Un gaz combustible est un gaz susceptible de libérer de l'énergie thermique par combustion. thumb|Deux brûleurs à gaz.
Définitions Dans le langage courant, le terme « combustible » est souvent réservé aux produits utilisés pour le chauffage (bois, charbon, produits pétroliers…). Dans les faits, ce qualificatif s’applique à tout composé susceptible de s’unir à un oxydant (presque toujours l’oxygène de l’air) et capable de se consumer..
Dans la première acception, Celle-ci est utilisée dans le secteur domestique et commercial (chauffage, cuisine, parfois éclairage), dans l'industrie (apport de chaleur dans les réactions chimiques endothermiques, production de vapeur et d'électricité), ou encore dans l'agriculture (séchage des récoltes).
Les combustibles se distinguent des carburants, qui sont destinés à la production d'énergie mécanique dans les moteursJean-Claude Guibet, « Combustibles liquides », Techniques de l'ingénieur, Génie énergétique, 1998, vol. 3, noBE8546, p. BE8546.1-BE8546.20 sur le site lire en ligne, Institut de l'information scientifique et technique..
Les combustibles se répartissent en trois grandes catégories selon leur état physique habituel. On distingue ainsi : les combustibles solides (charbon, bois, paille...) ; les combustibles liquides (GPL, fioul domestique (FOD), fioul lourd et produits assimilés), tous issus du pétrole brut et, pour une très faible part, de la biomasse (dérivés d'huiles végétales) ; les gaz combustibles, objet de cet article.
À chaque état correspondent : certains types de stockage et de transport ainsi que les précautions incendie et sanitaires y afférentes. Les opérations de stockage, la manipulation et la manutention des gaz et liquides combustibles se préoccupent des mesures de prévention à appliquer contre les risques d'incendie et d'explosion. Les autres risques sont liés à la toxicité et à l’écotoxicité des produits. un type d'appareil de chauffage (chaudière ou chauffe-eau, brûleur, corps de chauffe, etc.) des normes, législations et conventions de négoces particulièresConvention collective nationale du négoce et de distribution de combustibles solides, liquides, gazeux, produits pétroliers du 20 décembre 1985. Etendue par arrêté du 23 juillet 1990 JORF 8 août 1990., sur cnccorg.com.
La seconde acception, plus large, englobe un plus grand nombre de substances, dont la vocation dans l'industrie n'est pas forcément d'être brûlées pour produire de l'énergie. Dans ce cas, l’appellation « combustible » renvoie aux propriétés chimiques, aux précautions de manipulation et de stockage.
Gaz historiques Utilisation ancienne
Les Chinois commencent à utiliser du gaz naturel comme combustible et source d'éclairage au Le forage systématique de puits pour l'extraction de la saumure au (Dynastie Han) mène à la découverte de nombreux « puits à feu » au Sichuan, qui produisent du gaz naturel. Ainsi qu'il est rapporté, cela entraîne dès le , une recherche systématique de gaz naturel. La saumure et le gaz naturel sont conduits ensemble par des tubes de bambous. Depuis les petits puits, le gaz peut être acheminé directement aux brûleurs, où la saumure est versée dans des cuves d'évaporation en fonte pour bouillir et produire du sel. Mais le gaz dense et âcre puisé à des profondeurs d'environ doit tout d'abord être mélangé à l'air, de crainte qu'une explosion se produise. Pour remédier à cela, les Chinois conduisent d'abord le gaz dans un grand réservoir en bois de forme conique, placé sous le niveau du sol, où un autre conduit achemine l'air, ce qui transforme le réservoir en grand carburateur. Pour éviter les incendies à cause d'un soudain surplus de gaz, un supplémentaire est utilisé comme système d'échappementDésiré Magnier, Nouveau manuel complet de l'éclairage au gaz, ou Traité élémentaire et pratique à l'usage des ingénieurs, directeurs, Librairie encyclopédique de Foret, 1849, (lire en ligne, sur Google Livres).
