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La guerre du feu est loin d'être terminée. Car sa domestication se poursuit et les enjeux à la clé sont colossaux. En effet, le feu ne sert plus seulement à se nourrir, à se chauffer, à s'éclairer ou à se défendre. Il a été mis au service de la production industrielle, du transport, de l'exploration spatiale... Le feu qui brûle dans les boosters et moteurs des fusées européennes Ariane, dans ceux de la navette américaine ou des Soyouz russes, est sans doute l'un des feux les plus maîtrisés et perfectionnés que les hommes aient jamais employés.
Et il est possible, encore, de l'améliorer. Sur le plan de sa propreté, par exemple. On dit qu'il n'y a pas de fumée sans feu : les chercheurs aimeraient généraliser le fait qu'il y ait des feux sans *fumée. Un grand nombre de pollutions seraient ainsi supprimées. Et mieux connaître le feu, c'est aussi mieux le modéliser et le combattre.
Car le feu est à la fois simple et compliqué. Il est simple en ce qu'il ne nécessite que trois « ingrédients » pour exister : une matière combustible (bois, essence...), une substance qui réagisse avec le combustible, le plus souvent l'oxygène, appelé comburant, et une source de chaleur. Ce « triangle du feu » est nécessaire et indispensable à toute combustion. Qu'un des trois éléments vienne à manquer, et le feu ne peut se déclencher. Ou s'éteint.
Il est compliqué en ce qu'il est à la base une réaction chimique. Des molécules réagissent entre *elles et les réarrangements qui en découlent produisent de la chaleur, de la lumière, des résidus et bien souvent du son.
Partons du plus simple des atomes, celui d'hydrogène, constitué d'un noyau (avec un seul proton) et d'un électron. Lorsque deux atomes d'hydrogène s'approchent l'un de l'autre, ils appliquent la maxime « l'union fait la force ». En s'unissant, ils sont plus « forts » qu'isolés. La molécule ainsi créée est plus stable, car l'énergie nécessaire à la conserver en l'état est plus faible. En d'autres termes, la molécule d'hydrogène est moins dépensière en énergie que les atomes indépendants.
Que se passe-t-il si une molécule d'oxygène (elle aussi constituée de deux atomes d'oxygène) s'approche ? Si elle est « calme », rien ne va se passer. Mais admettons que la molécule d'oxygène soit très agitée à cause d'une chaleur très élevée. Elle risque alors de foncer dans une molécule d'hydrogène. Si le choc est suffisamment violent, les atomes d'oxygène vont se rendre compte qu'ils peuvent trouver une situation plus confortable en s'alliant chacun avec une molécule d'hydrogène. Chacun des partenaires y gagne. Se crée ainsi une molé*cule comprenant deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène : c'est une molécule d'eau. *Cette dernière est donc le produit de combustion de l'hydrogène. Quand l'hydrogène brûle, les cendres produites sont de l'eau. Et des cendres ne peuvent pas s'enflammer.
La réaction chimique crée donc de nouvelles molécules en *libérant une certaine quantité d'énergie. Celle-ci va entraîner une augmentation de l'agitation des molécules donc de la chaleur. La chaleur dégagée, la vitesse de « montée » en température, la *vitesse de propagation d'un feu vont ainsi fortement dépendre des matières impliquées et des conditions initiales. Un même volume de bois, par exemple, donnera un feu bien différent selon qu'il est massif, en petits bouts ou en *sciure.
Mettre le feu au travail
Les combustions vont ainsi des oxydations lentes (le feu qui couve) à la détonation et à l'explosion. La dynamique du feu est une discipline à part entière dans les sciences de la combustion. Le *premier vrai effort scientifique pour l'étudier date du siècle des Lu*mières. En 1737, l'Académie des sciences soumet à concours le thème « De la nature et de la propagation du feu ». Voltaire y participa, mais ce fut le grand mathématicien suisse Euler qui le gagna. Son texte, en latin, bien que loin de la réalité, contient pourtant en germe le modèle actuel de la propagation du feu. Quelques années plus tard, en 1777, c'est le grand chimiste Lavoisier qui, avant de perdre la tête sur l'échafaud, *démontra que l'eau était le produit de combustion de l'hydro*gène avec l'oxygène. Et si bien des progrès ont été faits depuis, beaucoup restent encore à faire.
Particulièrement pour mettre le feu au travail, essentiellement dans les moteurs. On estime ainsi que 80 % de toutes les combustions « domestiques » concernent les moteurs. Et le nec plus ultra d'entre eux sont les moteurs de *fusée. Comme par exemple le *moteur Vulcain (le dieu du feu, maître des forges de Zeus dans la mythologie) des fusées Ariane 5. À ne pas confondre avec ses boosters, les deux gros cylindres de 30 mètres de haut qui l'encadrent, remplis d'un mélange de perchlorate d'ammonium, de polybutadiène et de poudre d'aluminium et qui fonctionnent comme deux gros feux d'artifice.
Dans la chambre de combustion du moteur Vulcain, la pression est 110 fois plus élevée que la pression atmosphérique et la température atteint 3 200 °C. De longues études ont été nécessaires pour modéliser ce qui s'y passe, en particulier pour bien comprendre les turbulences qui s'y créent. Ce moteur a la puissance d'une centrale nucléaire et est alimenté par des réservoirs d'hydrogène *liquide (600 litres injectés par *seconde) et d'oxygène liquide (200 litres injectés par seconde). Cela vous rappelle quelque chose ? Et oui, les gaz crachés par le moteur d'Ariane sont... de la vapeur d'eau.
