COMBUSTION
La déflagration
Flamme d'un bec Bunsen
Encyclopædia Universalis France
C'est la flamme la plus courante, telle la flamme du réchaud à gaz, du bois, de la bougie. Celle du bec Bunsen est constituée de deux parties bien distinctes : le cône et le panache. Ces deux parties sont séparables. La flamme proprement dite, où se produit le plus gros de la combustion, est le cône. Comme cette combustion n'est pas complète, le mélange des gaz de combustion chauds avec l'air secondaire est à l'origine d'une deuxième flamme, à géométrie moins bien définie, ou panache. Il est facile de constater la présence d'hydrogène et d'oxyde de carbone à la sortie du cône, en effectuant une analyse.
À l'intérieur du cône le mélange combustible ne fait que s'échauffer, tandis que la combustion s'effectue uniquement au voisinage de la surface, à l'endroit où a lieu une émission lumineuse intense. L'épaisseur de cette zone est très faible, de l'ordre de un millième de millimètre. Les gaz ne séjournent donc que peu de temps dans la flamme (environ 10-7 s).
Flammes mobiles
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Un autre type de flamme, sensiblement hémisphérique, se propage dans un tube rempli par un mélange inflammable. On obtient une flamme plate et flottante, au moyen d'un brûleur spécial à plusieurs canaux, la pression ambiante étant extrêmement faible.
La flamme « théorique » est plate, elle aussi. On exagère généralement son épaisseur pour montrer que la réaction de combustion se produit dans un volume bien limité.
Propagation de la flamme
Il existe toujours un mouvement relatif entre le mélange combustible et la flamme : soit que le mélange se déplace, la flamme étant alors stabilisée sur un brûleur, soit que la flamme se propage dans un mélange statique contenu à l'intérieur d'un récipient. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la vitesse de propagation de la flamme.
Dans le cas où la flamme est fixe, on mesure sa surface et le débit du mélange gazeux. La mesure de la surface est relativement facile s'il s'agit d'un cône parfait. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de photographier la flamme avec un agrandissement connu et de mesurer sa surface à partir de la photographie. La vitesse est donnée par l'équation : vitesse = débit/surface.
Si la flamme est mobile, il suffit de mesurer le temps qu'elle met pour parcourir l'intervalle entre deux points de repère placés le long du tube de propagation. La méthode de Le Chatelier utilise une caméra à tambour tournant qui cinématographie d'une manière continue le déplacement de la flamme entre les deux repères. La connaissance de l'agrandissement de la caméra et de sa vitesse de rotation permet de déduire très facilement la vitesse de propagation de la flamme, par une mesure de la trace rectiligne faite sur le film.
Vitesse de propagation de déflagration
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La vitesse d'une flamme augmente avec la pression. Elle passe par une valeur maximale pour un rapport combustible/comburant bien déterminé.
Le mécanisme de la propagation est surtout thermique. La tranche de mélange en cours de combustion échauffe la tranche de gaz immédiatement voisine qui s'enflamme à son tour. Il y a lieu de considérer aussi la projection de centres actifs de la réaction dans le mélange froid n'ayant pas encore réagi.
Inflammation, limite d'inflammabilité, extincteurs chimiques
Pour enflammer un mélange gazeux, il faut lui fournir localement une quantité d'énergie suffisante. Cette énergie peut être thermique, électrique (décharge d'un condensateur) ou simplement provenir d'une autre flamme.
Diagramme pression-concentration
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Un mélange combustible ne s'enflamme que dans certaines conditions de pression et de rapport combustible/comburant (ou concentration). Le diagramme pression-concentration représente par une zone hachurée les conditions paramétriques où l'inflammation est possible. Cette zone est limitée par une courbe dite « limite d'inflammabilité[...]
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Écrit par
- Michel LUCQUIN : ingénieur diplômé de l'École nationale supérieure de chimie de Paris, professeur à l'université des sciences et techniques de Lille
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Médias
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Flammes mobiles
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Vitesse de propagation de déflagration
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