Qu'est-ce qu'une flamme ?

Résumé du document

Les flammes d'un feu ont toujours fasciné l'homme : elles semblent immatérielles, leurs couleurs sont variables, leur forme est changeante, elles dégagent une chaleur parfois dangereuse et des gaz parfois toxiques… Il m'a donc paru intéressant d'essayer de percer le mystère de la flamme : quelle est-elle ?
Nous allons tâcher de passer de la vision macroscopique continue de la flamme à une représentation microscopique, c'est à dire discrète, de celle-ci, et peut-être ainsi trouver une réponse. Nous n'aborderons pas le problème des dangers et du contrôle du feu, mais nous nous intéresserons seulement à la nature même de la flamme. Nous ne considérerons pas non plus les flammes mobiles, pour lesquelles on a affaire à des phénomènes de propagation d'onde assez compliqués. Nous essayerons simplement d'observer et de comprendre ce qui se passe dans une flamme ordinaire comme celle d'un bec bunsen puis dans celle d'une bougie et d'un feu de bois.

Extraits

[...] D'où proviennent les différentes couleurs d'une flamme de bougie ? La bougie solide contient de nombreuses impuretés. De plus, au contraire du bec bunsen, les gaz inflammables n'arrivent pas purs sur la flamme de la bougie mais accompagnés de produits de décomposition partielle de la stéarine, et l'apport en O2 n'est pas aussi efficace (flamme de diffusion), si bien que la bougie ne permet qu'une combustion très incomplète des réactifs. J'ai observé dans le bas de la flamme une raie bleue à la même longueur d'onde que celle du bec bunsen, ce qui traduit à nouveau la présence de CH( dans le cône, et explique sa couleur. [...]

[...] Cette complexité est probablement la raison pour laquelle la flamme nous apparaîtra toujours en partie mystérieuse, et par-là même fascinante. Figures # figure 1 : Le bec bunsen. # figure 2 : La flamme du bec bunsen. # figure 3 : La flamme de la bougie. # figure 4 : Luminance spectrale (soit qualitativement l'intensité du rayonnement, USI) d'un corps noir à 1000°C en fonction de la longueur d'onde par la loi de Planck (U.V. : ultraviolet, V. : visible, I.R. [...]

[...] Destriau, La combustion et les flammes Editions Technip - Total information, - Handbook of Chemistry and Physics, 72ème édition, 1991-1992. - Encyclopédie Encarta # Articles : - Claude Frappart, Feu, flammes, incendie et physico-chimie Bulletin de l'union des physiciens, 823, départements de physique et de chimie, ENS Cachan. - Gérard Chevalier et Didier Castelnau, Le Feu La Recherche, 290, septembre 1996, p 86-89. - Arvind Varma, La synthèse par combustion Pour la science, 276, octobre 2000. - Charline Zeitoun, Qu'est-ce que le feu ? Science et vie junior, 136, janvier 2001, p 65-66. [...]

[...] D'où viennent-elles ? J'ai observé en même temps que ces traînées les apparitions furtives d'une raie à la longueur d'onde de 587 nm. On peut expliquer le phénomène ainsi : lorsque l'on ferme la virole, on diminue l'apport en O2 de l'air. La combustion est alors incomplète, et des produits tels que des particules de suie sont émis : ce sont des agrégats de carbone légèrement hydrogénés d'une taille de l'ordre de 10-7m formés par nucléation. Ces particules sont responsables de l'émission de la raie (et donc des traînées) observée. [...]

[...] On peut également noter que ce rayonnement continu n'apparaissait pas pour le bec bunsen, on peut donc faire la même remarque quant à la couleur bleue de sa flamme. Ce spectre continu est dû au rayonnement du corps noir constitué par l'ensemble des particules présentes dans la flamme. On trouve dans les ouvrages que la température d'une flamme de bougie est de l'ordre de 1000°C. La loi de Wien nous donne alors un maximum d'émission pour le rayonnement continu à une longueur d'onde de l'ordre de 2260 nm, soit dans l'infrarouge. [...]