De la cinétique chimique élémentaire aux mécanismes cinétiques détaillés

Le but de l’article est de présenter l’approche moderne de la cinétique chimique en particulier celle appliquée à la combustion au sens large (du feu de cheminée à Ariane 6) et aux traitements thermiques. Cette même approche pourrait être appliquée à de nombreux autres domaines. La cinétique chimique détaillée est aujourd’hui capable de permettre des prévisions qualitatives sur de nombreux systèmes et quantitatives sur quelques systèmes. Cette approche ne se substitue pas à l’approche thermodynamique qui permet de connaître la température, la pression et la composition d’un système à l’équilibre thermodynamique mais elle la complète dans le sens où l’approche thermodynamique ne décrit en rien le temps nécessaire pour atteindre cet équilibre, si jamais cet état d’équilibre est atteint puisque pour beaucoup de procédés le temps de séjour est inférieur au temps d’atteinte de l’équilibre thermodynamique. De ce fait, l’approche thermodynamique est dans de nombreux cas presque sans intérêt et il faut introduire le temps dans les équations pour se rapprocher de la réalité du procédé. Ceci relève de la cinétique chimique et nécessite l’écriture de mécanismes cinétiques détaillés. Pour autant, tout comme l’approche thermodynamique, la cinétique chimique nécessite des données thermodynamiques mais, en plus, des données cinétiques. Le mécanisme cinétique détaillé est ensuite mis en œuvre et confronté à des données expérimentales (structure de flamme, célérité de détonation, vitesses fondamentales de flamme (déflagration), délai d’auto-inflammation, etc.) obtenues dans des appareillages de laboratoire dits idéaux : tubes à choc, réacteurs à écoulement, réacteurs parfaitement agités, réacteurs statiques, principalement. Ces données peuvent être des profils d’espèces, des délais d’auto-inflammation, des profils de pression, entre autres. Il existe par ailleurs de nombreuses données obtenues dans des appareillages industriels moins propices à l’obtention de données sans ambiguïtés quant aux conditions expérimentales (température, pression, écoulement, etc.). Cependant toutes les données sont intéressantes et l’on peut espérer d’un modèle qu’il reproduise les tendances expérimentales à défaut d’être quantitatif, ce qui en soit n’est pas sans intérêt.