Ungaz combustible est ungaz susceptible de libérer de l'énergie thermique parcombustion.
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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 unoxydant (presque toujours l’oxygène de l’air) et capable de se consumer[1].
Dans lapremière acception,« lescombustibles sont des produits dont lacombustion en présence d'air dans lesbrûleurs,foyers,fours ouchaudières fournit de l'énergie thermique. » Celle-ci est utilisée dans le secteur domestique et commercial (chauffage,cuisine, parfoiséclairage), dans l'industrie (apport de chaleur dans les réactions chimiques endothermiques,production de vapeur etd'électricité), ou encore dans l'agriculture (séchage des récoltes).
Lescombustibles se distinguent descarburants, qui sont destinés à la production d'énergie mécanique dans lesmoteurs[2].
Les combustibles se répartissent en trois grandes catégories selon leurétat physique habituel. On distingue ainsi[2] :
À chaque état correspondent :
Laseconde 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.
LesChinois commencent à utiliser dugaz naturel comme combustible et source d'éclairage auIVe siècle av. J.-C. Le forage systématique de puits pour l'extraction de lasaumure auIer siècle av. J.-C. (Dynastie Han) mène à la découverte de nombreux « puits à feu » auSichuan, qui produisent du gaz naturel. Ainsi qu'il est rapporté, cela entraîne dès leIIe siècle av. J.-C., une recherche systématique de gaz naturel. La saumure et le gaz naturel sont conduits ensemble par des tubes debambous. 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 2 000 pieds 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 3 m sous le niveau du sol, où un autre conduit achemine l'air, ce qui transforme le réservoir en grandcarburateur. Pour éviter les incendies à cause d'un soudain surplus de gaz, un« tuyau repoussant le ciel » supplémentaire est utilisé comme système d'échappement[4].
En EuropeLe premier scientifique connu à décrire la production de dihydrogène est le SuisseParacelse (1493-1541). Il fait cette découverte en versant duvitriol sur de la poudre defer, 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 ducharbon, de l’action duvinaigre sur certaines pierres, ou de lafermentation du jus deraisin. 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 dugaz hydrogène qu'il désigne sous le nom de « gaz inflammable » et qu'il produit avec duzinc, de l'acide et de l'eau.Joseph Priestley poursuit les études de Cavendish etAntoine Lavoisier donne enfin au nouveau corps le nom d'hydrogène[4].
En 1776,Alessandro Volta découvre leméthane en s'intéressant au « gaz des marais »
En 1784,Jan Pieter Minckelers (l'un des découvreurs dugaz d'éclairage) publie un ouvrage intituléMémoire sur l'air inflammable tiré de différentes substances[5]. Les recherches deJan Pieter Minckelers sur lesgaz à destination desballons 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 duXVIIIe siècle débouche, débutXIXe siècle, sur la découverte dugaz d'éclairage, première application concrète desgaz combustibles.
Lesgaz manufacturés sont fabriqués à partir de 1785, date de leur invention, dans desusines à gaz et descokeries, principalement à partir de lahouille. Ils sont d'abord utilisés commegaz d'éclairage, par la suite commecombustible pour lesturbines etmoteurs, pour lechauffage ainsi que lacuisson.
La plupart des gaz manufacturés contiendront principalement dudihydrogène, duméthane et demonoxyde de carbone.
L'histoire du gaz manufacturé est liée à l'histoire de nos villes et des grandsgroupe énergétique modernes. L'émergence du gaz d'éclairage et des gaz manufacturés est le résultat des recherches et inventions conjuguées du françaisPhilippe Lebon, de l'anglaisWilliam Murdoch et de l'allemandFrédéric-Albert Winsor.
Les gaz manufacturés furent essentiellement dugaz de houille.
Des expériences furent tentées, avec souvent des applications industrielles, avec les gaz suivants :
En 1923, leprocédé Fischer-Tropsch breveté par lesAllemandsFranz Fischer etHans Tropsch, est à l'époque destiné à la valorisation ducharbon. 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 ensuitehydrocraqué (hydroisomérisé) afin de fournir du carburant liquide synthétique (synfuel) et du gaz, à partir du charbon.
À l'occasion; l’appellationgaz de synthèse ousyngas (abréviation desynthetic gas) fait son apparition, qui englobe les gaz manufacturés ainsi que les expériences modernes pour créer des gaz synthétique, essentiellement à partir des quatreéléments les plus répandus dans la nature : lecarbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote :
L'utilisation du charbon, après le regain d'intérêt au milieu des années 1980, reste totalement marginale[6].
