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  • Des flammes étranges à bord de la Station Spatiale Internationale

    Posté le 31 août 2013

    Flamme_apesanteurEn apesanteur ou microgravité, les flammes se comportent différemment que sur Terre, principalement parce que la microgravité fournit un environnement sans convection dynamique (qui joue normalement un rôle important dans le maintien et la forme d’une flamme sur Terre).

    Sur Terre, la convection gravitationnelle se développe lorsque des produits de combustion chauds et moins denses s’élèvent. Le flux qui en résulte attire l’air environnant vers la base de la flamme, lui fournissant l’oxydant (dans ce cas, l’oxygène) nécessaire au maintien de la flamme. Les produits de combustion (dioxyde de carbone, vapeur d’eau et suie) sont emportés loin de la flamme par le même flux convectif qui est le mécanisme de transport dominant de la flamme.

    En apesanteur, cependant, le processus n’est pas le même. Il n’y a pas de convection gravitationnelle et le transport des produits de combustion se fait par un processus beaucoup plus lent : la diffusion moléculaire. Cette diffusion se produit lorsqu’il y a une forte concentration de produits de combustion et une faible concentration d’oxygène près de la flamme et une forte concentration d’oxygène loin de la flamme. Les produits de combustion se déplacent loin de la flamme et l’oxygène se déplace vers la flamme. Les taux de transport de diffusion en apesanteur sont beaucoup plus lents que les taux de transport dûs à la convection naturelle en présence de la gravité sur Terre. En conséquence, une flamme en apesanteur semblera brûler moins vigoureusement qu’une flamme sur Terre, et elle prendra une forme sphérique qui se diffuse de manière égale dans toutes les direction plutôt qu’une forme alongée qui est caractéristique des flammes subissant la gravité terrestre.

    Contrairement aux flammes sur Terre qui s’étendent lorsqu’elles ont besoin de plus de fuel, les flammes froides laissent l’oxygène venir à elles. L’oxygène et le fuel se combinent dans une zone étroite à la surface de la sphère plutôt que de se déplacer à travers la flamme.

    Récemment, le professeur Forman A. Williams et ses collègues menaient une expérience appelée FLEX (Flame Extinguishment Experiment) à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) lorsqu’ils ont fait une découverte accidentelle : dans l’Espace, les gouttelettes de carburant continuent à brûler même après que leurs flammes aient été éteintes : le fuel brûlait sans flammes, ou plus exactement avec des flammes qui étaient si faibles qu’elles étaient quasiment impossible à voir.

    Les flammes ordinaires brûlent à des températures allant de 1200 à 1700°C environ. Les flammes d’heptane de l’expérience FLEX ont commencé à brûler à ces températures, mais lorsqu’elles ont commencé à refroidir, une autre sorte de combustion s’est produite, une combustion avec des flammes froides. Les flammes froides brûlent à une température de 200 à 540°C et leur chimie est complètement différente des flammes normales. Alors que les flammes normales produisent du dioxyde de carbone, de l’eau et de la suie, les flammes froides produisent du monoxyde de carbone et du formaldéhyde. Plus important : alors que les flammes sur Terre s’éteignent immédiatement, les flammes froides testées à bord de l’ISS ont continué à brûler pendant au moins une minute (des flammes similaires produites sur Terre s’éteignaient quasiment immédiatement).

    Cette découverte pourrait conduire à des améliorations pour les automobiles et le système d’allumage HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition).

    Source : Webexhibits.org, The Atlantic et NASA

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