Vous connaissez la scintillante beauté de l’or et de l’argent ; et l’éclat encore plus beau des pierres précieuses comme le rubis ou le diamant ; mais aucun de ceux-là ne rivalisent avec la brillance et la magnificence d’une flamme.
— Michael Faraday (1791-1867), dans L’Histoire Chimique d’une Bougie (via Couleur Science)

La combustion est l’une des réactions chimiques les plus présentes dans notre quotidien. Que ce soit pour cuisiner ou pour se chauffer, nous l’utilisons tous les jours… Mais la comprenons-nous réellement ? Pourquoi un élément va-t-il pouvoir brûler, en dégageant de la chaleur et potentiellement créer une flamme ? Comment expliquer chimiquement et simplement ces phénomènes ?

Combustion : grandes lignes

Si beaucoup de personnes connaissent le triangle du feu, qui créé un lien entre le corps qui va réagir (combustible), le gaz qui permet la réaction (comburant) et l’énergie qui va initier la réaction (activateur), peu de personnes savent qu’un autre élément est indispensable : les nouvelles molécules très réactives créées par l’oxydation du combustible, les radicaux libres. Ces quatre éléments sont indispensables à la combustion d’un élément.

Chimiquement parlant, la réaction de combustion est une réaction d’oxydo-réduction assez simple entre deux corps, le combustible qui sera oxydé (il perdra des électrons) et le comburant qui sera réduit (il gagnera des électrons). L’impact se verra notamment sur l’évolution du nombre d’oxydation des différents éléments (réactifs/produits).

Par exemple, prenons la combustion du charbon (à base notamment de carbone) par le dioxygène de l’air, après craquage d’une allumette (activateur). Cette réaction va produire un oxyde de carbone. S’il y a suffisamment de dioxygène, la réaction produira du dioxyde de carbone (CO2) ; par contre, s’il n’y a pas assez de dioxygène, la réaction produira du monoxyde de carbone. On parlera alors de combustion incomplète.

C + ½ O2 → CO (combustion incomplète) ;

C + O2 → CO2 (combustion complète).

Une autre réaction assez connue est la réaction de combustion du Magnésium en présence de dioxygène, qui va produire du monoxyde de magnésium (MgO). Cette réaction est très utilisée dans le cadre de la pyrotechnie, la lumière produite étant très éclairante.  

2Mg + O2 à 2 MgO

Cette réaction va également libérer de la chaleur, comme c’est souvent le cas quand l’oxygène se combine à un autre élément ou corps composé : c’est une réaction exothermique. Cette énergie libérée va pouvoir être quantifiée pour déterminer un « pouvoir calorifique », qui va représenter la quantité d’énergie qui peut être obtenue par la combustion d’un kilogramme de combustible. Cette valeur sera donc souvent exprimée en énergie par kilogramme, à savoir kilojoules par kilogramme (kJ/kg).

Pourquoi une flamme ?

Dans le cas où le combustible et le comburant sont bien séparés (du bois et de l’oxygène par exemple), on parle de flamme de diffusion, en référence au phénomène de diffusion.

Très simplement résumé, la combustion du combustible va produire un gaz inflammable qui va, au contact du gaz comburant (Air souvent) et grâce à l’énergie fournie par le système, va s’enflammer dans une zone dite de « combustion » (petite zone bleue à la base de la flamme).

Pour aller plus loin :