Karamö, le prof virtuelLeçon 15 sur 17
Un appareil au pétrole : la lampe à vapeur de pétrole
Je sais nommer les parties d'une lampe à vapeur de pétrole, expliquer pourquoi on vaporise le pétrole avant de le brûler, décrire les étapes de l'allumage et l'utiliser sans danger.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Nommer les parties d'une lampe à vapeur de pétrole et leur rôle
- Expliquer le rôle du préchauffage, de la pompe et du manchon
- Distinguer les transformations physiques et chimiques qui se produisent dans la lampe
- Comparer la lampe à vapeur et la lampe à mèche
- Connaître les règles de sécurité
Avant de commencer : Les leçons « Les changements d'état physique », « Étude générale des combustions dans l'air », « Les combustibles usuels » et « Un appareil au gaz butane : le briquet ».
1Je découvre
Dans un village de Haute-Guinée, près de Kouroussa, il n'y a pas encore d'électricité. Chaque soir, la famille d'Alpha s'éclaire avec une petite lampe à mèche : la flamme est jaune, elle fume un peu, et la lumière suffit à peine pour lire. Mais le jour du baptême de sa petite sœur, l'oncle d'Alpha apporte une grande lampe à pression. Il verse un peu d'alcool dans une coupelle sous la lampe, l'allume, attend, puis actionne une pompe. Il ouvre un petit robinet : dans le globe de verre, un petit sac blanc se met à briller d'une lumière blanche éblouissante, qui éclaire toute la cour.
Alpha est émerveillé : « C'est le même pétrole que dans notre petite lampe. Pourquoi celle-ci éclaire-t-elle tellement plus ? À quoi servent l'alcool, la pompe et ce petit sac blanc ? »
Comment fonctionne une lampe à vapeur de pétrole, et pourquoi éclaire-t-elle si bien ?
2Je comprends
1. Le combustible : le pétrole lampant
Le pétrole lampant (on dit souvent simplement « pétrole », ou kérosène) est un combustible liquide tiré du pétrole brut dans les raffineries. Comme le butane, il est formé de carbone et d'hydrogène : sa combustion complète donne du dioxyde de carbone et de l'eau.
pétrole + dioxygène → dioxyde de carbone + eau
Mais le pétrole liquide brûle mal : il se mélange difficilement à l'air, sa combustion est souvent incomplète, avec une flamme jaune et de la fumée noire. L'idée de la lampe à vapeur est de le transformer d'abord en vapeur, qui se mélange bien à l'air et brûle de façon beaucoup plus complète et plus chaude.
2. Les parties de la lampe
| Partie | Rôle |
|---|---|
| Réservoir | Il contient le pétrole lampant liquide. |
| Pompe à air | Elle envoie de l'air dans le réservoir pour mettre le pétrole sous pression. |
| Robinet (ou vis) de réglage | Il ouvre ou ferme l'arrivée du pétrole vers le haut de la lampe. |
| Tube de vaporisation | Tube métallique placé près de la flamme : le pétrole y est chauffé et se vaporise. |
| Gicleur | Petit trou par lequel la vapeur de pétrole sort en jet rapide. |
| Tube mélangeur | La vapeur y aspire de l'air et s'y mélange. |
| Manchon | Petit sac en tissu spécial, fixé sur le brûleur ; une fois chauffé, il devient incandescent et émet une lumière blanche intense. |
| Coupelle de préchauffage | On y fait brûler un peu d'alcool à brûler pour chauffer le tube de vaporisation au démarrage. |
| Globe en verre | Il protège la flamme et le manchon du vent. |
3. Le fonctionnement pas à pas
- 1Je remplis le réservoir de pétrole lampant, lampe froide et éteinte.
- 2Je fais brûler un peu d'alcool dans la coupelle pour chauffer le tube de vaporisation.
- 3Je pompe pour mettre le pétrole du réservoir sous pression.
- 4J'ouvre le robinet : le pétrole monte dans le tube chaud et se vaporise.
- 5La vapeur sort du gicleur, aspire de l'air et se mélange avec lui.
- 6Le mélange brûle autour du manchon, qui devient incandescent et éclaire.
- 7La chaleur de la flamme garde le tube chaud : la lampe fonctionne seule.
- 8Pour éteindre, je ferme le robinet : le pétrole n'arrive plus.
Pourquoi le préchauffage ? Au démarrage, le tube de vaporisation est froid : le pétrole y resterait liquide. L'alcool qui brûle dans la coupelle chauffe ce tube. Ensuite, c'est la flamme de la lampe elle-même qui maintient le tube chaud.
Pourquoi la pompe ? La pression de l'air pompé pousse le pétrole vers le haut, dans le tube chaud, et fait sortir la vapeur du gicleur en un jet rapide. Ce jet aspire l'air par les trous du tube mélangeur, ce qui assure un bon mélange avec le dioxygène. Quand la pression baisse, la lumière faiblit : il faut pomper de nouveau.