En Europe Le premier scientifique connu à décrire la production de dihydrogène est le Suisse Paracelse (1493-1541). Il fait cette découverte en versant du vitriol sur de la poudre de fer, mais ne comprend pas la nature exacte du gaz dégagé au cours de l'expérience.
En 1610, Jean-Baptiste Van Helmont démontre d’une façon scientifique l’existence des « gaz », comme il les nomme, et en reconnaît plusieurs. Il identifie l’un d’eux, le « gaz sylvestre » (dioxyde de carbone), qui résulte de la combustion du charbon, de l’action du vinaigre sur certaines pierres, ou de la fermentation du jus de raisin. Pour Van Helmont, le gaz constitue l’ensemble des « exhalaisons » dont l’air est le réceptacle.
En 1766, Henry Cavendish, le premier, détermine la nature du gaz hydrogène qu'il désigne sous le nom de « gaz inflammable » et qu'il produit avec du zinc, de l'acide et de l'eau. Joseph Priestley poursuit les études de Cavendish et Antoine Lavoisier donne enfin au nouveau corps le nom d'hydrogène.
En 1776, Alessandro Volta découvre le méthane en s'intéressant au « gaz des marais »
En 1784, Jan Pieter Minckelers (l'un des découvreurs du gaz d'éclairage) publie un ouvrage intitulé Mémoire sur l'air inflammable tiré de différentes substancesJan Pieter Minckelers, Mémoire sur l'air inflammable tiré de différentes substances, Collège Faucon, 1784 (lire en ligne, sur Google Livres).. Les recherches de Jan Pieter Minckelers sur les gaz à destination des ballons à gaz le poussent à mettre en œuvre les matières suivantes dans des expériences de distillation dans un canon d'un fusil chauffé dans une forge.
Substances minérales : Houille - Succin - Huile de succin - Asphalte ou bitume judaïque - Fer mêlé avec esprit de sel ammoniac - Fleur de soufre - Molybdène ou mine de plomb noire - Limaille de fer. Substances végétales : Camphre - Charbon de boulanger - Gingembre - Fèves de café non brûlées - Poix - Térébenthine - Huile de calfat - Cotton - Charbon de faux ou de bois - Résine - Sucre - Tourbes de Hollande - Bois de hêtre, Huile d'olives, Bois de chêne - Suie de cheminée, Tourbes de Brabant, Paille. Substances animales : Graisse de Mouton - Huile de baleine, Laine lavée, Laine grasse - Cire blanche - Bleu de Prusse - Corne de cerf - Os de mouton
La fin du débouche, début , sur la découverte du gaz d'éclairage, première application concrète des gaz combustibles.
Les gaz manufacturés
Les gaz manufacturés sont fabriqués à partir de 1785, date de leur invention, dans des usines à gaz et des cokeries, principalement à partir de la houille. Ils sont d'abord utilisés comme gaz d'éclairage, par la suite comme combustible pour les turbines et moteurs, pour le chauffage ainsi que la cuisson.
La plupart des gaz manufacturés contiendront principalement du dihydrogène, du méthane et de monoxyde de carbone.
L'histoire du gaz manufacturé est liée à l'histoire de nos villes et des grands groupe énergétique modernes. L'émergence du gaz d'éclairage et des gaz manufacturés est le résultat des recherches et inventions conjuguées du français Philippe Lebon, de l'anglais William Murdoch et de l'allemand Frédéric-Albert Winsor.
Les gaz manufacturés furent essentiellement du gaz de houille.
Des expériences furent tentées, avec souvent des applications industrielles, avec les gaz suivants : gaz de bois : gaz de distillation du bois
gaz de houille : gaz de distillation de la houille
Gaz portatif : gaz obtenu à partir de schiste bitumineux appelé boghead et rendu transportable par compression ou liquéfaction
gaz d'huile : gaz de distillation des huiles : Huiles animales ou Huiles végétales
Gaz de pétrole : gaz de distillation du pétrole et des huiles minérales qui commencent à se répandre.
gaz de résine : gaz de distillation de la résine
gaz de tourbe : gaz de distillation de la tourbe
gaz à l'eau : gaz obtenu par action de la vapeur d'eau sur du charbon de bois ou de la houille incandescents
Gaz à l'eau carburé :...
