Qu'est le Feu et les Flammes

La combustion est une réaction chimique dégageant de la chaleur (exothermique) et de la lumière. Elle ne peut avoir lieu que si l'on réunit trois facteurs : deux composés chimiques (un combustible et un comburant) et une source d'énergie (énergie d'activation), ce que l'on appelle le triangle du feu.

Sous l'effet de l'énergie d'activation (notamment de la chaleur), le combustible se décompose (pyrolyse), le produit de cette décomposition est un gaz qui réagit avec le comburant (en général le dioxygène de l'air). Ainsi, nous pouvons résumer le processus suivant la formule suivante : combustible + chaleur + oxygène = feu.

La lumière provient de deux sources :

• d'une part des échanges d'électrons entre les composés au cours de la réaction chimique ;
• d'autre part le rayonnement qu'émet tout corps porté à haute température (rayonnement du corps noir).

La flamme de diffusion est appelée ainsi car, les réactants étant séparés, ils doivent venir au contact l'un de l'autre, par le phénomène de diffusion. Les cas typiques sont :

• la combustion des solides (bois, bougie, papier, …)
• la combustion des liquides (essence, gazole, pétrole, …), sous forme « massive » (flaque, réservoir) ou de brouillard (moteur Diesel).
• le moteur-fusée utilise des flammes de diffusion, typiquement hydrogène/oxygène ou kérosène/oxygène.
• la combustion des gaz non mélangés à l'air, par exemple un gaz sortant directement d'une bouteille ne contenant pas d'air, une fuite sur une canalisation qui s'enflamme tout de suite.

Dans le cas d'un feu de solides ou de liquides, la combustion produit de la chaleur ; cette chaleur provoque un phénomène de distillation, de pyrolyse ou simplement de fusion puis de vaporisation qui produit un gaz inflammable, qui vient alimenter la flamme. Que ce soit donc un feu de solide, de liquide ou de gaz, on a :

• au centre de la flamme : un gaz combustible ;
• la flamme elle-même est une mince couche de gaz au sein de laquelle se déroule la réaction de combustion ;
• à l'extérieur de la flamme : le gaz comburant, en général le dioxygène de l'air, et les produits de réaction (gaz et particules).

Ce phénomène peut être très complexe ; par exemple, la combustion du kérosène dans les moteurs d'avion peut être décrite par 3 500 réactions faisant intervenir 225 espèces chimiques (Boyer, p. 57).

Cette réaction est en général incomplète, puisque sur le lieu de la réaction, la mince couche de la flamme, le rapport entre combustible et comburant n'est pas idéal (non-stœchiométrique). On a donc des gaz très divers — dioxyde de carbone (CO₂) et vapeur d'eau (H₂O), souvent monoxyde de carbone (CO), autres gaz de réaction et gaz imbrûlés — ainsi que des particules de suie qui brûlent à leur tour. De plus, la haute température atteinte grâce à la combustion provoque la formation d'oxydes d'azote.