La combustion est une réaction chimique d'oxydation par
l'oxygène qui peut être décrite par l'équation suivante:
Combustible + nO2 = vCO2
+ wH2O + xSO2 + yNO2
+ zHX
avec:
CO2: dioxyde de carbone,, produit de combustion
du carbone contenu
H2O: eau, produit de combustion de l'hydrogène
contenu
SO2: dioxyde de soufre, produit de combustion du
soufre contenu
NO2: dioxyde d'azote, produit de combustion de
l'azote contenu
HX: hydrure d'halogène, produit de combustion des halogènes (iode,
fluor, chlore, brome)
Considérant une concentration de 20,95% d'oxygène dans l'air,
la
concentration en combustible dans l'air correspondant à la
stoechiométrie est donné par la relation:
Cst = 0,2095(n + 0,2095)
Aussi appelée Limite Inférieure d'Inflammabilité (L.I.I.) ou
bien
Lower Explosive Limit (L.E.L.) ou Lower Flammability Limit (L.F.L.) en
anglais.
C'est la teneur minimale du produit dans l'air nécessaire pour
entretenir la combustion.
En dessous de celle-ci la quantité de gaz est insuffisante pour qu'il y
ait propagation de la combustion dans le mélange. Le mélange est dit
trop pauvre.
Cette valeur est donc en relation avec la quantité stoechiométrique
d'oxygène nécessaire à la combustion totale.
La L.I.E. des combustibles en mélange dans l'air est généralement
proche de 0,5Cst.
Aussi appelée Limite Supérieure d'Inflammabilité (L.S.I.) ou
bien
Upper Explosive Limit (U.E.L.) ou Upper Flammability Limit (U.F.L.) en
anglais.
Au dessus de celle-ci, l'oxygène est en quantité insuffisante dans le
mélange pour entretenir la combustion. Le mélange est dit trop riche.
La L.S.E. des combustibles en mélange dans l'air est généralement
proche de 4Cst.
Aussi appelé Flash Point en anglais.
C'est la température minimale pour qu'un liquide émette suffisament de
vapeur pour former un mélange inflammable dans l'air.
Cette température peut être facilement déduite de la courbe de tension
de vapeur du liquide combinée à la valeur de limite inférieure
d'inflammabilité.
Exemple:
Pour l'Ethanol, la température minimale d'inflammation est 13°C.
A cette température, sa tension de vapeur c'est-à-dire sa pression
partielle dans l'atmosphère au dessus du liquide est de 27,3 Torrs soit
3,6% dans un mélange à pression atmosphérique.
Par comparaison, la valeur expérimentale de la LIE est de 3,3%.
Ces valeurs sont déterminées expérimentalement, et donc
peuvent varier légèrement en fonction des conditions expérimentales.
Elles sont habituellement déterminées à la pression
atmosphérique, à
la température ambiante et à une humidité relative de l'air de 60%.
Pour une température plus élevée, la limite inférieure diminue et la
limite supérieure augmente; la zone d'inflammabilité s'élargie donc.
Pour une pression plus élevée, la limite supérieure augmente beaucoup
alors que la limite inférieure diminue peu; la zone d'inflammabilité
s'élargie également.
Pour des teneurs en oxygène supérieures à la concentration dans l'air,
la zone d'inflammabilité s'agrandie.
Produit | L.I.E. | L.S.E. | Cst | F.P. | Eb |
---|---|---|---|---|---|
(% volume dans l'air) | °C | °C | |||
Hydrogène | 4 | 75 | |||
Méthane | 5 | 15 | |||
Acétylène | 2,5 | 80 | |||
Ethylène | 2,7 | 36 | |||
Ethane | 3 | 12,5 | |||
Propylène | 2 | 11 | |||
Propane | 2,2 | 9,5 | |||
Butadiène | 2 | 12 | |||
Butane | 2 | 8,5 | |||
Pentane | 1,5 | 7,8 | 2,56 | -49 | 36 |
Essence | 1,6 | 6 | |||
Kérozène | 0,7 | 5 | |||
Gaz-Oil | 0,6 | 13,5 | |||
White-spirit | 0,8 | 3,7 | |||
Hexane | 1 | 7,5 | |||
Cyclohexane | 1,3 | 8,0 | 2,3 | -18 | 80 |
Heptane | 1,05 | 6,7 | 1,9 | -4 | 98 |
Octane | 1 | 6,5 | 1,7 | 13 | 126 |
Benzène | 1,3 | 7,1 | 2,7 | -11 | 80 |
p-Xylène | 1,1 | 7 | 2,0 | 27 | 138 |
Toluène | 1,2 | 7 | 2,3 | 4 | 111 |
Styrène | 1,1 | 6 | |||
Acétone | 2,6 | 13 | 5,0 | -18 | 56 |
Méthyléthylcétone | 1,8 | 11,5 | |||
Acétate de méthyle | 3,1 | 16 | |||
Acétate d'Ethyle | 2,0 | 11,5 | 4,0 | -4 | 77 |
Méthanol | 6 | 36 | 12,3 | 11 | 64 |
Ethanol | 3,3 | 19 | 6,5 | 13 | 82 |
Isopropanol | 2,0 | 12,7 | 4,5 | 12 | 83 |
Ammoniac | 16 | 25 | |||
Chlorure de vinyle | 3,6 | 33 | |||
Chlorure de méthyle | 10,7 | 17,4 | |||
Ether éthylique | 1,9 | 36 | 3,38 | -45 | 34 |
Formol | 7 | 73 | |||
Oxyde d'éthylène | 3,6 | 100 | |||
Acroleine | 2,8 | 31 | 5,66 | -26 | 53 |
Diéthylamine | 1,8 | 10,1 | 2,64 | -26 | 55 |
Dichlorobenzène | 2,2 | 9,2 | 3,1 | 66 | 181 |
Les solutions aqueuses de produits inflammables peuvent être
elles aussi inflammables.
Considérant que l'inflammabilité d'un liquide ne dépend que de la
concentration du composé dans la phase gazeuse, l'inflammabilité des
solutions aqueuses dépend de la nature du composé dissous ainsi que sa
concentration.
Les données expérimentales sont moins faciles à rssembler que pour les
composés purs, mais peuvent être approximées à l'aide des mêmes
méthodes que celles déja décrites pour les composés purs.
Il faut en plus être capable de déterminer la concentration du composé
dissous en fonction de la température et de la concentration.
Pour cela on peut appliquer la loi de Raoult:
pA = xA.TVA
avec:
pA: pression partielle du composé A dans l'atmosphère environnant le
liquide
xA: fraction molaire du composé A dans la
solution
TVA: tension de vapeur du composé A supposé pur
Le tableau ci-dessous la teneur maximum en composant
inflammable
dans la solution aqueuse pour limiter la température d'inflammation à
différentes valeurs.
Composant | % maxi dans l'eau
pour température inflammation |
|||
---|---|---|---|---|
>23°C | >38°C | >60°C | >93°C | |
Méthanol | 58 | 32 | 13,5 | 4,1 |
Ethanol | 73 | 43 | 18,6 | 5,4 |
Isopropanol | 70 | 42 | 17,7 | 4,9 |
Acétone | 27 | 15,8 | 7,4 | 2,7 |
Diéthylamine | 23 | 13,4 | 6,5 | 2,5 |