Combustible fossile et sonde CO2 (nouveau programme 2nde)

Extraits du programme de Seconde 2010
Connaissances Capacités et attitudes
Thème 2 :
L’utilisation de combustible fossile restitue rapidement à l’atmosphère du dioxyde de carbone prélevé lentement et piégé depuis longtemps. Brûler un combustible fossile, c’est en réalité utiliser une énergie solaire du passé. L’augmentation rapide, d’origine humaine de la concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère interfère avec le cycle naturel du carbone.
[Limites. Les conséquences climatiques de la variation du dioxyde de carbone atmosphérique ne seront qu’évoquées en seconde et seront étudiées ultérieurement.]
Manipuler, modéliser, extraire et exploiter des informations pour repérer dans une archive géologique simple les indices d’une variation d’origine humaine de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique.

Représenter un cycle du carbone simplifié mais quantifié pour comprendre en quoi l’utilisation des combustibles fossiles constitue un enjeu planétaire.
Matériel par paillasse
  • Grand cristallisoir 1L ou plus (permet une combustion complète, O2 en quantité suffisante)
  • Un couvercle : à fabriquer avec de la mousse pour emballage ( y percer les trous de passage pour les deux sondes)
  • Sonde CO2 air (infrarouge) Cette sonde sature moins vite que la sonde air/eau
  • Sonde Température
  • Grille métallique aux coins repliés (pour éviter le contact direct avec le verre)
  • Charbon incandescent

Le montage :

Au laboratoire, à préparer juste avant la manipulation

Placer un petit morceau de charbon (<0, 5 à 1cm d’épaisseur) sur une grille métallique , après l’avoir chauffer au bec bunsen ou avec un décapeur thermique au laboratoire de manière à avoir un morceau incandescent.

Protocole simplifié
  • Placer la grille métallique dans le cristallisoir et fermer l’enceinte
  • Placer la sonde à CO2 et la sonde thermique
  • Paramétrer le logiciel EXAO pour avoir une durée de 10min
  • Lancer l’acquisition
  • Au bout d’une min, ouvrir l’enceinte et placer les braises sur la grille avec une pince métallique et fermer l’enceinte.
Précautions
  • La sonde CO2 air est nécessaire : une sonde Air / Eau sature rapidement quand la concentration de CO2 augmente
  • Scotcher la sonde CO2 à mi-hauteur dans le récipient en gardant à l’esprit que, le milieu n’étant pas agité, le CO2 est lourd et aura donc tendance a s’accumuler au fond
  • Un récipient de volume suffisant est nécessaire : Il faut éviter de consommer tous l’O2 afin que la combustion ne s’arrête pas.
  • Attention à l’élévation de température : la sonde CO2 est fragile ( et couteuse). Il faut veiller à éloigner la sonde CO2 du charbon incandescent. (C’est aussi vrai des élèves !)
Un exemple de résultat

Copie d’écran matériel Jeulin

L’introduction du charbon incandescent a été faite à 1min30

Critiques et améliorations

L’élévation de température pourrait être interprétée comme étant la cause de l’élévation de concentration en CO2 : un témoin à réaliser en augmentant la température sans combustion... ?

Un essai avec de l’eau placée au fond du becher afin de refroidir l’enceinte ne s’est pas révélé concluant. Il est pourtant intéressant de mesurer également le CO2 dans l’eau (cycle du C)

(La sonde CO2 air est attachée avec un ruban adhésif sur la paroi du becher. Une sonde CO2 air/eau est de l’autre côté, la tête de sonde dans l’eau)

Philippe Lejamble

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