Par Le Figaro
Et il est possible, encore, de l'améliorer. Sur le plan de sa propreté, par exemple. On dit qu'il n'y a pas de fumée sans feu : les chercheurs aimeraient généraliser le fait qu'il y ait des feux sans *fumée. Un grand nombre de pollutions seraient ainsi supprimées. Et mieux connaître le feu, c'est aussi mieux le modéliser et le combattre.
Car le feu est à la fois simple et compliqué. Il est simple en ce qu'il ne nécessite que trois « ingrédients » pour exister : une matière combustible (bois, essence...), une substance qui réagisse avec le combustible, le plus souvent l'oxygène, appelé comburant, et une source de chaleur. Ce « triangle du feu » est nécessaire et indispensable à toute combustion. Qu'un des trois éléments vienne à manquer, et le feu ne peut se déclencher. Ou s'éteint.
Il est compliqué en ce qu'il est à la base une réaction chimique. Des molécules réagissent entre *elles et les réarrangements qui en découlent produisent de la chaleur, de la lumière, des résidus et bien souvent du son.
Partons du plus simple des atomes, celui d'hydrogène, constitué d'un noyau (avec un seul proton) et d'un électron. Lorsque deux atomes d'hydrogène s'approchent l'un de l'autre, ils appliquent la maxime « l'union fait la force ». En s'unissant, ils sont plus « forts » qu'isolés. La molécule ainsi créée est plus stable, car l'énergie nécessaire à la conserver en l'état est plus faible. En d'autres termes, la molécule d'hydrogène est moins dépensière en énergie que les atomes indépendants.
Que se passe-t-il si une molécule d'oxygène (elle aussi constituée de deux atomes d'oxygène) s'approche ? Si elle est « calme », rien ne va se passer. Mais admettons que la molécule d'oxygène soit très agitée à cause d'une chaleur très élevée. Elle risque alors de foncer dans une molécule d'hydrogène. Si le choc est suffisamment violent, les atomes d'oxygène vont se rendre compte qu'ils peuvent trouver une situation plus confortable en s'alliant chacun avec une molécule d'hydrogène. Chacun des partenaires y gagne. Se crée ainsi une molé*cule comprenant deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène : c'est une molécule d'eau. *Cette dernière est donc le produit de combustion de l'hydrogène. Quand l'hydrogène brûle, les cendres produites sont de l'eau. Et des cendres ne peuvent pas s'enflammer.
La réaction chimique crée donc de nouvelles molécules en *libérant une certaine quantité d'énergie. Celle-ci va entraîner une augmentation de l'agitation des molécules donc de la chaleur. La chaleur dégagée, la vitesse de « montée » en température, la *vitesse de propagation d'un feu vont ainsi fortement dépendre des matières impliquées et des conditions initiales. Un même volume de bois, par exemple, donnera un feu bien différent selon qu'il est massif, en petits bouts ou en *sciure.
Mettre le feu au travail
Les combustions vont ainsi des oxydations lentes (le feu qui couve) à la détonation et à l'explosion. La dynamique du feu est une discipline à part entière dans les sciences de la combustion. Le *premier vrai effort scientifique pour l'étudier date du siècle des Lu*mières. En 1737, l'Académie des sciences soumet à concours le thème « De la nature et de la propagation du feu ». Voltaire y participa, mais ce fut le grand mathématicien suisse Euler qui le gagna. Son texte, en latin, bien que loin de la réalité, contient pourtant en germe le modèle actuel de la propagation du feu. Quelques années plus tard, en 1777, c'est le grand chimiste Lavoisier qui, avant de perdre la tête sur l'échafaud, *démontra que l'eau était le produit de combustion de l'hydro*gène avec l'oxygène. Et si bien des progrès ont été faits depuis, beaucoup restent encore à faire.
Particulièrement pour mettre le feu au travail, essentiellement dans les moteurs. On estime ainsi que 80 % de toutes les combustions « domestiques » concernent les moteurs. Et le nec plus ultra d'entre eux sont les moteurs de *fusée. Comme par exemple le *moteur Vulcain (le dieu du feu, maître des forges de Zeus dans la mythologie) des fusées Ariane 5. À ne pas confondre avec ses boosters, les deux gros cylindres de 30 mètres de haut qui l'encadrent, remplis d'un mélange de perchlorate d'ammonium, de polybutadiène et de poudre d'aluminium et qui fonctionnent comme deux gros feux d'artifice.
Dans la chambre de combustion du moteur Vulcain, la pression est 110 fois plus élevée que la pression atmosphérique et la température atteint 3 200 °C. De longues études ont été nécessaires pour modéliser ce qui s'y passe, en particulier pour bien comprendre les turbulences qui s'y créent. Ce moteur a la puissance d'une centrale nucléaire et est alimenté par des réservoirs d'hydrogène *liquide (600 litres injectés par *seconde) et d'oxygène liquide (200 litres injectés par seconde). Cela vous rappelle quelque chose ? Et oui, les gaz crachés par le moteur d'Ariane sont... de la vapeur d'eau.
Par Le Figaro