Nous avons tous entendu parler du feu, et le voyons presque tous les jours dans les allumettes, les briquets, les feux d’artifice, les plaques de cuisson à gaz et les cheminées. Mais cette réaction apparemment simple est en fait un événement scientifique complexe.

Qu’est-ce que le feu exactement ?

Le feu est une réaction exothermique auto-perpétuante qui se produit lorsqu’un combustible solide, liquide ou en phase gazeuse subit une oxydation rapide. C’est ce qu’on appelle la combustion, et la réaction libère de la chaleur, de la lumière et d’autres réactions chimiques.

Tout en permettant d’autres réactions, la combustion se caractérise principalement par la combinaison de matériaux combustibles avec un agent oxydant.

Lorsque le combustible et un agent oxydant sont chauffés au-delà d’une certaine température, des réactions chimiques exothermiques se produisent et sont maintenues par l’énergie thermique supplémentaire qu’ils génèrent continuellement.

Par conséquent, pour qu’un feu soit produit par combustion, ces quatre éléments sont essentiels. Cette relation peut être conceptualisée dans le tétraèdre du feu.

Le Modèle de tétraèdre de feu

Le tétraèdre de feu est une représentation des éléments nécessaires à la survenue d’un incendie. Les quatre faces du tétraèdre sont le combustible, un agent oxydant (généralement de l’oxygène), l’énergie thermique et une réaction en chaîne décomplexée.

Pourquoi Le Feu A-T-Il Besoin De Carburant?

Le combustible désigne un matériau inflammable ou combustible utilisé pour commencer le processus de combustion. Alors que le combustible peut être solide (bois), liquide (essence) ou gazeux (propane), les matériaux ne brûlent que lorsqu’ils sont en phase vapeur. Cela signifie que pour que le feu commence, une phase gazeuse combustible doit exister.

La phase gazeuse est obtenue lorsqu’un matériau est chauffé au-delà de son point d’éclair afin d’exercer une pression de vapeur qui peut s’enflammer dans l’air et favoriser la combustion.

Un exemple de matériau combustible solide, et peut-être la forme de combustible la plus courante, est le bois. Ce composé a des molécules de poids moléculaire élevé qui incluent des matériaux comme les lignines et la cellulose glucidique naturelle.

Pour que le bois atteigne la phase gazeuse nécessaire, ces matériaux doivent subir une décomposition thermique par pyrolyse. Cela se produit lorsque le bois est chauffé au-delà de son point d’éclair, ce qui provoque la décomposition de la cellulose et d’autres matériaux en petites molécules qui peuvent alors exister en phase gazeuse. Lorsque ces gaz atteignent leur température d’inflammation, la combustion commence.

Énergie thermique

L’énergie thermique est nécessaire pour démarrer l’allumage du combustible et l’amener à la température minimale requise pour qu’il devienne autonome. C’est ce qu’on appelle la température d’allumage.

L’énergie thermique est produite lors de la combustion car la réaction est exothermique. La chaleur est libérée lorsque les liaisons chimiques sont rompues et formées lors de réactions chimiques. Étant donné que ces réactions sont en cours, la combustion libère plus de chaleur que nécessaire pour soutenir un incendie. C’est ce qui rend un feu auto-perpétuant, et aussi ce qui le rend chaud.

Qu’Est-Ce Qu’Un Agent Oxydant?

Un agent oxydant est nécessaire pour favoriser la combustion en réagissant avec le combustible. L’oxygène dans l’air est l’agent le plus couramment utilisé. Une fois que les gaz volatils libérés par le combustible ont atteint la température d’inflammation, les molécules composées se séparent et se recombinent avec l’oxygène pour former de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone, divers produits de combustion et plus de chaleur. Ce processus est appelé oxydation, et peut être reconnu comme brûlant et fumant.

Réaction en chaîne non inhibée

La face finale du tétraèdre est la réaction en chaîne non inhibée qui est permise par la réaction entre le carburant, la chaleur et l’oxygène. Une réaction en chaîne décomplexée fait référence à la capacité auto-perpétuante de la combustion.

En raison des réactions continues qui se produisent entre le combustible et l’oxygène, qui génèrent des quantités excédentaires d’énergie thermique, la flamme sera toujours suffisamment chaude pour maintenir le combustible à la température d’allumage. Par conséquent, le feu continuera à brûler tant qu’il y aura suffisamment de carburant et d’oxygène disponibles. Ce processus se termine également lorsque ces sources ont été dépensées.

Conflagration: Comment Le Feu Se Propage-t-Il?

Le danger de ces réactions chimiques réside dans le fait qu’elles sont autosuffisantes. Le feu peut se propager précisément à cause de la réaction en chaîne décomplexée qui se produit lors de la combustion et de l’énergie thermique qui maintient le carburant au-dessus du point d’allumage.

La chaleur des flammes est capable de chauffer le combustible environnant, qu’il s’agisse de bois à proximité ou de liquides inflammables. Si ce combustible voisin est chauffé au-delà de son point d’éclair, des gaz volatils seront libérés lorsque le combustible entrera dans sa phase gazeuse. À ce stade, les flammes peuvent enflammer le gaz et se propager. Tant qu’il y a du carburant et de l’oxygène disponibles, le feu peut se propager.

Quand il s’agit de la façon dont le feu se déplace, tout se résume à la gravité. Les gaz chauds du feu sont plus chauds et moins denses que l’air environnant. Par conséquent, ils se déplacent vers le haut à l’endroit où il y a une pression plus basse. C’est pourquoi le feu monte, et aussi pourquoi les flammes sont pointues.

Chimie de la flamme

Il existe une variété de couleurs associées aux flammes. Ceux-ci dépendent de la composition chimique du combustible brûlé, des produits de réaction générés et de la chaleur à laquelle il brûle. Par exemple, la couleur bleue des flammes est due à la présence de carbone et d’hydrogène, mais elle indique également qu’il s’agit de la partie la plus chaude de la flamme. S’il y avait des composés de cuivre brûlés, en revanche, les flammes seraient vertes.

La variation de couleur d’une flamme est due à une température inégale. Un exemple typique de ceci est lorsqu’un feu subit une combustion incomplète. Cela se produit lorsqu’il n’y a pas assez d’oxygène pour suivre la combustion du carburant, et cela est couramment observé dans les feux de camp. Cela parce qu’il n’y a que 21% d’oxygène dans notre atmosphère, et bien que cela soit suffisant pour provoquer une oxydation, il ne suffit pas de suivre les multiples réactions chimiques qui se produisent lors de la combustion.

Étant incapable de réagir avec l’oxygène, une partie du carburant carbonise avec lui-même pour créer de la suie. La suie devient extrêmement chaude et commence à émettre une lumière blanche visible. Les particules de suie qui montent dans l’air commencent à se refroidir, entraînant le déplacement de leur spectre d’émission vers l’infrarouge. C’est pourquoi le haut d’un feu est généralement rouge tandis que le bas est plus jaune-blanc. Lorsqu’il y a une combustion complète, ce qui signifie qu’il y a un apport suffisant en oxygène, la flamme brûle en bleu. Les changements de couleur de la flamme causés par les taux de combustion sont plus facilement visibles dans les brûleurs Bunsen, où vous pouvez contrôler manuellement la quantité d’oxygène envoyée à la flamme.