Où va la cire ou la paraffine lorsqu’une bougie brûle ?

Que ce soit pour décorer un gâteau d’anniversaire ou pour produire de la lumière lors d’une panne d’électricité, les bougies font toujours partie de nos vies. Ces bâtonnets de paraffine à mèche ont la particularité de se consumer au fil du temps jusqu’à ce qu’il ne reste plus assez de mèche pour entretenir la flamme ou jusqu’à ce que la quasi-totalité de la cire ait été consommée. Ce simple constat soulève plusieurs questions :

• Que devient la cire de bougie ?
• Pourquoi la bougie brûle-t-elle jusqu’à ce qu’elle disparaisse ?
• Où va la cire de bougie ?

Pour répondre à ces questions, nous devons d’abord comprendre de quoi sont faites les bougies, c’est-à-dire ce qu’est réellement la cire de bougie. Plus tard, nous parlerons de la série de processus, à la fois physiques et chimiques, qui se produisent lorsque nous allumons et brûlons une bougie.

Qu’est-ce que la cire de bougie ?

Quiconque a acheté des bougies aura remarqué que toutes les bougies ne sont pas créées égales. Ce n’est pas seulement qu’ils ont des couleurs différentes, comme cela est généralement obtenu en ajoutant des colorants, mais plutôt qu’ils ont des propriétés physiques et chimiques différentes. Certaines cires sont plus dures que d’autres, certaines sont plus translucides et d’autres plus opaques, et certaines sont encore plus grasses au toucher que d’autres. En effet, toutes les voiles ne sont pas fabriquées exactement dans le même matériau.

Pour commencer, il existe des bougies fabriquées à partir de cires naturelles telles que le suif et la cire d’abeille, tandis que d’autres sont fabriquées à partir de cires raffinées dérivées du pétrole. Dans les deux cas, l’un des composants principaux est constitué d’une ou plusieurs paraffines solides.

bougies à la paraffine

Le terme paraffine est un ancien nom sous lequel étaient connus les alcanes, c’est-à-dire la famille des hydrocarbures saturés.

Les paraffines présentes dans la cire de bougie sont toujours des hydrocarbures à très longue chaîne (avec 30 atomes de carbone ou plus), presque toujours linéaires (c’est-à-dire non ramifiés). Par exemple, une paraffine présente à la fois dans les cires naturelles et les cires dérivées du pétrole est l’alcane à 31 carbones appelé hentriacontane, de formule moléculaire C ₃₁ H ₆₄ .

Bougies en cire naturelle

D’autre part, les cires naturelles, telles que la cire d’abeille ou le suif animal, en plus des paraffines, contiennent également un mélange complexe d’autres composés organiques à longue chaîne tels que des esters d’acides gras et même des alcools à plus de 20 carbones.

Un exemple d’un de ces composés qui est présent dans la cire d’abeille est l’hexadécanoate de triacontyle ester, dont la formule moléculaire est C ₄₆ H ₉₂ O ₂ . Cet ester est formé par la réaction de condensation (ou d’estérification) entre l’acide hexadécanoïque (un acide gras de formule CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) et l’alcool triacontylique (un alcool linéaire à 30 atomes de carbone de formule CH ₃ (CH ₂ ) _29OH ).

Dans le cas du suif animal, il contient généralement de grandes quantités d’esters d’acide palmitique et stéarique. Cependant, la composition particulière de la cire varie fortement d’une espèce animale à l’autre.

Que se passe-t-il lorsque nous allumons une bougie ?

Maintenant que nous comprenons ce qu’est la cire, nous sommes mieux préparés à comprendre ce qui arrive à ces substances lorsque nous allumons une bougie. Tout d’abord, nous devons accepter le fait que tout ce qui arrive doit respecter la loi de conservation de la matière. En d’autres termes, le fait que nous observions que la cire est consommée ne signifie pas que les atomes et les molécules qui la composent disparaissent, mais qu’ils se transforment en quelque chose que nous ne pouvons pas voir à l’œil nu.

De manière générale, on peut dire qu’en allumant la mèche, la chaleur du feu que nous appliquons avec la flamme produit les changements suivants :

• Les changements de phase se produisent lorsque la cire passe d’un solide à un liquide, puis à un gaz.
• Des réactions de combustion complètes et incomplètes se produisent en fonction de la composition de la cire et des conditions dans lesquelles la combustion a lieu.

Ensuite, chacun de ces processus sera décrit en détail afin de comprendre où va la cire ou la paraffine dans la bougie lorsque nous la brûlons.

changements de phase

Lorsque nous allumons une bougie, la première chose qui se passe est que le matériau de la mèche commence à brûler et cette chaleur, associée à la chaleur de la flamme avec laquelle nous l’allumons, fait fondre la cire solide. Nous pouvons facilement le vérifier car une petite flaque de cire fondue se forme au sommet de la bougie peu de temps après l’avoir allumée.

