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Matteo, 5 ans : « Pourquoi le feu, ça brûle ? »

samedi 6 février 2021, par classedu

Barrière de feu. Macrovector / Freepik, CC BY-SA

Pascal Boulet, Université de Lorraine and Anthony Collin, Université de Lorraine

Pour avoir un feu, il faut trois éléments. Du combustible (par exemple : du bois, de l’essence, du tissu… mais pas la pierre, ni le béton), il faut de l’air (plus exactement l’oxygène de l’air que nous respirons) et une source de chaleur (celle qu’apporte une allumette, ou une étincelle par exemple).

Sans l’un ou l’autre de ces éléments, il n’y a plus de feu. C’est d’ailleurs de cette façon qu’on lutte contre les feux : en retirant le combustible (on fait par exemple des tranchées dans les forêts pour enlever le bois combustible et « couper » la propagation du feu), ou en supprimant l’oxygène (avec un torchon humide sur une friteuse qui prend feu, ou en pulvérisant de la mousse pour chasser l’oxygène), ou encore en refroidissant la flamme ou la surface qui brûle avec de l’eau.

Quand la flamme chauffe un combustible disponible, ce dernier se transforme et produit du gaz : cette transformation s’appelle la pyrolyse. C’est ce gaz qui en se mélangeant avec l’oxygène, en présence de chaleur, va brûler et entretenir la flamme. Celle-ci émet alors une grande quantité d’énergie.

D’où vient cette énergie ? Elle est en fait stockée dans le combustible et provient essentiellement des liaisons chimiques entre les atomes, qui sont les « briques » qui constituent la matière. La combustion des gaz de pyrolyse libère une partie de cette énergie en cassant les liaisons entre les atomes et en produisant de nouvelles molécules (des molécules d’eau et du dioxyde de carbone en particulier).

Au feu (C’est pas sorcier).

La flamme, en elle-même, est composée des gaz brûlés et de petites particules qu’on appelle les suies. Ce sont les suies qui donnent sa couleur jaune à la flamme, car elles sont très chaudes et envoient du rayonnement. Le « rayonnement thermique » est l’un des trois modes de transmission de la chaleur (avec la convection et la conduction). C’est le même phénomène qui permet au Soleil d’envoyer de l’énergie à la Terre, et c’est aussi ce qui explique la sensation de chaleur que l’on ressent quand on se trouve juste devant un barbecue. C’est ce « rayonnement » qui transmet en grande partie l’énergie de la flamme au combustible, le chauffe, ce qui produit les gaz de pyrolyse, qui sont brûlés à leur tour et entretiennent la flamme, qui progresse et brûle petit à petit tout le combustible disponible.

À cause de cette énergie, la température dans la flamme est très grande. On mesure des valeurs allant jusque 1 000 °C à 1 500 °C. Parfois plus dans certaines flammes. Que l’on parle de flammes de bougies ou de celles observées sur les grands feux de forêt, les niveaux de température sont identiques ! Par contre, la grande différence se situe sur les « volumes » de flammes qui sont impliqués et donc sur les puissances qui sont dégagées.

Une démonstration en laboratoire

Dans l’expérience ci-dessous, on a disposé de la paille qui représente une zone de végétation. Sur la première image, on enflamme la végétation. On enlève ensuite le brûleur qui sert à l’allumage, mais la flamme elle-même rayonne vers la paille qui n’est pas encore en feu. Sous l’effet de cette énergie reçue, celle-ci produit des gaz de pyrolyse qui entretiennent la flamme. Elle avance progressivement, brûlant toute la végétation disponible. Le feu s’éteint tout seul à la fin, car il n’a plus de combustible disponible.

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Expérience de paille qui brûle en laboratoire.

Ces expériences en laboratoire permettent de comprendre les mécanismes de la propagation, mais aussi de mesurer la vitesse à laquelle le feu se propage, les températures atteintes ou encore la puissance du feu.

Les conséquences du feu

Un être humain ressent déjà une gêne lorsqu’il est en contact avec des gaz ou une surface au-dessus de 40 à 60 °C. Alors 1 000 °C, c’est bien plus grand et les conséquences sont beaucoup plus importantes !

À proximité d’une flamme, très rapidement les tissus, ou la peau, reçoivent une telle quantité d’énergie qu’ils se déshydratent (ils perdent l’eau qu’ils contiennent), puis se dégradent (ils se transforment et sont brûlés comme tout combustible au contact d’une flamme), causant des dégâts irrémédiables et une douleur transmise par le système nerveux.

Dans une forêt, la flamme va se propager d’arbre en arbre, brûlant progressivement quasiment toute la végétation disponible, comme sur la démonstration ci-dessus. Un arbre en feu chauffe l’arbre d’à côté, qui devient une nouvelle source de combustible et s’enflamme à son tour.

Dans l’incendie de Notre-Dame de Paris, le feu s’est propagé progressivement sur toute la charpente, qui était en bois, de la même façon. Une source de chaleur à l’origine de l’incendie a chauffé le bois de la charpente, qui s’est enflammé, la flamme a apporté une énergie de plus en plus grande et l’incendie s’est progressivement propagé sur tout le bois qui était présent.


Diane Rottner, CC BY-NC-ND

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Pascal Boulet, Directeur du LEMTA (Laboratoire énergies et mécanique théorique et appliquée), Université de Lorraine and Anthony Collin, Enseignant - chercheur de l’Université de Lorraine, Université de Lorraine

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