Le feu (flammes) peut contenir du plasma, bien qu’il s’agisse d’un plasma partiellement ionisé, et dominé par les collisions :
« L’existence d’un plasma dans une flamme dépend du matériau brûlé et de la température ».
Le Contemporary Physics Education Project produit un poster sur les plasmas (voir à droite) dans lequel les flammes (c’est-à-dire le feu) sont représentées comme un plasma.
Dans son livre, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Francis F. Chen note :
Tout gaz ionisé ne peut pas être appelé plasma, bien sûr ; il y a toujours un petit degré d’ionisation dans tout gaz. Une définition utile est la suivante : Un plasma est un gaz quasi-neutre, de particules chargées a neutres, qui présentent un comportement collectif.
Il poursuit en décrivant trois paramètres qui doivent être satisfaits afin d’identifier un plasma. Il s’agit de (1) l’approximation du plasma (2) les interactions de masse (3) la fréquence du plasma. Dans son livre, Chen poursuit en évaluant si certains phénomènes sont effectivement des plasmas, sur la base de ces trois paramètres, et conclut qu’une flamme typique répond effectivement aux critères d’être un plasma.
En pratique donc, le feu est un plasma hautement collisionnel, partiellement ionisé, dans lequel les collisions pourraient masquer une partie du comportement collectif.
Plasmas de flamme
Les flammes en tant que plasma
Alfred von Engel écrit :
« La partie d’une flamme qui possède les propriétés bien connues d’un plasma électrique est appelée « plasma de flamme », et donc tous les types de flammes ne méritent pas cette distinction. »
Professeur d’astronomie au département de physique et d’astronomie de l’université Tufts, Kenneth R. Lang écrit:
« Une flamme de bougie est un plasma, comme le sont toutes les étoiles de l’Univers ».
M. Ikeya écrit:
« Une sphère chargée négativement d’un générateur Van de Graaff attire les ions positifs dans le plasma de la flamme de bougie. Bien que le plamsa de la flamme se déplace normalement vers le haut dans le courant de convection chauffé, il est tiré vers le bas en direction de la sphère car les ions positifs lourds sont attirés et entraînent avec eux tous les autres composants de la flamme, y compris les composants chargés négativement de faible densité. » (Voir référence pour illustration)
Types de plasma de flamme
Alfred von Engel note:
« … il existe des types spéciaux de plasmas de flamme, tels que les plasmas dans les flammes froides, ou les flammes à plus basse pression, qui diffèrent de ce que l’on appelle communément une flamme. « Un autre type est la flamme atomique, qui est produite par une décharge électrique. On sait qu’elle se produit lorsqu’une décharge lumineuse ou en arc traverse un gaz, ce qui entraîne la dissociation des molécules du gaz. C’est ainsi que l’on peut produire de l’hydrogène atomique, de l’oxygène atomique et de l’azote atomique. Le chalumeau à hydrogène atomique a été utilisé pour la première fois pour le soudage. La fusion ne se produit pas sous l’influence de la flamme à arc court, mais en raison de la recombinaison des atomes d’hydrogène en molécules à la surface, libérant une énergie d’environ 100 kcal/mole ou 4,5ev. « Un autre type de plasma de flammes est produit, par exemple, dans de rares gaz moléculaires, en appliquant une grande décharge annulaire à haute fréquence au gaz en écoulement. Une flamme de gaz excité très chaud (10 000 à 12 000 K) émerge… »
Les plasmas de flamme dans la génération d’électricité
Alfred von Engel écrit:
« L’un des intérêts actuels des plasmas de flamme dans les problèmes d’ingénierie est la génération magnéto-hydrodynamique d’électricité. Des flammes d’hydrocarbures passent dans un conduit à travers lequel est appliqué un fort champ magnétique. Des électrodes perpendiculaires au champ et au flux gazeux, mais pas nécessairement opposées l’une à l’autre, représentent les pôles d’un générateur qui fait usage du principe de la dynamo de Faraday, les fils de cuivre étant ici remplacés par un gaz ionisé à mouvement rapide (66). »
Notes de bas de page
- Plasma et flammes – La question brûlante (PDF) publié 2008 par la Coalition pour la science des plasmas
- Projet d’enseignement de la physique contemporaine
- Francis F. Chen, Introduction à la physique des plasmas et à la fusion contrôlée (1984) Springer, 421 pages, ISBN 0306413329 LIVRE ACADEMIQUE
- Chen, Ibid. Page 12.
- A. von Engel et J.R. Cozens, « Flame Plasma » dans Advances in electronics and electron physics, par L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pages 99-144)
- Kenneth Lang à l’Université Tufts
- Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 pages. (Page 25)
- M. Ikeya, « Tremblements de terre et animaux : des légendes populaires à la science », World Scientific, 2004, ISBN 9812385916 ISBN 9789812385918, 295 pages. Page 196
- A. von Engel et J.R. Cozens, « Flame Plasma » dans Advances in electronics and electron physics, par L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pages 142-143)
- A. von Engel et J.R. Cozens, « Flame Plasma » dans Advances in electronics and electron physics, par L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pages 143)
Voir aussi
- A. Von Engel & J. R. Cozens, « Origin of Excessive Ionization in Flames », Nature 202, 480 (02 mai 1964). « On sait depuis longtemps que les réactions de combustion du type de celles qui se produisent dans les flammes sont parfois accompagnées d’un degré extrêmement élevé d’ionisation et d’excitation du gaz de la flamme (Réf : Gaydon, A. G. , et Wolfhard, H. G., Flames (Chapman and Hall, London, 1960).) »
- « Le feu est-il un plasma ? » sur le site Web du Forum de la physique.
- Qu’y a-t-il dans une flamme de bougie ? – Vidéo sur YouTube