DES LIMITES DE COMBUSTION

1. Gay-Lussae et A. de Humboldt ont constaté, depuis longtemps que 100 volumes d’hydrogène détonent et brûlent complètement dans l’eudiomôtre en présence d’une quantité d’oxygène comprise entre 50 et 900 volumes. Avec 950 d’oxygène pour 100 d’hydrogène, la combustion n’est plus complète; c’est ce qui résulte des nombres ci-dessous :

Volume d'hydrogène. Volume d’oiygène. Volume de gaz disparu.

11 ne faut pas croire d’ailleurs, que l’hydrogène, parce qu’il est considérablement dilué d’oxygène, cesse de pouvoir entrer en combinaison avec ce gaz; en effet, si au lieu d’une seule étincelle, on en fait passer un grand nombre, la combinaison a lieu peu à peu et finit par devenir complète. Le défaut de combinaison dans le premier cas, tient seulement à l’obstacle que présente la masse inerte du gaz à la propagation de la combustion.

M. Sehutzemberger a repris l’étude de ces faits et observé des nombres un peu différents de ceux qui sont mentionnés plus haut ; ainsi des mélanges de 100 d’hydrogène avec 800, 850, 900 et 950 d’oxygène se comportent à peu près de même, c’est-à-dire ne détonent pas, ou détonent parliellement, seulement vers la partie supérieure du tube, là où jaillit l’étincelle. Le résultat dépend d’ailleurs de certaines conditions, telles que le diamètre des eudiomètres, la longueur et la pression des colonnes gazeuses.

Quand la combustion n’est que partielle, on observe que la dose d’hydrogène brûlée est dans un rapport simple avec la quantité totale d'hydrogène; elle est, par exemple, le quart, le tiers, ou la moitié de ce volume. Ce fait s'explique par la production de nœuds qui partagent la colonne gazeuse en un certain nombre

départies, au delà desquelles la combustion cesse de se propager; on vérifie celte explication par l’observation du dépôt de rosée formé sur les tubes qui,

B en effet, ne sont humides que sur le quart, le tiers, ou la moitié de leur longueur. Rappelons aussi les expériences de M. Neyreneuf, qui a démontré plus nettement encore la production de ce mouvement vibratoire, en faisant détoner des mélanges d’hydro- . gène et d’air dans de longs tubes intérieurement enduits de paraffine. 11 se forme par la fusion de la paraffine, aux endroits où la

£^3 flamme a été directement en contact, des anneaux réguliers qui

attestent l’existence du mouvement vibratoire (fig. 88). jCÏÏÏ Les expériences de M. Schut/.emberger ont été faites avec des

eudiomètres de 76 centimètres, portant à la partie supérieure 1 des fils de platine soudés, dont l’écartement était de 2 a 3 milli¬

mètres; ces eudiomètres plongeaient dans une cuve profonde qui permettait de faire varier à volonté la pression. En maintenant la pression invariable et en modifiant la longueur de la colonne gaffij zeuse, on observe que la combustion tantôt se propage dans toute

jfaiisj la masse, tantôt s’arrête à une certaine limite ; au delà d’une cer-

Fi?. 88. taine longueur de gaz, la combustion cesse de se propager. Il y a pour chaque pression une longueur limite’à partir de laquelle la

propagation n’a plus liei

■ abscisses les pressions, et pour ordonnées les longueurs

courbe b ta (fig. 89), qui, s’écartant d’abord de

1 axe des x a mesure que la pression augmente, s’en rapproche ensuite

que si l'on brûle successivei santés de mélange gazeux, ce i

respond à peu près à la

i pression 50 centimètres,

pour le mélange 900 v.O et 100 vol.H. 11 suit delà n eudiomètre des quantités crois- • à la fois la longueur de la colonne

et la pression, la propagation de la combustion devra avoir lieu pour toutes les pressions qui seront plus petites que les ordonnées de la courbe pour la pression correspondante. La ligne des longueurs effectives est une droite inclinée à 45° sur l’axe des x, qui coupe la courbe aux points a et b, entre lesquels la combustion peut se propager ; au-dessus et au-dessous, il n’y a point de propagation. Si l’on augmente la longueur de l’eudiomètre, les deux points a et b doivent se rapprocher, car l’allongement du tube a pour effet d’éloigner la droite des longueurs effectives parallèlement à elle-même, tandis que la courbe lie change pas de place ; pour un tube d'pne longueur convenable, ces deux points se confondraient en un seul, l ; àvec un tel tube, il n’y aurait donc

J. 0GIE

qu’une seule longueur de colonne gazeuse qui permît la propagation. Ces conséquences sont vérifiées par l’expérience.