Gaz à l'air :...
Gaz mixte :...
Gaz pauvre :...
Gaz de haut fourneau : Gaz récupéré à la sortie du gueulard des hauts fourneaux. Avec le gaz de cokerie, fournit l’énergie nécessaire à la cokéfaction et à la production de fonte, le surplus est éventuellement valorisé dans des unités de production de vapeur et d’électricité.
Gaz de synthèse
En 1923, le procédé Fischer-Tropsch breveté par les Allemands Franz Fischer et Hans Tropsch, est à l'époque destiné à la valorisation du charbon. Le procédé repose sur la réduction catalytique des oxydes de carbone par l’hydrogène en vue de les convertir en hydrocarbure. Son intérêt est de produire un mélange d’hydrocarbures qui est ensuite hydrocraqué (hydroisomérisé) afin de fournir du carburant liquide synthétique (synfuel) et du gaz, à partir du charbon.
À l'occasion; l’appellation gaz de synthèse ou syngas (abréviation de ) fait son apparition, qui englobe les gaz manufacturés ainsi que les expériences modernes pour créer des gaz synthétique, essentiellement à partir des quatre éléments les plus répandus dans la nature : le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote : l'oxygène est pratiquement toujours combiné au carbone sous forme de monoxyde ou de dioxyde de carbone ; l'hydrogène est le composant essentiel du gaz de synthèse ; l'azote est indispensable à la synthèse de l'ammoniac, mais serait inerte dans le cas des synthèses de produits organiques ; les hydrocarbures (gaz naturel ou coupes pétrolières) sont la source principale de gaz de synthèse.
L'utilisation du charbon, après le regain d'intérêt au milieu des années 1980, reste totalement marginaleJean-Paul Mazaud, « Production des gaz de synthèse », CNRS..
Acétylène
Contemporain des gaz manufacturés, l'acétylène (la lampe à acétylène) est appliqué comme éclairage public en concurrence directe du gaz de houille. Découvert en 1836 par Edmund Davy, produit industriellement à partir de 1892, l'acétylène est utilisé de manière de plus en plus marginale dans les lampes à acétylène (ou lampe à carbure), moyen d'éclairage le plus souvent portable.
Oxygène et hydrogène
La lumière oxhydrique, dite également lumière Drummond, est émise par un bloc de matière réfractaire porté à l'incandescence par la flamme d'un chalumeau oxhydrique (combinaison de l'oxygène et de l'hydrogène). La douceur de la lumière oxhydrique et son bon indice de rendu de couleur en font un moyen d'éclairage de choix dans les théâtres et autres lieux de spectacle à partir des années 1830, mais l'on discute en 1868 de la possibilité de l'utilisation de l'oxygène à la place du gaz de houille comme moyen d'éclairage public.
Gaz naturels Aux environs de 1960, le gaz manufacturé subit la concurrence d'autres combustibles : dans le domaine de la cuisine il y a le charbon, l'électricité et le gaz de pétrole liquéfié (GPL) ; dans celui de l'eau chaude il y a le mazout et l'électricité. Le gaz s'attaque dès lors au marché du chauffage central, dans lequel la consommation de gaz est tributaire des variations saisonnières et journalières de la températurePeter Lang, « L'industrie du gaz en Europe aux : l'innovation entre marchés privés et collectivités publiques », 2005 lire en ligne..
Les gaziers se fournissent désormais en gaz issus de la pétrochimie, qui sont mélangés au gaz de houille : gaz de pétrole liquéfié (GPL) ; gaz de raffinerie de pétrole ; gaz de couche ou grisou qui a un pouvoir calorifique plus important, doit être « dilué » avant d'être injecté dans le réseau.
Toutefois, les disponibilités en gaz restent liées à l'activité d'autres industries (sidérurgie, pétrochimie et charbon. L'industrie pétrolière commercialisant elle-même le GPL sous forme liquide, il est important pour l'industrie gazière de s'assurer ses services pour conserver le monopole sur la distribution du gaz.