Contemporain des gaz manufacturés, l'acétylène (lalampe à acétylène) est appliqué commeéclairage public en concurrence directe dugaz de houille. Découvert en 1836 parEdmund 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.
Lalumière oxhydrique, dite égalementlumière Drummond, est émise par un bloc dematière réfractaire porté à l'incandescence par la flamme d'unchalumeau oxhydrique (combinaison de l'oxygène et de l'hydrogène). La douceur de lalumière oxhydrique et son bonindice de rendu de couleur en font un moyen d'éclairage de choix dans lesthéâtres 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 dugaz de houille comme moyen d'éclairage public.
Aux environs de 1960, legaz manufacturé subit la concurrence d'autres combustibles :
Le gaz s'attaque dès lors au marché duchauffage central, dans lequel la consommation de gaz est tributaire des variations saisonnières et journalières de la température[7].
Les gaziers se fournissent désormais en gaz issus de lapétrochimie, qui sont mélangés au gaz de houille :
Toutefois, les disponibilités en gaz restent liées à l'activité d'autres industries (sidérurgie,pétrochimie etcharbon. 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 lemonopole sur la distribution du gaz.
En 1878, l'arrivée de l'électricité (lampe à arc etlampe à incandescence) sonne le glas du gaz dans ses applications degaz d'éclairage. L'industrie gazière qui se sont constitués en gros groupes énergétiques, se réoriente vers les autres applications dugaz combustible.
À partir de 1920 auxÉtats-Unis, et 1960 enEurope, legaz naturel remplace legaz manufacturé, dans la plupart de ses applications. Le gaz de houille sert encore comme combustible ensidérurgie. En France, la dernièreusine à gaz, celle deBelfort, enFranche-Comté, fermera en 1971.
Les premières utilisations modernes du gaz naturel se sont faites au Nord-Est des États-Unis vers 182] pour l'éclairage public[8].
Si lepétrole fait l'objet d'une exploitation et d'une utilisation industrielle poussées à partir des années 1850, le gaz naturel devra attendre les années 1950 pour susciter un intérêt mondial. Ses réserves et ressources voir sa production sont mal connues en dehors des États-Unis jusqu'à la fin des années 1960. Le gaz naturel est apparu longtemps comme une source d'énergie difficile à mettre en œuvre. Son commerce sous forme liquéfiée (Gaz naturel liquéfié, GNL) n'a commencé qu'en 1964 dans des volumes très modestes[9].
L'usage du gaz naturel se répand donc à travers le monde et supplante progressivement le gaz de houille. Toutefois il ne sera que très rarement utilisé à des fins d'éclairage, le gaz manufacturé ayant été détrôné à partir de 1880 par l'électricité.
Le gaz naturel nécessitera des aménagements particuliers de tout son réseau de distribution, appareils de chauffe et autres, méthode de stockage et de transport :canalisations,gazoducs,bateaux et portméthaniers.
En Europe, la découverte des premiers gisements enFrance et auxPays-Bas (Liste des champs de gaz (en)) ainsi que la mise au point de méthodes de transport longue distance permettent l'expansion du gaz naturel[10] :
On songe très rapidement à acheminer par bateau le gaz deHassi R'Mel dans leSahara.
Legaz naturel est toujours composé principalement deméthane et issu de la désagrégation d'anciens organismes vivants.
On distingue selon leur origine, leur composition et le type de réservoirs dans lesquels ils se trouvent :
L’ammoniac est relativement peu inflammable ; de plus, il forme avec l’air des mélangesexplosibles. Cependant, les données expérimentales font apparaître des particularités spécifiques à cette substance : sa LIE (18 % en vol dans l’air) et sa LSE (25 % en vol dans l’air) sont très proches, l’énergie nécessaire à l’initiation d’une explosion est élevée et la violence est moindre que celle de l’explosion des autres gaz combustibles. À ce titre, certains auteurs le considèrent comme étant « non combustible »[1]. Malgré cette considération, auXXIe siècle, l'ammoniac fait l'objet de nouvelles études pour des moteurs classiques sans émissions de CO2 ; il est particulièrement étudié pour le transport maritime[11],[12],[13],[14].
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