flamme - chimie.

flamme - chimie. 1 PRÉSENTATION flamme, phénomène lumineux produit par la combustion de mélanges gazeux. Les flammes sont formées en général d'un mélange d'oxygène (ou d'air) et d'un autre gaz, comme l'hydrogène, le monoxyde de carbone ou un hydrocarbure. 2 LA FLAMME DE BOUGIE Une flamme typique est celle d'une bougie qui brûle. Lorsque la bougie est allumée, la chaleur fait fondre la cire qui monte le long de la mèche et qui est vaporisée par la chaleur. La cire vaporisée réagit alors avec l'oxygène de l'air et produit de la chaleur et une flamme. La flamme de la bougie est constituée de trois zones que l'on peut facilement distinguer. La zone la plus interne, un cône non lumineux, est constituée d'un mélange de gaz et d'air à une température relativement basse. Dans un second cône, lumineux, de l'hydrogène et du monoxyde de carbone sont formés par décomposition et commencent à réagir avec l'oxygène pour former, respectivement, de l'eau et du dioxyde de carbone. Dans ce cône, la température est suffisamment élevée, environ 590 °C à 680 °C, pour dissocier les gaz de la flamme en radicaux libres de carbone qui sont chauffés jusqu'à incandescence et finalement consommés. C'est le carbone incandescent qui produit la lumière jaune caractéristique de cette partie de la flamme. Autour du cône lumineux se trouve un troisième cône, invisible, dans lequel le monoxyde de carbone restant et l'hydrogène sont totalement consommés. 3 PROPRIÉTÉS MACROSCOPIQUES Lorsqu'un corps froid est placé dans les parties extérieures d'une flamme, celles-ci vont passer sous la température de combustion et du carbone non brûlé ainsi que du monoxyde de carbone vont être libérés. C'est ainsi que lorsqu'un récipient en porcelaine est passé au-dessus d'une flamme de bougie, il se forme un dépôt de carbone (suie) sur le récipient. Les poêles fonctionnant avec des flammes et situés dans des pièces non ventilées peuvent présenter un danger du fait de l'émission de monoxyde de carbone qui est toxique. Pour brûler totalement, les combustibles ont besoin d'une quantité suffisante d'oxygène. Une flamme peut également être entretenue dans une atmosphère de chlore pur, bien que la combustion ne soit pas complète. Pour la combustion d'une bougie ou de produits solides comme le bois ou le charbon, l'oxygène est apporté par l'atmosphère environnante. Pour les chalumeaux ou les différents types de brûleur à gaz, l'air ou l'oxygène pur est mélangé au gaz à la base du brûleur, de telle sorte que le carbone soit brûlé presque instantanément à la sortie du brûleur. C'est pourquoi de telles flammes ne sont pas lumineuses. Elles occupent également un plus petit volume et sont proportionnellement plus chaudes qu'une simple flamme de bougie. La partie la plus chaude d'une flamme d'un bec Bunsen atteint une température d'environ 1 600 °C. La partie la plus chaude des flammes oxygène-acétylène utilisées pour le soudage des métaux atteint 3 500 °C ; le cône lumineux de ces flammes est vert bleuâtre. Si l'alimentation en oxygène est réduite, ces flammes ont quatre cônes : un cône non lumineux, un cône vert bleuâtre, un cône lumineux et un cône qui est invisible. Le cône vert bleuâtre d'une flamme est souvent appelé cône réducteur, car, étant insuffisamment alimenté en oxygène, il en prélève dans les composés qui sont placés à son contact. De la même façon, le cône extérieur, qui a un surplus d'oxygène, est appelé cône oxydant. Des études poussées sur les processus moléculaires ayant lieu dans les différentes parties des flammes sont maintenant possibles avec la spectroscopie laser. 4 ANALYSE MICROSCOPIQUE Les flammes mettent en jeu un ensemble complexe de phénomènes imbriqués. Il s'agit tout d'abord de phénomènes chimiques de décomposition de la matière sous l'effet de la chaleur, puis de la réaction de combustion en elle-même : réaction entre l'oxygène (ou un autre comburant) et les produits de la décomposition. Ces produits sont en général volatils, contrairement au matériau initial qui est solide ou liquide. Leurs déplacements font donc intervenir la mécanique des fluides pour décrire les transferts de masse au cours du processus. Enfin, des phénomènes thermiques importants ont lieu : transferts de chaleur par convection au-dessus de la flamme (d'où un appel d'air), et transferts radiatifs (effet le plus visible). La structure et l'aspect de la flamme vont dépendre en premier lieu de la nature du matériau qui se consume. Suivant les molécules présentes, la réaction de combustion dégage plus ou moins de chaleur et consomme plus ou moins d'oxygène. Or la chaleur dégagée détermine la vitesse à laquelle le corps se décompose et l'intensité des mouvements de convection. Ces derniers régulent la vitesse de transfert de la matière depuis le combustible jusque dans la flamme ; en outre, ces transferts conditionnent le degré d'avancement de la combustion. Tous ces phénomènes sont interdépendants et rendent très difficile la modélisation théorique des flammes : chaque cas est particulier, et seule la connaissance intime des phénomènes en jeu permet de prévoir les résultats des diverses combinaisons. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.