TOUT FEU TOUT FLAMME.

Réponse du département sciences et techniques

Bonjour,

Quelques rappels de précédentes réponses du guichet autour de la thématique de la flamme et du feu pour commencer :
- Qu’est-ce que le feu ?
- La couleur de flamme
- Flamme.

La température d’une flamme

Selon le livre Faire du feu comme nos ancêtres de Jacky Parmentier, « La braise a une température de 350°C. C’est une consumation sans dégagement de gaz inflammable. La flamme est un phénomène chimique qui correspond à l’embrasement de gaz combustible par leur combinaison avec l’oxygène de l’air. La température de la flamme d’un papier ou d’un morceau de bois est approximativement de 600°C ». Les grandes flammes de feu de bois peuvent atteindre presque 900°C.
Comme vous l'aviez pressenti, toutes les flammes n’ont en effet pas la même température. Thierry Lehner dans L’état de plasma, le feu de l’Univers, précise ainsi que la température de certaines flammes peut être plus élevée que celle d’un feu de bois : si une cigarette peut atteindre une température de 1 200°C, le gaz de ville monte à 1 900°C au cœur de la flamme, quant au mélange d’O2 et d’H2, il peut atteindre 2 500°C.
Pour le chalumeau oxyacétylénique : les gaz utilisés sont l'oxygène pur et l'acétylène, dont la combustion dégage une énergie importante (du fait de la triple liaison carbone-carbone et de l'efficacité de l'oxycombustion). La température de la flamme peut dépasser 3100 °C. Alors que la température de coulée d’acier liquide ne s’élève qu’à 1500°C et que celle du magma volcanique se situe entre 500 et 1200 °C.

Vous trouverez sur Wikipédia une échelle des ordres de grandeur des températures, pour situer l'ensemble de ces flammes.


Les hautes et très hautes températures :

La définition des limites des hautes températures a varié au cours de l’histoire :
On considère généralement que les recherches physico-chimiques aux hautes températures ont débuté à la fin du XIXe siècle, lorsque Paul-Gabriel Hautefeuille et A. Perrey déterminèrent les points de fusion des silicates, vers 1 000 °C, et surtout lorsque Henri Moissan, en 1897, inventa et utilisa les premiers fours à arc dans lesquels la température dépassa 2 000 °C. Avant 1903, Hermann Walther Nernst réussit à employer la magnésie comme élément chauffant dans un four électrique et, en 1905, Moissan indiqua que le graphite se volatilise à 3 000 °C. Depuis ces premiers travaux, les moyens de production des hautes températures et les méthodes de mesure n'ont cessé de faire des progrès, permettant aux physiciens et aux chimistes d'entreprendre des recherches systématiques au-dessus de 1 000 °C pendant les premières décennies du XXe siècle, puis jusqu'à 2 000 °C dès avant la Seconde Guerre mondiale, enfin au-delà de 2 000 °C depuis 1950 environ.
Ces limites sont également fonction des matériaux employés, en effet :
L'intérêt fondamental des températures élevées réside dans l'influence qu'elles peuvent avoir sur la structure de la matière d'une part, et sur la vitesse des réactions chimiques d'autre part.Les applications de la physico-chimie des hautes températures sont importantes, car de très nombreux matériaux sont fabriqués à température élevée ; les progrès de la métallurgie, des verres ou des ciments, par exemple, ont souvent justifié et suivi l'extension des connaissances physico-chimiques vers des températures de plus en plus hautes.
Source : Encyclopédie Universalis, article sur la Physico-chimie des hautes températures.

La physique des très hautes températures est actuellement liée à la physique des plasmas :
A l'état solide, les atomes sont fermement emprisonnés dans un réseau rigide (comme dans la glace par exemple). Lorsque l'on monte en température, on passe à l'état liquide (la glace se liquéfie), où les atomes peuvent glisser les uns par rapport aux autres, ce qui permet au liquide d'épouser la forme d'un récipient. Si on chauffe encore, on arrive à l'état gazeux : les atomes se déplacent alors librement, indépendamment les uns des autres (l'eau s'est transformée en vapeur). Enfin, quand on arrive à de très hautes températures (typiquement plusieurs millions de degrés !), les constituants de l'atome se séparent, noyaux et électrons se déplacent indépendamment et forment un mélange globalement neutre : c'est un plasma .
Source: CEA, fusion magnétique.
Pour en savoir plus :
L’état de plasma, le feu de l’univers .


La mesure de la température

Avec des températures de quelques millions de degrés, il devient difficile d’utiliser un thermomètre, pourtant on a bien mesuré la température du soleil !
C’est ce paradoxe qu’explique Benjamin Bradu dans son blog La science pour tous. La solution réside dans l’analyse du spectre de rayonnement qui permet de déduire à distance la température d’un corps.

Il est ainsi possible de construire des thermomètres indiquant directement la température thermodynamique en mesurant soit la puissance totale du rayonnement soir cette puissance pour une ou plusieurs fréquences en utilisant des filtres. Un gros avantage du thermomètre à radiation est qu’il n’a pas à être en contact avec l’objet dont on veut mesurer la température.
Source : Du thermomètre à la température, Roger Lamouline, Ellipses, 2005.

Enfin, si vous voulez tout savoir des lois de Stefan, Wien et Planck qui interviennent dans ces mesures, quelques sources supplémentaires à consulter : sur les sites de l’académie de Nice et de la société d’astronomie de Rennes.