En termes simples, la combustion signifie brûler. Pour que le processus de combustion ait lieu, du carburant, de l’oxygène et une source de chaleur d’allumage sont nécessaires pour démarrer une réaction chimique en chaîne ; dans un feu de camp, par exemple, le bois est le combustible, l’air ambiant fournit l’oxygène et une allumette ou un briquet peut allumer le feu. L’augmentation de l’un de ces éléments augmentera l’intensité du feu, tandis que l’élimination de l’un d’entre eux entraînera l’arrêt du processus. Si le feu de camp est étouffé par de l’eau ou de la saleté, par exemple, l’oxygène ne peut plus atteindre la chaleur et le carburant, et il s’éteint.
Carburant
Le carburant est la substance qui brûle pendant le processus de combustion. Tous les carburants contiennent de l’énergie potentielle chimique; c’est la quantité d’énergie qui sera libérée lors d’une réaction chimique. La quantité d’énergie qu’une substance libère lorsqu’elle brûle est appelée chaleur de combustion. Chaque carburant a une densité énergétique spécifique, ou combien de mégajoules (MJ) d’énergie sont produits par kilogramme (kg) de substance ; le méthane, par exemple, a une densité énergétique de 55.5 MJ/kg, ce qui signifie qu’il peut fournir plus d’énergie que le soufre à 9.16 MJ/kg.
Une grande variété de substances peuvent être utilisées comme carburants, mais les hydrocarbures sont parmi les plus courants. Ceux-ci incluent le méthane, le propane, l’essence et le carburéacteur, pour n’en nommer que quelques-uns; tous les combustibles fossiles, y compris le charbon et le gaz naturel, sont des hydrocarbures. D’autres substances couramment utilisées comme combustibles comprennent l’hydrogène, l’alcool et les biocarburants, comme le bois.
Lors de la combustion, le carburant est transformé en chaleur et en gaz d’échappement. Lorsque l’essence brûle, par exemple, elle produit de l’eau (vapeur), du dioxyde de carbone, de l’azote, du monoxyde de carbone et d’autres éléments. La combustion peut également libérer des particules, qui sont de minuscules particules qui flottent dans l’air ; ceux libérés par la combustion de combustibles fossiles et de bois contribuent souvent à la pollution de l’air. L’échappement peut cependant être utilisé à des fins bénéfiques, comme fournir la poussée qui pousse une fusée dans les airs. La plupart des gaz d’échappement sont sous forme de gaz en raison de la chaleur produite par le processus de combustion, mais ils peuvent également être sous forme liquide ou solide.
Oxygène
Pour que le carburant brûle dans le processus de combustion, il doit également contenir de l’oxygène. La source la plus courante est l’air, qui contient environ 21 % d’oxygène. D’autres sources, souvent appelées oxydants ou agents oxydants, comprennent le peroxyde d’hydrogène, le nitrate de potassium et bien d’autres. Lorsqu’un agent oxydant est introduit dans un combustible, il libère de l’oxygène et peut augmenter la vitesse à laquelle le feu brûle.
Comme le carburant, l’oxygène n’a pas besoin d’être sous forme de gaz, bien que cela soit très courant. Dans une fusée à poudre, par exemple, un oxydant solide est mélangé au carburant pour créer le propulseur, qui brûle lorsqu’il est enflammé et propulse la fusée vers l’avant. La navette spatiale et d’autres engins spatiaux utilisent de l’oxygène liquide dans le cadre du processus de combustion.
Lorsqu’un feu n’a pas assez d’oxygène, il ne brûle pas complètement. Cette combustion incomplète produit du monoxyde de carbone, du carbone (suie) et d’autres particules qui contaminent l’air. Une combustion incomplète dans un foyer ou une fournaise d’une maison peut dégager des gaz toxiques et être très dangereuse.
La Chaleur
La chaleur ou l’allumage est ce qui démarre le processus de combustion. Étant donné que la chaleur est également produite lorsque quelque chose brûle, une fois le processus démarré, une chaleur supplémentaire n’est pas toujours nécessaire pour maintenir la réaction chimique en chaîne. L’étincelle initiale qui déclenche le processus chimique peut être fournie par une flamme, une friction ou même la chaleur du soleil.
En cas de combustion spontanée, la fermentation ou l’oxydation peuvent créer suffisamment de chaleur pour allumer un feu. Dans un tas de compost, par exemple, les bactéries peuvent commencer à décomposer les composés organiques, créant suffisamment de chaleur et d’oxygène pour provoquer la combustion. Certains matériaux — appelés substances pyrophoriques — s’enflamment lorsqu’ils sont exposés à l’air ou à l’eau; le phosphore et le plutonium en sont deux exemples. Lorsque ces matériaux rencontrent une source de combustible, ils peuvent déclencher un incendie très difficile à éteindre.
Contrôle du processus de combustion
Comme les trois parties sont nécessaires à la combustion, l’augmentation ou la diminution de l’une d’entre elles affectera le processus. L’augmentation de la quantité d’oxygène ajoutée à un feu en utilisant un agent oxydant, par exemple, accélérera la combustion du feu. La suppression ou la réduction de la source de carburant la fera brûler plus petite ou s’éteindra.
Il existe trois méthodes de base pour arrêter le processus de combustion :
enlever le carburant,
enlever l’oxygène,
et/ou enlever la chaleur.
La combustion peut également être arrêtée en arrêtant la réaction chimique en chaîne qui crée des flammes. Ceci est particulièrement important lorsque certains métaux, comme le magnésium, brûlent, car ajouter de l’eau au feu ne fera que le rendre plus fort. Dans de tels cas, des produits chimiques secs ou des halométhanes sont utilisés pour arrêter la réaction.
Lequel de ceux-ci est le meilleur moyen d’arrêter un incendie dépend du type et de la taille de l’incendie. Lors d’un incendie dans une maison, par exemple, les pompiers utilisent de l’eau ou de la mousse pour empêcher l’oxygène d’atteindre le combustible et pour réduire la température. Bien que l’eau puisse être utilisée sur une forêt ou un feu de forêt, l’élimination du nouveau combustible pour le feu en enlevant les broussailles et la végétation morte de la zone est souvent un élément important pour l’arrêter.