Pourquoi le manchon ? La flamme d'un mélange bien aéré est bleutée, très chaude, mais peu éclairante. Le manchon, chauffé à très haute température par cette flamme, devient incandescent : c'est lui qui émet la lumière blanche intense. À la première utilisation, le tissu du manchon brûle et il ne reste qu'une fine structure minérale, très fragile : il ne faut jamais la toucher.
4. Transformations physiques et chimiques dans la lampe
| Phénomène | Type de transformation |
|---|---|
| Le pétrole liquide devient vapeur dans le tube chaud | physique (vaporisation, changement d'état) |
| La vapeur de pétrole se mélange à l'air | physique (mélange) |
| Le mélange vapeur de pétrole et air brûle | chimique (combustion) |
| L'alcool brûle dans la coupelle | chimique (combustion) |
| Le manchon devient incandescent | physique (il est chauffé et brille, sans devenir une autre substance) |
On retrouve le triangle du feu : combustible = vapeur de pétrole ; comburant = dioxygène de l'air aspiré ; source de chaleur = la flamme d'allumage (allumette), puis la flamme elle-même. Pour éteindre, on ferme le robinet : on supprime le combustible.
Méthode
Pour expliquer le fonctionnement de la lampe à vapeur de pétrole :
- Je nomme le combustible et je dis dans quel état il est dans le réservoir (liquide) et quand il brûle (vapeur).
- J'explique comment on le vaporise (tube de vaporisation chauffé : préchauffage puis flamme).
- J'explique comment il se mélange à l'air (pression de la pompe, jet du gicleur, tube mélangeur).
- J'explique d'où vient la lumière (manchon incandescent).
- J'indique comment on éteint la lampe (fermer le robinet).
5. Lampe à vapeur ou lampe à mèche ?
Dans la lampe à mèche (lampe-tempête ou petite lampe artisanale), le pétrole monte dans la mèche, se vaporise près de la flamme et brûle. Mais l'air arrive mal jusqu'au centre de la flamme : la combustion est en partie incomplète.
- le pétrole monte par la mèche
- mauvais mélange avec l'air
- flamme jaune, fumée, suie
- lumière faible, venue de la flamme
- simple, pas de pompe ni de préchauffage
- le pétrole est poussé par la pression
- vapeur bien mélangée à l'air
- flamme bleutée, peu de fumée
- lumière blanche intense du manchon
- plus complexe, préchauffage et pompage
Exemple
Pourquoi la petite lampe à mèche d'Alpha noircit-elle le verre et le plafond de la case, alors que la lampe à pression de son oncle ne le fait presque pas ?
Dans la lampe à mèche, l'air se mélange mal à la vapeur de pétrole : la combustion est incomplète. Il se forme de la suie (carbone), qui noircit le verre et le plafond.
Dans la lampe à vapeur, la vapeur de pétrole est bien mélangée à l'air grâce au jet du gicleur et au tube mélangeur : la combustion est presque complète, il se forme surtout du dioxyde de carbone et de l'eau, et très peu de suie.
Exemple
Le réservoir d'une lampe à vapeur contient 1,2 L de pétrole. La lampe consomme 0,1 L de pétrole par heure. Combien de soirées de 4 heures peut-on éclairer avec un plein ? (Données prises pour l'exercice.)
Durée totale : 1,2 ÷ 0,1 = 12 heures.
Nombre de soirées : 12 ÷ 4 = 3 soirées.
6. Les règles de sécurité
- N'utiliser que du pétrole lampant, jamais d'essence : l'essence se vaporise très facilement et peut provoquer une explosion.
- Remplir le réservoir lampe éteinte et froide, loin de toute flamme, et essuyer le pétrole renversé.
- Bien préchauffer : si le tube n'est pas assez chaud, du pétrole liquide sort du gicleur et s'enflamme en grandes flammes jaunes dangereuses. Dans ce cas, on referme aussitôt le robinet.
- Ne pas pomper trop fort et ne jamais ouvrir le réservoir quand la lampe est allumée.
- Poser la lampe sur un support stable, loin des rideaux, des nattes et des toits de paille.
- Utiliser la lampe dans un lieu aéré : même bien réglée, elle consomme du dioxygène et peut produire du monoxyde de carbone si l'air manque.
- Ne pas toucher le globe ni le chapeau métallique, qui deviennent brûlants.
7. Réponses aux questions d'Alpha
La lampe à pression éclaire plus parce qu'elle vaporise le pétrole et le mélange bien à l'air : la combustion est plus complète et plus chaude. L'alcool sert à préchauffer le tube pour que le pétrole s'y vaporise. La pompe pousse le pétrole et fait jaillir la vapeur qui aspire l'air. Le petit sac blanc est le manchon, qui devient incandescent et donne la lumière blanche.