La cire liquide imbibe alors la mèche et remonte, par effet de capillarité, en se rapprochant de la flamme qui est produite par la combustion de la mèche. En remontant et en s’approchant de la flamme, il s’échauffe suffisamment pour subir un second changement de phase, passant d’un état liquide à un état gazeux.

réactions de combustion complètes

Une fois à l’état gazeux, les différentes substances qui composent la cire réagissent avec l’oxygène de l’air par une réaction de combustion. Si la température est suffisamment élevée et si l’apport d’oxygène est suffisamment élevé, la réaction qui se produit est une combustion complète dans laquelle le composé est complètement oxydé en dioxyde de carbone et en eau.

Chaque composant de la cire de bougie a sa propre réaction de combustion particulière. Cependant, comme la paraffine est constituée d’hydrocarbures saturés, qui ont tous la même formule générale (C _n H _2n+2 ), on peut écrire une équation générique pour la réaction de combustion des différents composants des bougies de paraffine :

où n représente le nombre d’atomes de carbone dans la paraffine ou l’alcane. L’équation chimique suivante représente un exemple d’une de ces réactions de combustion complète, en particulier celle de la paraffine majeure présente dans la cire d’abeille et dans de nombreuses paraffines raffinées, l’hentriacontane.

C’est le type de réactions chimiques qui se produisent avec les différents composants de la paraffine ou de la cire de bougie lorsque nous voyons que la flamme brûle intensément, produisant une lumière presque blanche et sans produire aucun type de fumée. C’est particulièrement courant dans le cas des veras fabriqués à partir de paraffines raffinées, car celles-ci ne contiennent pas d’autres composants qui brûlent moins facilement.

réactions de combustion incomplètes

Lorsque la quantité d’oxygène dans l’air est limitée, il peut arriver que la combustion des paraffines et autres composants de la cire de bougie ne soit pas complète. Contrairement à la combustion complète, qui en est une, les réactions de combustion incomplète peuvent varier en fonction de la disponibilité en oxygène.

Dans certains cas, au lieu de produire du dioxyde de carbone, qui est le produit le plus oxydé possible pour les hydrocarbures et les composés organiques oxygénés, du monoxyde de carbone (CO) est produit. La réaction correspondant à la même paraffine ci-dessus est :

Visuellement, il n’est pas possible de faire la distinction entre cette combustion partielle et la combustion complète. Ainsi, les deux pourraient se produire en même temps et nous ne le remarquerions pas, car le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone sont des gaz incolores et l’eau qui est produite dans les deux cas est à l’état gazeux, nous ne pouvons donc pas le voir non plus. En fait, à moins que la paraffine ne soit brûlée dans une atmosphère très riche en oxygène, il est courant que les deux réactions se produisent en même temps.

Cependant, il existe une autre réaction de combustion incomplète que nous pouvons voir à l’œil nu. C’est celui où la fumée est produite. Entre autres choses, la fumée contient du carbone sous forme de graphite. On peut voir de la fumée car elle est composée de très petites particules solides. Ce n’est pas du tout un gaz. Pour cette raison, lorsque nous pouvons voir un fin filet de fumée noire s’échapper du bout de la flamme, nous pouvons être sûrs qu’une combustion incomplète est en cours.

Même dans les cas où un flux de fumée ne peut pas être clairement vu, une combustion incomplète se manifeste clairement par des taches noires sur la surface de tout objet placé au-dessus de la flamme.

conclusion

À ce stade, nous pouvons déjà répondre à la question de savoir où va la cire lorsqu’une bougie brûle. Une fois la combustion entamée, la paraffine et les autres composants de la cire brûlent avec l’oxygène de l’air pour se transformer en dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, carbone ou autres produits de combustion incomplète, ainsi qu’en vapeur d’eau. Les deux premiers produits, comme la vapeur d’eau, sont des gaz et se dispersent dans l’atmosphère.

D’autre part, la partie de la cire de bougie qui se transforme en carbone élémentaire ou en un autre produit solide de combustion incomplète monte initialement, portée par les courants d’air chaud provenant de la flamme, mais lorsqu’elle se refroidit, elle finit par tomber et se déposant sur la première surface qu’ils rencontrent, puisque tous ces produits sont beaucoup plus denses que l’air.

Il convient de noter qu’une partie de la paraffine peut également être perdue sous forme de vapeur qui ne subit aucune réaction de combustion et, lorsqu’elle est refroidie, cette vapeur se condense rapidement, se déposant également sur toute surface qu’elle trouve. Ceci est particulièrement visible au moment où la flamme s’éteint.

Juste après l’arrêt de la réaction de combustion, la chaleur qui en reste continue à évaporer une partie de la paraffine, qui monte sous forme de vapeur et se condense rapidement pour produire une légère brume blanche visible à l’œil nu. Ce petit jet de paraffine peut être facilement allumé avec une allumette ou un briquet à quelques centimètres au-dessus de la mèche, et la flamme se déplacera vers le bas pour rallumer la bougie, comme par magie.

Les références

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Parra, S. (2017, 8 mars). Où finit toute la cire d’une bougie allumée ? Sciences Xataka. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde