La combustion est aujourd’hui un des principaux moyens de conversion de l’énergie. Elle est utilisée dans de nombreux systèmes pratiques aussi bien pour produire de l’énergie thermique (chaudières ou fours domestiques et industriels) ou de l’électricité (centrales thermiques), que pour le transport (moteurs automobiles et aéronautiques, moteurs fusée, ...) ou encore la destruction de déchets (incinérateurs). La combustion peut être caractérisée comme une (ou des) réaction(s) irréversible(s) fortement exothermique(s) entre un combustible (ou réducteur) et un comburant (ou oxydant) selon le schéma global :
Cette réaction induit un fort dégagement de chaleur qui a lieu dans une zone très mince (les flammes les plus courantes ont des épaisseurs δL typiques de l’ordre de 0,1 à 1 mm) conduisant à des gradients thermiques très élevés (le rapport des températures absolues entre gaz brûlés et gaz frais, Tb / Tu , est de l’ordre de 5 à 7) et à de larges variations de la masse volumique ρ.
Les combustibles les plus divers, qu’ils soient gazeux, liquides ou solides peuvent être utilisés. Parmi les plus courants, citons le bois, le charbon, les hydrocarbures (méthane CH4 , propane C3H8 , essence, gasoil, kérozène, fioul, ...), l’hydrogène (H2)... Le comburant est le plus souvent l’oxygène de l’air, plus exceptionnellement de l’oxygène pur (moteurs-fusée, certains fours industriels) qui permet d’atteindre des températures plus élevées et éviter le stockage d’azote inerte mais pose des problèmes de sécurité. Plus rarement, d’autres comburants sont utilisés (moteurs fusée pyrotechniques).
Dans de nombreux systèmes pratiques, combustible et comburant sont injectés séparément dans la zone de réaction, sans prémélange initial. La combustion est alors contrôlée non seulement par la réaction chimique mais aussi par le transport diffusif des réactifs l’un vers l’autre, d’où le nom de flamme de diffusion.
Si les flammes de diffusion laminaires semblent n’intervenir que dans quelques applications plutôt anecdotiques (bougie, flamme de briquet, ...), nous allons montrer que la compréhension de la structure de ces flammes est fondamentale pour la description et la modélisation de nombreuses situations industrielles.
