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[Demande d'infos] Pyrolyse selon l'état de division


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Shrulk
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MessagePosté le: 21 Oct 2014, 23:57 Répondre en citant Revenir en haut de page

Bonjour à toutes et tous,

Je cherche à comprendre "physiquement" un phénomène dont je n'ai pas encore trouvé de réponse. Dans la combustion des solides (classe A), nous savons que plus la matière est divisée, plus l'inflammation sera rapide. On prend souvent l'exemple des copeaux de bois et de la bûche de bois, ou encore des poussières, reconnues pour certaines comme explosives. On nous explique pour cela souvent que la surface "combustible(le solide encore en l'état)/air (oxygène)" est plus importante lorsque l'on divise la matière et que de ce fait l'inflammation est plus rapide.

Hors, je n'arrive pas à expliquer "physiquement" cette justification. En effet, dans la combustion des solides, on sait désormais que ce qui nous intéresse réellement, ce sont les gaz de pyrolyse issus de la décomposition des matériaux, qui vont s'enflammer en présence d'oxygène et d'une énergie. Ces gaz de pyrolyse sont issus du matériau chauffé par une énergie d'activation par exemple, tel qu'un briquet. Ce qui me pose problème, c'est que la pyrolyse est une réaction chimique ne nécessitant pas d'oxygène. De ce fait, un problème apparaît... si c'est les gaz de pyrolyse qui brûlent, mais que je n'ai pas besoin d'oxygène pour les produire, comment se fait-il que la surface de contact entre mon combustible solide et mon oxygène ait une incidence ?

J'ai refais un test très simple : j'ai pris une souche de post-it carrés d'une épaisseur inférieure à 1 cm. Je l'ai placé à la verticale, en maintenant les feuilles plaquées les unes contre les autres, et je suis venu plaquer un briquet allumé contre la 1ère feuille. Il aura fallu attendre quelques secondes avant de voir apparaître une dégradation de la 1ère feuille avec un début de noircissement. J'ai refais le test avec une seule feuille de post-it, toujours à la verticale, et en venant plaquer le même briquet allumé contre la feuille. Cette fois-ci, la dégradation et l'inflammation a été vraiment très rapide.

Si on occulte la face arrière du papier exposée à l'oxygène, on se rend compte que dans les 2 cas, la surface exposée à la chaleur et à l'oxygène est la même. Hors, dans le 1er cas, ça brûle lentement, dans le 2ème cas, ça brûle rapidement. Il me semble donc que la surface de combustible en contact direct avec l'oxygène n'ait pas d'incidence sur l'inflammation.

Je pencherai donc pour une hypothèse autre (toute simple), avec une notion de propagation de la chaleur par conduction à travers le matériau. On a besoin de chaleur pour dégrader mon matériau et obtenir des gaz de pyrolyse. Dans le 1er exemple de ma souche de post-il, la chaleur de la flamme du briquet est absorbée en partie par la première feuille de la souche de post-it puis est transmise par conduction à l'ensemble de la souche. De ce fait, une partie de la chaleur est "perdue" en se propageant par conduction à travers tout le matériau. Il faudra donc un certain temps afin que l'intégralité du matériau monte en température jusqu'à que les parties les plus chaudes (celle au contact de la flamme) commencent à se dégrader pour émettre des gaz de combustible. Dans le 2ème exemple, la quantité de combustible étant bien moindre, la feuille de papier seule monte beaucoup plus vite en température que la souche de post-il, puisque toute la chaleur est absorbée par cette même feuille. De ce fait, elle se décompose plus vite, émet plus rapidement des gaz de pyrolyse, et donc, brûle plus vite. Tout ceci n'est qu'une hypothèse, mais je vois que cette explication rationnelle...

Dans cette hypothèse, la surface de contact "combustible /air" ne serait donc pas la réelle justification sur le temps d'inflammation des solides selon leur état de division.

Dans tous les cas, j'espère que vous arrivez à cerner là où je penche. En espérant que vous pourrez m'apporter une réponse physique à mon interrogation.

Bonne soirée !

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pl.lamballais
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MessagePosté le: 22 Oct 2014, 01:28 Répondre en citant Revenir en haut de page

Interessant. Je pense, comme toi, que la division n'est pas la véritable raison, du moins directement. D'ailleurs, puisque ce ne sont pas les solides qui brulent, mais les gaz, le fait que l'on divise ou non un solide n'a pas d'influence sur le fait qu'il brule, pour la bonne et simple raison .... qu'il ne brule pas.
C'est donc sans doute la facilité ou la difficulté de production des gaz qui est à prendre en compte.
D'ailleurs, si tu refaits l'expérience (je viens de refaire avec un paquet de cartes de visite), tu vois bien qu'avec une seule carte, la flamme détruit rapidement le devant mais aussi l'arrière de la carte. Par contre, avec un paquet de carte, tu vas voir que, au bout du même temps, le devant de la première carte est moins abimé que dans le cas d'une seule carte, et que son arrière est également moins abimé. Mais on constate aussi que les cartes 2, 3, 4 etc... sont également abimées. Elles ont donc reçu de la chaleur, qui est absorbé au fur et à mesure.
Comme la production des gaz dépend de la chaleur, dans le cas d'une carte seule, le devant et l'arrière sont rapidement chaud donc produise plein de gaz. Dans le cas d'un paquet, la chaleur doit être "diluée" entre les couches. La montée en température est donc plus lente, il y a donc une moindre production de gaz.

En tout cas, bonne expérience!! Merci!

Amitiés
Pierre-Louis

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Shrulk
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MessagePosté le: 22 Oct 2014, 07:14 Répondre en citant Revenir en haut de page

Salut,

Mon "hypothèse" est donc bonne ?

A bientôt.
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Ponpin
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MessagePosté le: 22 Oct 2014, 13:43 Répondre en citant Revenir en haut de page

Bonjour,

Le fait que le matériau soit moins épais permet également que les gaz de pyrolyse se forment des 2 côtés... Puisque les 2 côtés chauffent très vite (effectivement l'on en revient à la conduction qui traverse rapidement puisque très peu épais).
Le matériau se distille donc plus vite, se sèche puis enfin s'enflamme plus rapidement.

L'hypothèse de la conduction de chaleur rejoint également le fait qu'une porte soumise à un violent incendie peut tenir très longtemps si l'on arrose un côté (en arrosant on annule donc complètement la conduction et le réchauffement de la porte)!!...
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pl.lamballais
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MessagePosté le: 22 Oct 2014, 14:25 Répondre en citant Revenir en haut de page

Ponpin a écrit:
Bonjour,

Le fait que le matériau soit moins épais permet également que les gaz de pyrolyse se forment des 2 côtés... Puisque les 2 côtés chauffent très vite (effectivement l'on en revient à la conduction qui traverse rapidement puisque très peu épais).
Le matériau se distille donc plus vite, se sèche puis enfin s'enflamme plus rapidement.

L'hypothèse de la conduction de chaleur rejoint également le fait qu'une porte soumise à un violent incendie peut tenir très longtemps si l'on arrose un côté (en arrosant on annule donc complètement la conduction et le réchauffement de la porte)!!...

Je ne pense pas qu'on annule la conduction. Simplement, l'énergie se "dépense" par transfert. Donc quand le feu chauffe la face A de la porte, pour la détruire, il doit augmenter la température générale de la porte. La chaleur va donc traverser la porte donc atteindre, par l'intérieur, la face B. Une fois que la face B est chaude, comme le feu continue à chauffer, il y a monté en température. Par contre, si toi tu mets de l'eau sur B, le feu doit chauffer cette eau. Et comme tu arroses donc que tu renouvelles l'eau, le feu doit sans arrête chauffer et en fin de compte n'y arrive jamais. Il perd donc son énergie à chauffer ton eau, donc il n'utilise pas cette énergie a chauffer la porte.

C'est en fait le même principe que le gobelet en carton: tu prends un gobelet en carton et tu le places au dessus de la flamme d'un briquet. Il va percer en quelques secondes. Maintenant, tu prends le même gobelet mais tu met de l'eau dedans et tu recommences. Tu vas voir qu'il résiste très longtemps.

je pense que ce qui explique aussi ce phénoméne, c'est le fait que l'air est un excellent isolant. Donc si je chauffe la face A de ma porte, quand la chaleur atteind la face B, comme aprés B, c'est l'air et que l'air est isolant, la chaleur va rester dans la porte. A l'inverse, si je met de l'eau, comme l'eau est conductrice de chaleur, la chaleur va "aller" dans l'eau donc ne va pas "abimer" la face B.

C'est intéressant comme discussion parce que ça permet de valider par mal de chose. :)

Amitiés
Pierre-Louis
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lamouche
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MessagePosté le: 22 Oct 2014, 16:44 Répondre en citant Revenir en haut de page

C'est le principe du refroidissement du moteur à explosion.
Il y a une ou plusieurs chambre à combustion, en position haute ou la chaleur serra la plus intense il y a le circuit de refroidissement qui fonctionne avec une pompe pour faire circuler le liquide pour éliminé les calories qu'il a prit dans le radiateur ou on reduit le volume pour pouvoir refroidir le plus possible avec le ventilateur.
Et donc on annule bien la conduction de la chaleur pour éviter d'abimer le moteur.

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Ponpin
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MessagePosté le: 23 Oct 2014, 14:11 Répondre en citant Revenir en haut de page

pl.lamballais a écrit:
Ponpin a écrit:
Bonjour,

Le fait [...] de la porte)!!...

Je ne pense pas [...]

Pierre-Louis


Tout à fait, en fait c'est ce que je voulais dire, mais je l'ai mal dit.
Merci de la précision.
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Shrulk
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MessagePosté le: 09 Nov 2014, 15:37 Répondre en citant Revenir en haut de page

Bonjour,

Pour ceux que ça intéresse, je me suis également tourné vers des "chimistes" pour essayer d'aller encore un peu plus loin.

Le sujet où j'ai posé différentes questions ici : http://forums.futura-sciences.com/chimie/666465-demande-de-precisions-chimie-de-combustion.html

A bientôt.
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MessagePosté le: 18 Avr 2015, 23:11 Répondre en citant Revenir en haut de page

Salut,

Peut être que l'eau contenue dans le matériau qui pyrolyse s'évapore plus librement et rapidement lorsqu'il est à l'état divisé, et donc la pyrolyse et l'inflammation qui en découlent surviennent elles aussi plus rapidement.

Si le materiau est épais, les couches inferieures émettront des vapeurs d'eau qui traverseront les couches extérieures déja sèches en les réhumidifiant, ce qui peut retarder la pyrolyse.
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