Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Sous le capot : la chimie des voitures - Cynthia Chubbuck

Traducteur: Paul Collins Relecteur: Elisabeth Buffard

There are over one billion cars in the world today,

Il y a plus d'un milliard de voitures dans le monde aujourd'hui,

getting people where they need to go,

qui amènent les gens là où ils doivent se rendre,

but cars aren't just a mode of transportation,

mais les voitures ne sont pas qu'un moyen de transport,

they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

elles sont aussi une bonne occasion pour une leçon de chimie.

The process of starting your car begins in the engine cylinders,

Le processus de démarrage commence dans les cylindres du moteur,

where a spritz of gasoline from the fuel injector

où un petit jet d'essence de l'injecteur

and a gulp of air from the intake valve

et une aspiration d'air de la soupape

mix together before being ignited by a spark,

se rencontrent avant qu'une étincelle ne leur fasse prendre feu,

forming gases that expand and push the piston.

créant des gaz qui se dilatent et poussent le piston.

But combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat.

Mais la combustion est une réaction exothermique et dégage donc de la chaleur.

Lots of it.

Beaucoup de chaleur.

And while much of this heat escapes through the tail pipe,

La plupart de cette chaleur s'échappe par le pot mais

the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated

la chaleur restée dans le bloc-moteur doit être absorbée, transportée et dissipée

to protect the metal components from deforming or even melting.

pour empêcher les composants en métal d'être déformés ou même de fondre.

This is where the cooling system comes in.

C'est là qu'entre en jeu le système de refroidissement.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Un liquide circule dans le moteur,

but what kind of liquid can absorb all that heat?

mais quel genre de liquide peut bien absorber toute cette chaleur ?

Water may seem like an obvious first choice.

L'eau serait un bon candidat.

After all, its specific heat,

Après tout, sa capacité thermique,

the amount of energy required to raise the temperature

la quantité d'énergie requise pour augmenter la température

of a given amount by one degree Celsius,

d'une quantité donnée d'1°C,

is higher than that of any other common substance.

est supérieure à celle de toute autre substance commune.

And we have a lot of heat energy to absorb.

Et nous avons beaucoup d'énergie à absorber.

But using water can get us into deep trouble.

Mais l'eau peut nous causer de graves problèmes.

For one thing, its freezing point is zero degrees Celsius.

Déjà, son point de congélation est 0°C.

Since water expands as it freezes,

Vu que l'eau se dilate à mesure qu'elle gèle,

a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block,

une froide nuit d'hiver pourrait fendre le radiateur et endommager le bloc-moteur,

a chilling prospect.

ça fait froid dans le dos.

And considering how hot car engines can get,

Et vu comme les moteurs peuvent être chauds,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

le point d'ébullition relativement bas de 100°C peut provoquer

can lead to a situation that would get anyone steamed.

une situation qui ferait bouillir de rage n'importe qui.

So, instead of water, we use a solution,

Alors, au lieu d'eau, nous avons recours à une solution,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

un mélange homogène qui consiste en un soluté et un solvant.

Some of the solution's properties will differ depending on the proportion of solute present.

Certaines propriétés de la solution différeront selon la proportion de soluté.

These are called colligative properties, and as luck would have it,

On les appelle propriétés colligatives, et par chance, elles comprennent

they include freezing point depression and boiling point elevation.

la baisse du point de congélation et la hausse du point d'ébullition.

So, solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent,

Les points de congélation et d'ébullition sont alors chacun plus bas et plus haut

and the more solute is present, the bigger the difference.

qu'avec un solvant pur. Plus on a de soluté, plus la différence augmente.

So, why do these properties change?

Pourquoi ces propriétés changent-elles ?

First of all, we need to understand that temperature is a measure

Tout d'abord, il faut savoir que la température est une mesure

of the particle's average kinetic energy.

de l'énergie cinétique moyenne d'une particule.

The colder the liquid, the less of this energy there is,

Plus le liquide est froid, moins on a de cette énergie,

and the slower the molecules move.

et plus les molécules bougent lentement.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Quand un liquide gèle, les molécules ralentissent,

enough for their attractive forces to act on each other,

assez pour que chacune gravite autour de l'autre,

arranging themselves into a crystal structure.

se façonnant en une structure de cristal.

But the presence of solute particles gets in the way of these attractions,

Mais la présence de particules de soluté empêche ces gravitations,

requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

la solution doit être refroidie plus encore pour que le façonnage ait lieu.

As for the boiling point, when a liquid boils,

Quant au point d'ébullition, quand un liquide bout,

it produces bubbles filled with its vapor,

il produit des bulles remplies de sa vapeur,

but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong

mais pour qu'une bulle arrive, la pression de la vapeur doit être aussi forte

as the atmosphere constantly pushing down on the surface of the liquid.

que l'atmosphère poussant constamment sur la surface du liquide.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

En chauffant le liquide, la pression de la vapeur réduit,

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

et quand elle devient égale à la pression atmosphérique,

the bubbles form and boiling occurs.

des bulles se forment et l'ébullition a lieu.

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent,

La pression de la vapeur d'une solution est moindre que celle

so it must be heated to an even higher temperature

d'un solvant pur et doit être chauffée à une température supérieure

before it can match the strength of the atmosphere.

avant de pouvoir égaler la force l'atmosphère.

As an added bonus, the pressure in the radiator

En bonus, la pression dans le radiateur est maintenue

is kept above atmospheric pressure,

au-dessus de la pression atmosphérique,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

élevant le point d'ébullition de 25°C supplémentaires.

The solution commonly used for a car's cooling system

La solution souvent utilisée dans le système de refroidissement

is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water,

d'une voiture est un mélange 50/50 d'éthylène glycol et d'eau,

which freezes at -37 degrees Celsius and boils at 106 degrees Celsius.

qui gèle par -37°C et bout par 106°C.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Dans la proportion la plus recommandée de 70 pour 30,

the freezing point is even lower at -55 degrees Celsius,

le point de congélation est plus bas encore à -55°C,

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

et le point d'ébullition s'élève à 113°C.

As you can see, the more ethylene glycol you add,

Comme vous voyez, plus vous ajoutez d'éthylène glycol,

the more protection you get, so why not go even higher?

plus vous serez protégé, alors pourquoi ne pas en mettre plus ?

Well, it turns out you can have too much of a good thing

Il se trouve que vous pouvez avoir trop d'une bonne chose

because at higher proportions,

car dans des proportions plus grandes,

the freezing point actually starts to go back up.

le point de congélation commence en fait à remonter.

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol,

Les propriétés de la solution approchent celle de l'éthylène glycol,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

qui gèle par -12,9°C,

a higher temperature than we attained with the solution.

une température plus élevée que celle obtenue avec la solution.

The solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

La solution coule à travers le moteur, absorbant la chaleur au passage.

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan,

Arrivée au radiateur, elle est refroidie par un aérateur,

as well as air rushing through the front of the car

ainsi que de l'air précipité par l'avant de la voiture

before returning to the hot engine compartment.

avant de retourner au compartiment du moteur chaud.

So, an effective and safe engine coolant

Un liquide de refroidissement bon et sûr

must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point.

doit avoir une capacité thermique élevée, un point de congélation bas et un point

But instead of searching all over the world for the perfect liquid to solve our problem,

d'ébullition élevé. Mais au lieu de parcourir le monde en quête du liquide

we can create our own solution.

parfait, nous pouvons créer notre propre solution.