Combustion des matériaux organiques

Introduction

La plupart des matériaux du quotidien sont des matériaux organiques, d’origine animale (laine, cuir …), végétale (bois, coton…) ou synthétique comme le nylon et le plastique (PE, PVC…). Ces matériaux constituent une grande partie des déchets ménagers. Certains sont recyclés et d’autres sont éliminés par incinération (combustion pour produire de l’énergie).

• Quels sont les constituants communs des matériaux organiques?
• Quels sont les produits de ces combustions ?
• Sont-elles dangereuses sur notre santé et sur l’environnement ?

I- Combustion d’un matériau organique

Expérience

Sous un bécher, on fait brûler un morceau de matériau organique (exemple : papier, bois, PE) puis on verse de l’eau de
chaux dans le bécher.

Observation et interprétation

• Le matériau organique brûle avec une flamme jaune et éclairante en dégageant de la chaleur.
• La combustion du papier produit des fumées qui se transforment à un dépôt noir sur les parois du bécher. Ce dépôt est constitué de carbone (C).
• Formation de la buée (gouttelettes d’eau) sur les parois du bécher : cette buée provient de la condensation de la vapeur d’eau produite par la combustion : Cette combustion produit de la vapeur d’eau (H_{2}O).
• L’eau de chaux est troublée, la combustion a donc produit du dioxyde de carbone (CO_{2}).
• À la fin de la combustion, il reste un résidu noir, appelé cendres (matières minérales non combustibles).

Conclusion

• La combustion des matières organiques dans le dioxygène de l’air est une réaction chimique qui produit au moins de l’eau (H_{2}O) et du dioxyde de carbone (CO_{2}).
• Le bilan de cette réaction s’écrit :
  Matériaux organique +  O_{2} → H_{2}O + CO_{2} + C + CO + autres produits
• En appliquant la loi de conservation des atomes, on conclut que les matériaux organiques sont formés de molécules qui contiennent les atomes de carbone (C) et les atomes d’hydrogène (H).

L’essentiel

• On appelle matériaux organiques les matériaux constitués essentiellement d’atomes de carbone (C) et d’atomes d’hydrogène (H). Ces atomes peuvent associés à d’autres atomes : oxygène (O), azote (N), chlore(Cl), soufre (S) …
• La combustion d’un matériau organique dans le dioxygène (O2) produit essentiellement du dioxyde de carbone CO_{2}, de l’eau H_{2}O et parfois d’autres substances : carbone, monoxyde de carbone, chlorure d’hydrogène …

Application

Parmi les formules chimiques ci-dessous, indiquer celles qui représentent des substances organiques :

NH_{3} ; CH_{4} ; C_{3}H_{7}OH ; CO_{2} ; NaCl ; C_{5}H_{8}

II- Les dangers des combustions des matériaux organiques

1) L’effet de serre

Le dioxyde de carbone CO_{2} est un gaz à effet de serre. Ce dernier est responsable du réchauffement climatique qui présente plusieurs dangers sur l’environnement : sécheresses, fonte des glaciers, hausse du niveau de la mer, disparition des espèces, perte de récoltes, inondations…

2) Combustion incomplète

Lorsque le O_{2} est en quantité insuffisante, la combustion devient incomplète. Parmi les produits, il y a du carbone (C) et du monoxyde de carbone (CO) :

• Les particules de carbone en suspension provoquent des troubles respiratoires.
• Le monoxyde de carbone CO est un gaz toxique qui se fixe sur l’hémoglobine du sang, empêchant le transport de dioxygène aux organes du corps.

3) La composition chimique

En plus de carbone et d’hydrogène, certains matériaux organiques contiennent des atomes de chlore (Cl), azote (N), soufre (S) … Leur combustion donne des produits très dangereux :

• Le (PVC) contient du chlore Cℓ, sa combustion produit du chlorure d’hydrogène (HCl), très toxique.
• Le Nylon contient de l’azote N, sa combustion libère du cyanure d’hydrogène HCN, gaz toxique et mortel.
• Le polyester contient du soufre S, sa combustion donne du dioxyde de soufre SO_{2}, gaz toxique.
• La dissolution de ces gaz dans les nuages donne des pluies acides qui détruisent les plantes.

Conclusion

Pour limiter les dangers de la combustion, il faut réduire les déchets organiques par recyclage, par incinération (pour produire de l’électricité), utiliser des énergies renouvelables… C’est aussi un bon moyen d’économiser de l’énergie et des matières premières.

Application

La combustion du polychlorure de vinyle (PVC), de formule chimique (C_{2}H_{3}Cl)_{n}n, dans l’air rejette des produits dangereux pour la santé et l’environnement.

1. Justifier que le PVC est une matière organique.
2. Donner les réactifs de cette combustion et leurs formules chimiques.
3. Donner les produits de la combustion incomplète du PVC et leurs formules chimiques.
4. Déduire le bilan de cette combustion ainsi que son équation bilan.
5. Donner les dangers causés par chaque produit de cette combustion.
6. Proposer des mesures pour réduire les risques associés à cette combustion.