Stockage et conversion de l'énergie chimique

Incontestablement, la forme d’énergie stockée la plus importante en quantité est l’énergie de masse, donnée par la relation d’Einstein

D’autres formes d’énergie sont aussi « stockables », comme l’énergie potentielle de pesanteur (barrages), l’énergie thermique (cumulus d’eau chaude), l’énergie cinétique (volants d’inertie)… Cependant, elles ne permettent pas un stockage important, et/ou dans la durée.
Par contre, l’énergie chimique constitue un stock d’énergie important, pouvant être conservé longtemps, et dont l’énergie est « extraite » souvent facilement.
Sur Terre, la matière combustible tire en fait sa source de l’énergie solaire ! En effet, le rayonnement du Soleil est exploité par les plantes vertes par photosynthèse pour produire la matière organique (bois par exemple) à la base de la chaîne alimentaire. La matière organique est composée essentiellement de carbone. On parle de cycle du carbone afin de rendre compte de ses changements d’états dans un écosystème.
Dans certaines conditions, la matière organique enfouie dans le sous-sol se modifie lentement. Cette matière « fossilisée » forme le charbon, le pétrole, le gaz naturel (méthane). Ce sont des combustibles à haut pouvoir énergétique, mais non renouvelables. Une fois extrait du sous-sol, le pétrole est acheminé par pétrolier ou pipe-line. Le gaz naturel est transporté par méthaniers ou gazoducs.
D’autre part, certaines huiles, végétales ou animales, constituent une autre variété d’énergie chimique, à vocation alimentaire, combustible ou autre. On peut penser aux huiles de colza dans le cadre des biocarburants. Des molécules organiques comme les alcools ont aussi des propriétés combustibles, par exemple le bioéthanol, un autre biocarburant.

Sauf cas très particuliers, la combustion ne se produit pas spontanément, mais à besoin d’être déclenchée par apport de chaleur, sous forme d’étincelle ou autre. Par contre, une combustion disposant d’un apport continu en combustible et comburant pourra être entretenue.
A l'échelle microscopique, des liaisons chimiques sont détruites lors de la combustion, ce qui libère les atomes. D’autres liaisons vont alors se former pour lier ces atomes, et donner les molécules issues de la combustion. L’énergie libérée correspond à la différence d’énergie entre les énergies de liaisons avant et après combustion.

L’énergie thermique libérée lors d’une combustion complète est estimée par le pouvoir calorifique (ou chaleur de combustion) du combustible. On l’exprime en J/kg ou en J/mol. Par exemple, la chaleur de combustion est de 42MJ/kg pour le pétrole.
Le dihydrogène est un cas spécial, car sa combustion ne libère que de l’eau :

Ce carburant non polluant doit cependant être produit, car il n’existe pas sur Terre à l’état naturel. Un autre inconvénient est son transport, sous forme de gaz sous pression.

Le stockage de combustibles n’est pas sans risque si ces derniers sont très inflammables, comme avec certains hydrocarbures. Le risque d’incendie est très présent (pétroliers). Quand il y a mélange d’un carburant et d’un comburant, le mélange peut être explosif (vapeurs d’essence dans les stations services).


D’une manière générale, une mole d’hydrocarbure comportant n atomes de carbone (8 dans l’exemple) libèrera n moles de

La combustion d’un litre d’essence dans un moteur thermique génère environ 2,2 kilogrammes de dioxyde de carbone


Le



Cette réaction a le même aspect qu’une combustion, mais l’énergie libérée est exploitée en grande partie sous forme chimique (molécule d’ATP vue en SVT). D’autre part, évidemment, la réaction ne produit pas de flamme : c’est une réaction de dégradation du glucose plus lente que pour une combustion.
Une combustion est une réaction exothermique entre un combustible et un comburant. Le dioxygène est le comburant le plus rencontré. Une combustion est une réaction d’oxydoréduction par voie sèche.
Les matières combustibles sont des matières organiques constituées d’hydrocarbures, d’alcools… La matière organique fossile (charbon, pétrole, gaz naturel) constitue une source d’énergie chimique, mais non renouvelable.
La combustion complète d’un hydrocarbure ou d’un alcool produit de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone. Une fois émis dans l’atmosphère, celui-ci participe à l’effet de serre, un des responsables du phénomène de réchauffement climatique.
L’énergie chimique peut aussi être exploitée par des réactions d’oxydoréductions autre que par combustion : respiration des êtres vivants, piles à combustibles, piles électrochimiques ou accumulateurs (batteries).

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