Oxygène

L'oxygène désigne un élément chimique dont le numéro atomique est 8. En tant qu'atome, il est un des constituants principaux de la matière qui compose les êtres vivants, avec le Carbone, l'Hydrogène et l'Azote - qui définissent grossièrement le domaine d'étude de la chimie "organique". Dans le langage courant, on utilise le terme "oxygène" pour désigner la molécule de "dioxygène", constituée de deux atomes d'oxygène. On parle aussi dans ce cas d'"oxygène moléculaire" ; il s'agit d'un des constituants majeurs de l'atmosphère terrestre, et un substrat indispensable de la respiration oxygénique, qui est la base du métabolisme énergétique de très nombreux êtres vivants, dont l'Homme.

La réaction de combustion

Chimie

La combustion est la réaction exothermique (qui libère de l'énergie) du dioxygène (au sens strict, il pourrait s'agir d'un autre comburant) avec une substance, quelle qu'elle soit. C'est une réaction d'oxydo-réduction qui aboutit à l'oxydation du composé en question, et à la réduction de l'oxygène pour donner de l'eau.

C'est une des plus anciennes manipulations physico-chimiques de l'Homme sur son environnement, puisque l'action de faire du feu correspond à l'initiation et à l'entretien d'une réaction de combustion, apportant chaleur et lumière. Ainsi, dans les cheminées, les feux de camps, mais aussi dans les moteurs d'automobiles ou les groupes électrogènes, des réactions de combustion ont lieu, dont le bilan chimique est (en considérant du Carbone pur comme substrat, par exemple du charbon) :

C + O₂ → CO₂

La combustion du carbone

Même lorsque des composés carbonés plus complexes (gasoil, servent de substrat, le gaz carbonique CO₂ reste un des produits principaux de cette réaction. Cela pose d'importants problèmes, dans la mesure où l'activité anthropique, qui fait un grand usage des réactions de combustion, a pour conséquence d'importants rejets de CO₂ dans l'atmosphère, avec des conséquences sur le climat terrestre potentiellement dramatiques pour l'espèce humaine.

Notons au passage que des réactions de combustion incomplète ont généralement lieu conjointement à la réaction du type de celle décrite ci-dessus. Il peut alors se dégager en quantité plus ou moins importante du Monoxyde de Carbone (CO), gaz toxique inodore et incolore, responsable de pollution (moteurs d'automobiles) et de décès accidentels (chaudières à gaz mal entretenues).

Ainsi, même lorsqu'un carburant est produit de façon "propre" (agrocarburants cultivés sans intrants de synthèse) et autonome (voir l'article Rouler à l'huile végétale), sa combustion libère des gaz à effets de serre et/ou toxiques, et consomme de l'oxygène, faisant ainsi compétition à la respiration. Toutefois, la production de CO₂ et la consommation d'oxygène sont, dans ce cadre, à peu près compensées par le CO₂ que la plante a absorbé et l'oxygène qu'elle a rejeté par photosynthèse durant sa croissance. Les réactions de combustion sont donc potentiellement "dangereuses" à deux niveaux :

• local : des substances toxiques sont produites, dont certaines indécelables sans instrument adéquat.
• global : du carbone extrait du sous-sol (pétrole) est disséminé dans l'atmosphère sous forme de gaz oxydés (dont le CO₂), avec des conséquences sur le climat.

La combustion de l'hydrogène moléculaire

Ces problèmes sont contournés dans l'utilisation de la pile à combustible, qui fournit de l'énergie par la réaction :

H_{2 + 1/2 O2 → H2O}}}

et est rechargée par la réaction exactement inverse (électrolyse de l'eau).

Autres utilisations de la réaction de combustion

Si on place une bougie allumée sous un verre retourné, elle s'éteint rapidement : elle a consommé tout l'oxygène disponible par combustion. Ceci peut être employé dans les cas où un milieu doit être privé de son oxygène, comme pour la mise en œuvre d'un processus de lacto-fermentation anaérobie.