3Je retiens
Je retiens
La lampe à vapeur de pétrole brûle du pétrole lampant préalablement vaporisé et mélangé à l'air.
Parties : réservoir, pompe, robinet de réglage, tube de vaporisation, gicleur, tube mélangeur, manchon, coupelle de préchauffage, globe.
Préchauffage (alcool) : chauffer le tube pour vaporiser le pétrole. Pompe : mettre le pétrole sous pression. Manchon : devient incandescent et donne une lumière blanche.
Vaporisation et mélange : transformations physiques. Combustion : transformation chimique : pétrole + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
On éteint en fermant le robinet (on supprime le combustible).
Plus complète que dans la lampe à mèche, la combustion donne plus de lumière et moins de suie.
Jamais d'essence ; remplir lampe froide ; bien préchauffer ; lieu aéré.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la lumière de la lampe à vapeur vient de la flamme : elle vient surtout du manchon incandescent.
- Penser que c'est le pétrole liquide qui brûle : dans cette lampe, c'est la vapeur de pétrole mélangée à l'air.
- Oublier le préchauffage ou le bâcler : le pétrole sort liquide et s'enflamme en grandes flammes dangereuses.
- Remplacer le pétrole par de l'essence parce qu'elle « brûle mieux » : c'est un grave danger d'explosion.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne le rôle de chacune de ces parties : a) la pompe ; b) le tube de vaporisation ; c) le manchon ; d) la coupelle de préchauffage ; e) le robinet de réglage.
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a) La pompe met le pétrole du réservoir sous pression pour le pousser vers le tube de vaporisation et faire jaillir la vapeur.
b) Le tube de vaporisation, chauffé, transforme le pétrole liquide en vapeur.
c) Le manchon, chauffé par la flamme, devient incandescent et émet une lumière blanche intense.
d) La coupelle reçoit l'alcool qui, en brûlant, préchauffe le tube de vaporisation au démarrage.
e) Le robinet ouvre ou ferme l'arrivée du pétrole ; on le ferme pour éteindre la lampe.
2Exercice 2
Recopie et complète : « Dans la lampe à vapeur, le pétrole passe de l'état … à l'état … dans le tube chaud : c'est une transformation …. La vapeur se mélange à l'… puis brûle : c'est une transformation …. »
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« Dans la lampe à vapeur, le pétrole passe de l'état liquide à l'état gazeux (vapeur) dans le tube chaud : c'est une transformation physique. La vapeur se mélange à l'air puis brûle : c'est une transformation chimique. »
3Exercice 3
Remets dans l'ordre les étapes de l'allumage : A) ouvrir le robinet ; B) remplir le réservoir, lampe froide ; C) pomper ; D) faire brûler l'alcool dans la coupelle.
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B, D, C, A : remplir le réservoir lampe froide ; préchauffer avec l'alcool ; pomper ; ouvrir le robinet (et allumer si besoin).
4Exercice 4
Le réservoir d'une lampe à vapeur contient 1,5 L de pétrole. La lampe consomme 0,125 L par heure. (Données prises pour l'exercice.)
a) Pendant combien d'heures peut-elle éclairer avec un plein ?
b) Combien de soirées de 3 heures cela représente-t-il ?
c) Supposons que le litre de pétrole coûte 12 000 GNF (prix pris pour l'exercice). Combien coûte une heure d'éclairage ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 1,5 ÷ 0,125 = 12 heures.
b) 12 ÷ 3 = 4 soirées.
c) Une heure consomme 0,125 L, soit 0,125 × 12 000 = 1 500 GNF par heure.
5Exercice 5
Kadiatou compare la lampe à mèche de sa grand-mère et la lampe à vapeur de pétrole de l'école du village.
a) Laquelle donne une flamme jaune et fumeuse ? Pourquoi ?
b) Écris le bilan de la combustion complète du pétrole.
c) Explique pourquoi la lampe à vapeur éclaire mieux.
d) Un jour, en allumant la lampe à vapeur sans attendre assez après le préchauffage, le surveillant voit de grandes flammes jaunes jaillir. Explique ce qui s'est passé et ce qu'il doit faire.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) La lampe à mèche. L'air se mélange mal à la vapeur de pétrole au centre de la flamme : la combustion est incomplète et produit de la suie, qui rend la flamme jaune et fumeuse.
b) pétrole + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
c) Dans la lampe à vapeur, le pétrole est vaporisé et bien mélangé à l'air : la combustion est plus complète et plus chaude. Cette flamme très chaude porte le manchon à l'incandescence, et c'est le manchon qui donne une lumière blanche intense.
d) Le tube de vaporisation n'était pas assez chaud : le pétrole est sorti liquide du gicleur et a brûlé en grandes flammes jaunes. Il doit refermer immédiatement le robinet, laisser les flammes s'éteindre, puis recommencer le préchauffage correctement.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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