Etude de l’équation de combustion de la combustion complète d’un hydrocarbure appliquée à la dépollution moteur.

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Nous partons de la formule générique de combustion complète des Alcanes :

CnH(2n+2) + (3n+1)/2*(O2+3.76N2) –> nCO2 + (n+1)H2O+(3n+1)/2*3.76N2

1) Etude volumique de l’équation de combustion complète :

Considérant les gaz d’échappement en CNPT.
1 mole de gaz = 25 L
Raisonnons sur la combustion d’une mole de carburant CnH(2n+2)

L’équation précédente nous donne donc à l’échappement :
25n L de CO2
25(n+1) L de H2O
25(3n+1)/2*3.76 L de N2

Soit un total de 25n+25(n+1)+25(3n+1)/2*3.76 = 25(7.64n+2.88) = 191 n + 72 L de gaz.

Remarque : Pour n=0 les 72 L correspondent a la mole d’H2O et aux 1.88 mole de N2 issus de la combustion de l’Hydrogène pur.

Pour un alcane donné nous avons donc respectivement :

25n/(191n+72) % de CO2
25(n+1)/(191n+72) % de H2O
(25(3n+1)/2*3.76)/(191n+72) % de N2

Une division par 25 simplifierait les formules.

Ceci est valable dans le cas d’une combustion complete ( pas de création de CO ni de particules ) et idéale ( pas de création de Nox)

2)Etude massique de l’équation de combustion complete :

Etudions les rejets massiques de l’equation complète.

[CO2]=12+2*16=44 g/mol
[H2O]= 2*1 + 16 = 18 g/mol
[N2]=2*14=28g/mol

Le calcul sur le N2 est inutile dans le cas d’une combustion idéale ( pas de création de Nox) puisque cet élément n’intervient pas, c’est un gaz inerte.

Les masses respectives seraient donc de :
pour le CO2 : 44n
pour l’H2O : 18(n+1)

Application à l’essence ( octane pur ). n=8
[C8H18] = 8*12 + 18*1 = 114 g/mol.
La masse de CO2 rejetée par mole d’octane consommée est de : 44*8 = 352 g.
La masse de H2O rejetée par mole d’octane consommée est de : 18(8+1) = 162 g.
Le rapport consommation d’essence sur rejets de CO2 est de 352/114 = 3.09

Comme l’unité des volume est plus usuelle lorsque l’on parle de carburant, il est préférable de passer ce rapport en gramme de CO2 par litre d’essence consommée.

Sachant que la masse volumique de l’essence est de 0.74 kg/l et que 1 gramme d’essence brulée rejete 3.09 grammes de CO2, il vient : 0.74 * 3.09 = 2.28 kg de CO2 par litre d’essence brulée.

Ces 2.28 kg occupent un volume de 2280/44*25= 1295 L de CO2 rejetés par litre d’essence consommée.

De même pour l’H2O : Le rapport consommation d’essence sur rejets de CO2 est de 162/114 = 1.42
d’où : 0.74 * 1.42 = 1.05 kg d’H2O par litre d’essence brulée.

Conclusion

Un véhicule consommant 1 L d’essence va donc rejeter un peu plus d’un kilo d’eau et 2.3 kg de CO2.

L’eau se condensera assez vite directement ou sous forme de nuage et retombera sous forme liquide assez rapidement ( car il ne faut pas oublier que la vapeur d’eau est un trés bon gaz à effet de serre, bien plus « puissant » que le CO2), il n’en est rien du CO2 qui a une durée de vie de l’ordre de 100 années.

Pour les autres carburants, il suffit de remplacer le n par le carburant utilisé. Par exemple le gasoil est constitué d’alcanes ayant un n variant entre 12 et 22. Il serait également intéréssant de calculer les rejets de CO2 par rapport à l’énergie fournie par un carburant donné. Ceci fera peut être l’objet d’une autre page.

Quoiqu’il en soit, un article suivra avec l’étude de la combustion incomplète ( création de CO ) et non-idéale ( création de Nox )