Gaz butane : composition, combustion, stockage

Le butane est un GPL, c'est à dire un dérivé du raffinage du pétrole brut ou du traitement du gaz naturel. A l'état naturel, le butane est gazeux. C'est en le soumettant à une faible pression qu'il devient liquide. Cela permet de réduire son volume et de le transporter facilement, notamment en bouteille. Beaucoup utilisé par les particuliers notamment pour la cuisine, le butane est aussi très répandu dans le secteur industriel. Caractéristiques du butane et comment l'utiliser.

Quelles sont les propriétés physiques du gaz butane ?

Le butane est un Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), comme le gaz propane. C'est ce qu'on appelle aussi un hydrocarbure car il est composé de carbone et d'hydrogène.

Le butane est principalement composé de molécules de butane mais également d'autres composés en très petites quantités. A l'état naturel, dans un environnement où la température est ambiante et au travers de la pression atmosphérique, le butane est à l'état de gaz. Lorsqu'il est soumis à une pression (de 1,7 bara) ou à un refroidissement, il se liquéfie, c'est de cette façon qu'il est transporté.

Quelle est la masse volumique butane ?

Le butane n'est pas soluble dans l'eau, mais il l'est dans l'alcool et l'éther. Le point d'ébullition du butane est à 0°C et la masse volumique du butane liquide dépend de la température dans lequel le butane se trouve.

Cette caractéristique physique permet un stockage efficace à moindre coût. Le butane est un gaz hautement inflammable en présence d'oxygène. La température maximale de flamme du butane possiblement obtenue par la combustion du butane est de 1970°C.

Quelle est la composition du butane ?

La formule du butane est C₄H₁₀, cela signifie que la molécule de butane est composée de 4 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène. Il fait partie de la famille des alcanes et se distingue du propane (C₃H₈) par une composition moléculaire légèrement différente.

Toutefois, comme le propane, le butane a pour caractéristique d'être gazeux à pression atmosphérique et à température ambiante, mais de se liquéfier à une pression relativement faible (1,7 bara). Le butane peut prendre la forme de deux isomères :

1. Le n-butane (ou butane) ;
2. Le 2-méthylpropane (ou isobutane).

Comprendre le phénomène de combustion du butane

Le butane brûle en présence d'oxygène, la combustion complète du butane entraîne donc la formation de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. Lorsque la combustion du butane est incomplète en raison d'une présence insuffisante d'oxygène, cela créé également du carbone ou du monoxyde de carbone.

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) du butane est de 13,7 kWh par kg, légèrement inférieur à celui du propane. Son pouvoir comburivore est en revanche plus élevé : 29,5 m3/m3.

Utilisation et stockage du gaz butane

Règles de stockage du butane

Lorsque la température descend en-dessous de 0°C, on passe d'un butane liquide à un butane gel. 0°C correspond à la température d'ébullition du butane. C'est pour cette raison que les bouteilles de gaz butane doivent être stockées en intérieur lorsque les températures extérieures sont froides.

Mais contrairement au propane, le butane peut être stocké à l'intérieur d'un logement ou d'un local, sans risque, tant que les règles de ventilation sont respectées (c'est l'une des principales différences entre butane et propane). A noter toutefois qu'il est interdit d'entreproser une bouteille de butane dans un sous-sol.

Sous quelles formes est utilisé le gaz butane ?

Le butane se présente sous plusieurs formes afin d'être utilisé facilement par les particuliers comme les professionnels. Sa forme la plus connue est la bouteille de gaz mais le butane est aussi utilisé dans la confection de carburant GPL par exemple.

On dénombre plus de 1 000 applications différentes pour les GPL (butane ou propane), ce qui en fait l'une des énergies les plus polyvalentes.

La bouteille de gaz butane pour les particuliers et professionnels

Le butane est essentiellement vendu en bouteille, utilisé comme combustible d'appoint pour des usages résidentiels (cuisson, barbecue et plancha, chauffage d'appoint) mais aussi parfois par des professionnels, dans l'agriculture ou l'industrie principalement. Les bouteilles de gaz butane sont également populaires comme matériel de cuisson voire de chauffe-eau pour le camping.

Le butane utilisé comme carburant GPL pour les véhicules

Mélangé au propane et à d'autres hydrocarbures, le butane constitue l'un des éléments du carburant GPL (GPLc). Si ce carburant est encore peu courant en France par rapport à certains de ses voisins Européens, cela pourrait évoluer dans le cadre de la transition énergétique.

En effet, étant moins polluant que l'essence, la taxation différenciée devrait le rendre de plus en plus compétitif. Il faudra en parallèle renforcer le maillage des stations GPL sur le territoire. Quelques chiffres sur le GPL en France :

• 1 650 stations GPL soit 1 station/7 ;
• 200 000 véhicules GPL ;
• 400km d'autonomie GPL en moyenne (+ autonomie du réservoir d'essence) ;
• 25€ en moyenne les 35 litres.

L’utilisation du butane dans la pétrochimie

La pétrochimie est le principal utilisateur de butane en tant que matière première. Le butane trouve ainsi des usages industriels pour la synthèse de l'éthylène, du propylène, du butadiène, de l'anhydride maléique, d'acide acétique et de chlorobutane.

