 à 2% et la teneur en eau oscille entre 15 à 20% pour les combustibles séchés à l’air libre. Le pouvoir calorifique supérieur, exprimé sur combustible pur, est d’environ 4.500 kcal/kg.
Combustibles fossiles
Ils résultent de la lente transformation de dépôts analogues aux tourbes qui se sont trouvés enfouis sous des épaisseurs plus ou moins importantes de sédiments. Leurs propriétés dépendent de la nature des dépôts organiques (spores, cuticules, tissus ligneux) et de leur évolution géologique (pression, température).
a) La tourbe
Elle résulte de la décomposition, sous l’action des bactéries, de débris végétaux immergés en milieu aqueux. Après séchage à1’air, elles contiennent encore 20 à 30% d’eau. Les matières minérales proviennent du tissu végétal et des sédiments déposés avec les dépôts organiques ce qui conduit à des teneurs en cendres plus élevées que celles du bois (6 à 20%). Le pouvoir calorifique sur pur de la tourbe oscille entre 4680 à 5700 kcal/Kg.
b) Lignites
Ce sont des combustibles de transition entre les tourbes et les charbons. Ils résultent de l’évolution de matières organiques déposées à l’époque tertiaire. Sa teneur en carbone peut atteindre 70 % du combustible pur et le pouvoir calorifique varie 6455 à 7450 Kcal/kg
c) Houilles et Anthracites
Ces combustibles résultent de la lente transformation des débris végétaux accumulés à la fin de l’ère primaire.
Combustibles artificiels
Ce sont essentiellement les cokes et les semi-cokes qui résultent de la cokéfaction des charbons. Ils sont poreux et plus ou moins denses suivant la catégorie de houille utilisée.
a) coke
La carbonisation de la houille s’effectue à l’abri de l’air à une température comprise entre 900 et 1000° C En moyenne, il contient environ 97 % de carbone et son pouvoir calorifique varie de 8000 à 8050 Kcal/kg
b) semi-coke
La carbonisation s’effectue entre 600 et 800°C. Sa teneur en carbone peut atteindre jusqu’à 93 % du combustible sur pur, les pouvoirs calorifiques varient de 8040 à 8200 Kcal/kg.
Combustible liquide
Les combustibles liquides les plus courants proviennent du raffinage du pétrole. Ce sont les carburants destinés à la propulsion: essences, gazole, kérosène et les «fuel-oils », ou mazouts, employés dans certains moteurs Diesel. Dans un moteur à combustion interne, les combustibles volatils, comme l’essence ou un mélange d’essence et d’alcool, sont vaporisés et introduits dans le cylindre du moteur où la combustion est provoquée par une étincelle. La combustion totale de 1 kg de ces composés nécessite de 16 à 23 kg d’air. Dans les moteurs Diesel, le gazole est atomisé (formation d’un aérosol) et injecté dans la chambre de combustion où l’augmentation de la température, due au taux de compression élevée de ces moteurs, est suffisante pour provoquer l’allumage.
Les fusées peuvent utiliser des combustibles liquides, comme le kérosène et l’hydrazine, et transporter un oxydant comme l’oxygène liquide, l’acide nitrique ou l’eau oxygénée.
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