I Qu'est-ce que le butane ?

Le butane est un gaz combustible provenant de la distillation du pétrole dans les raffineries. C'est un hydroCarbure, c'est à dire une substance faite uniquement d'atomes de carbone (C) et d'atomes d'hydrogène (H). Le butane, gazeux dans les conditions normales de température et de pression, peut-être facilement liquéfié, Ce qui rend son conditionnement et son transport aisés (dans des bouteilles ou des wagons-citernes). Une bouteille de gaz butane contient du butane liquide sous pression, celui-ci subit une détente à la sortie de la bouteille pour pouvoir être utilisé comme gaz combustible.   

Dans un briquet, le butane maintenu sous pression est liquide. Il est détendu et brûle à l'état gazeux lorsqu'on actionne le briquet.

Quelques caractéristiques importantes du butane :

• Température d'ébullition (sous pression atmosphérique normale) 0°C
• Masse volumique du butane liquide: 585 g/L
• Masse volumique du butane gazeux: 2,5 g/L
• 1 litre de butane liquide libère 239 litres de gaz (à15 °C sous une pression de  1000 hPa)
  

La réaction chimique de combustion du butane libère beaucoup d'énergie. On l'utilise donc dans les appareils de chauffage et de cuisson (gazinières, ...). D'autres gaz combustibles, tels que le méthane (gaz naturel) ou le propane sont également employés, ce sont également des hydrocarbures qui brûle dans l'air de la même façon que le butane.

II Combustion complète du butane

Si l'on allume un briquet et qu'on règle le débit du gaz pour avoir une petite flamme bleue alors le gaz sort du briquet en petite quantité et brûle complètement avec le dioxygène de l'air: la combustion du butane est complète. On observe que les produits de la combustion complète du butane sont des gaz incolores et invisibles ("rien" n'apparaît au-dessus de la flamme).

Si l'on place un bocal retourné sur la flamme d'un briquet on observe alors de la buée (eau liquide qui vient de la condensation de la vapeur d'eau) se forme sur les parois du bocal. On en déduit que lors de la combustion complète du butane, il se forme de l'eau. Celle-ci apparaît sous forme de vapeur d'eau (incolore et invisible) mais peut être mise en évidence par formation de buée sur les parois d'un bocal.

Remarque: c'est cette vapeur d'eau, qui est également produite lors de la combustion du kérosène dans les turboréacteurs d'un avion, qui forme en se condensant en haute altitude (où il fait froid), la traînée laissée par les avions. Les aérosols dégagés par les avions ont un effet sur le climat, par la création de nuages d'altitude dont le forçage radiatif est positif. La vapeur d'eau produite par la combustion du kérosène (hydrocarbure) est refroidie et se condense dans l'atmosphère : une traînée blanche se forme.

Si l'on verse de l'eau de chaux dans le bocal qui était placé au-dessus de la flamme du briquet et qu'ensuite on bouche et on agite alors on observe que l'eau de chaux se trouble d'un précipité blanc (carbonate de calcium). On en déduit que lors de la combustion complète du butane, il se forme également du dioxyde de carbone (gaz incolore).

Interprétation: Lors de la combustion complète du butane, le butane et le dioxygène (les réactifs) de l'air réagissent ensemble et se transforment en vapeur d'eau et dioxyde de carbone (les produits).

La réaction de la combustion complète du butane est :

Butane  +  dioxygène (en excès)   ------------------------->       eau + dioxyde de carbone

REACTIFS                                                                            PRODUITS

III Combustion incomplète du butane

Si l'on allume un briquet et qu'on règle le débit du gaz pour avoir une grande flamme jaune alors le gaz sort du briquet en grande quantité et ne brûle pas complètement avec le dioxygène de l'air: la combustion du butane est incomplète.

On observe alors que les produits de la combustion complète du butane ne sont pas que  des gaz incolores et invisibles: il apparaît parfois de la fumée noire au-dessus de la flamme (la fumée est faite de petites particules solides en suspension). Si l'on place une soucoupe en porcelaine blanche retournée sur la flamme du briquet et on observe: alors qu'elle se recouvre d'un dépôt noir, c'est du carbone qui vient du butane (hydrocarbure) qui n'a pas complètement brûlé, le dioxygène n'étant pas présent en assez grande quantité on dit qu'il est en défaut. Au cours de cette combustion, il se forme également divers gaz : vapeur d'eau, dioxyde de carbone et monoxyde de carbone (mortel).