Les autres applications du butane : briquets, sprays et réfrigérateurs

Le butane est également utilisé comme combustible dans les briquets, ou encore comme propulseur dans les sprays aérosols comme les déodorants ou laques. Enfin, des formes très pures du butane peuvent être utilisées comme gaz réfrigérant. Leurs propriétés induisant une absence d'impact sur la couche d'ozone leur a permis de s'imposer dans les réfrigérateurs et congélateurs.

Il remplace notamment le gaz fréon, dont l'utilisation comme réfrigérant est passée de quasi systématique à anecdotique depuis que les scientifiques ont tiré la sonnette d'alarme. Ses composants, au contact des rayons UV du soleil, se dissocient en éléments plus simples comme le chlore et le fluor. Or ces gaz à effet de serre sont connus pour attaquer la couche d'ozone et participer au réchauffement climatique.

Qu'est-ce-que le biobutane ?

Le biobutane fait petit à petit son apparition sur le marché des GPL. Une molécule de biobutane est identique à une molécule de butane, elle a donc les mêmes propriétés physiques. Ce qui change c'est la façon dont est produit le gaz.

Le biobutane est issu de matières organiques (biomasse), il s'agit donc d'une énergie renouvelable dans sa production. Le butane classique est produit soit à partir de champs gaziers (comme le gaz naturel) soit via le raffinage du pétrole.

Aujourd'hui, on retrouve du biobutane dans la bouteille de gaz Viséo de Butagaz par exemple. Chacune de ces bouteilles contient au moins 20% de biobutane, d'origine française.

Le biobutane est encore peu répandu face au biopropane. Le biopropane est déjà commercialisé en bouteille et surtout en citernes. Primagaz a été le pionnier sur ce sujet mais n'est aujourd'hui plus le seul à proposer du biopropane.

Comment est produit le gaz butane ?

Il y a plusieurs moyens d'obtenir du butane. Il provient à 60% de l'extraction des gaz de champs et à 40% du raffinage du pétrole brut.

Le butane issu des champs gaziers

Lors du processus d'extraction du gaz naturel et du pétrole du sous-sol, cela entraîne aussi l'extraction de différents gaz et liquides dont 5% de GPL. Le butane ne représente pourtant qu'une faible partie du gaz piégé dans les gisements, puisque les réserves naturelles sont composées à 90% de méthane (CH₄), à 5% de propane et à 5% d'autres gaz dont le butane. La majeure partie des champs de gaz naturel, et donc de butane, a d'ailleurs été découverte à la suite de prospections sur l'or noir.

Le butane issu du raffinage du pétrole brut

Pour répondre à la demande des consommateurs en hydrocarbures spécifiques, il est nécessaire de raffiner le pétrole brut. Le raffinage se décompose en 3 étapes :

1. La distillation atmosphérique : séparation des molécules lourdes et légères, à la suite d'une évaporation du pétrole ;
2. La phase d'amélioration : les normes de l'UE imposent en effet de se débarrasser des molécules extrêmement polluantes issues de la séparation des molécules lourdes et légères, comme le souffre ;
3. L'augmentation de l'indice d'octane afin d'améliorer la résistance à l'auto-inflammation.

Comment le butane est-il acheminé ?

Lors de la liquéfaction du gaz naturel, le gaz naturel est fractionné pour séparer le butane des autres gaz comme le propane ou l'éthane. Plus précisément, le gaz naturel extrait d'un gisement est acheminé par gazoducs jusqu'à une usine de traitement où il est déshydraté par la technique des points de rosée : abaissement de température au maximum, tout en empêchant la formation de l'eau par saturation.

Les hydrocarbures C₂ à C₄, dont fait partie le butane (C₄H₁₀), sont alors extraits sous le nom de Gaz de Pétrole Liquéfié. Le butane est ensuite acheminé en deux étapes :

1. Transport massif ou primaire : le butane est transporté depuis les raffineries jusqu'à des relais vrac ou centres remplisseurs (environ 60 en France) par pipeline (à 20%), wagons (à 30%) ou véhicules citernes (à 50%) ;
2. Transport terminal ou secondaire : le butane est acheminé vers les dépôts de distributeurs régionaux sous forme de bouteille via des véhicules porte-bouteilles qui eux-mêmes fournissent les revendeurs de bouteilles de gaz.

Une intoxication au gaz butane est-elle possible ?

Le butane, comme le propane, n'est pas toxique pour l'homme mais peut engendrer des risques pour la santé. En effet, dans une pièce le butane chasse l'oxygène de l'air ambiant et du fait qu'il soit plus lourd peut causer une asphyxie ou de la fibrillation ventriculaire.

Cela se produit lorsqu'une bouteille de gaz est stockée dans une pièce en contrebas comme une cave ou un sous-sol par exemple. D'autre part, le butane est naturellement inodore mais afin de détecter une éventuelle fuite de gaz, un additif est incorporé au butane pour lui donner cette odeur particulière.

Le butane est un gaz extrêmement inflammable, c'est pourquoi il faut veiller à respecter les consignes de sécurité pour l'utilisation d'une bouteille de butane. Les risques liés à la manipulation du butane sont les suivants :

1. Brûlure par le froid dans le cas d'un contact de la peau avec le butane liquide ;
2. Somnolence, vertiges voire nausées et perte de conscience lors d'une inhalation de vapeurs ;
3. Incendie ou explosion lors d'une trop grande pression gaz butane.