Combustion en prémélange gazeux

Parmi les types de flammes le plus fréquemment rencontrés, l’un des plus communs est sans doute la flamme laminaire prémélangée . C’est, en particulier, celle qui existe dans le brûleur d’une cuisinière à gaz et, plus simplement, dans un bec Bunsen. Plus exactement, la flamme rencontrée dans ce cas n’est une flamme de prémélange pur que lorsque le réglage de l’installation est tel que l’on se trouve en présence d’un mélange pauvre.

Pour une combustion d’hydrocarbure gazeux, la flamme (figure  1 , p.  2 ) se présente sous la forme d’une zone sombre A précédant une zone lumineuse de forme conique B où se produisent la réaction chimique et le dégagement de chaleur. La zone lumineuse a, à pression atmosphérique, une épaisseur inférieure au millimètre. C’est la zone où la température est la plus élevée. Elle est suivie de la zone C constituée d’un panache de gaz brûlés qui se mélangent progressivement avec l’air ambiant. Dans le cas d’un mélange pauvre, le cône lumineux est d’un bleu violet profond qui révèle la présence de radicaux CH excités. Le panache de gaz brûlés est, en général, rougeâtre et ce rayonnement, également très intense dans l’infrarouge, est dû principalement à la présence de CO ₂ et de H ₂ O.

Il est possible de subdiviser la région où se produit la combustion en deux zones principales :

• une zone de préchauffage,

• la zone de réaction proprement dite.

Dans la zone de préchauffage, les phénomènes essentiels sont des transferts de chaleur et de matière. En revanche, les réactions chimiques y dépendent essentiellement du combustible utilisé ; pour une molécule très stable (CH ₄ par exemple), on ne constate ni décomposition ni pyrolyse. Pour les autres hydrocarbures saturés, les phénomènes de craquage thermique et de pyrolyse sont au contraire importants et produisent des hydrocarbures plus légers. Le résultat essentiel est que, quel que soit le combustible, les corps qui entrent dans la zone de réaction proprement dite sont très voisins. C’est ce qui explique que, pour tous ces corps, on trouve des caractéristiques de combustion très proches dans un bec Bunsen. L’essentiel des réactions chimiques qui ont lieu dans la zone de réaction peut être décrit à l’aide du modèle de la réaction simple. En suivant une ligne de courant l’évolution de la température peut être représentée par la figure  2 .

Un phénomène analogue à la...