Les variations des autres circonstances : température ambiante, diamètre du tube, composition du mélange entre certaines limites (800 à 950 d’oxygène pour 100 d’hydrogène), semblent n’avoir qu’une influence secondaire, en déplaçant un peu les points singuliers.

Quand il s’agit de gaz combustibles autres que l'hydrogène, renfermant deux ou plusieurs éléments susceptibles de se combiner à l’oxvgène, les phénomènes deviennent beaucoup plus complexes. Il faut alors tenir compte de circonstances diverses : inégale combustibilité des éléments, partage de l’oxygène entre eux, décomposition progressive du gaz, et influence secondaire des éléments combustibles sur les produits d’une première réaction.

Prenons pour exemple un carbure d’hydrogène, le formène. Les mélanges de formène et d’oxygène ne brûlent que dans certaines limites de composition. La limite jusqu’à laquelle on peut pousser l’excès d’oxÿgène est plus éloignée qu’avec l’hydrogène; ainsi un mélange de 950 d’oxygène et de 100 de formène brûle encore; mais, avec ce gaz, la pression et la longueur de la colonne gazeuse paraissent être sans influence.

En'diminuant au contraire le volume de l’oxygène, on rencontre, pour chaque carbure, une limite à laquelle la combustion ne se propage plus ; un mélange à volumes égaux d’oxygène et de formène détone encore entièrement. Avec moins d’oxygène, l’action de l’étincelle n’est plus que partielle, et le mélange gazeux enflammé à l’extrémité d’une éprouvette se consume lentement comme le ferait le carbure seul ou mélangé d’azote.

Rappelons encore les limites de combustion indiquées par M. Coquillion (Comptes rendus, t. LXXXIII, p. 709), pour les mélanges de gaz des marais et d’air. Avec 1 de formène et 5 d’air, l’étincelle ne produit rien ; avec 1 de formène et 6 d’air l’explosion a lieu par petites saccades ; c’est la première limite produisant l’explosion avec excès de G* H* ; avec 7, 8 ou 9 d’air, l’explosion a lieu nettement et se produit encore avec 12, 13, 14, 15 d’air, mais en s’affaiblissant ; pour 16 parties d’air on atteint la seconde limite avec excès d’oxygène au delà de laquelle l’explosion cesse de se produire.

Le gaz oléfiant présente les mêmes caractères : avec l’hydrure d’éthylène, le mélange limite est à peu près formé de 3 volumes d’oxygène, pour 2 volumes de carbure ; avec l’acétylène, 1 volume d’oxygène et 2 volumes de carbure. Ces chiffres montrent que la limite de propagation correspond à une dose d’oxvgène moindre que celle qui est nécessaire pour brûler tout l’hydrogène du carbure. En effet, on a :

D’après cela, on peut prévoir qu’un mélange isomère de l’éthylène, tel que celui formé par volumes égaux d’acétylène et d’hydrure d’éthylène (C 4 II 2 + C 4 H 6 = 2C 4 H 4 ), devra présenter la même limite que l'éthylène. C’est ce qui a lieu en effet.

Comme nous l’avons dit à propos de l’hydrogène, lorsque l’étincelle ne détermine pas l'inflammation totale dans un mélange d’oxygène et d’hydrocarbure, l’oxydation complète peut cependant être produite au moyen d’une série prolongée d'étincelles, soit encore au moyen d’un fil de platine et de palladium rougi par un courant électrique. *

2. Partage de l’oxygène entre deux gaz combustibles. — En brûlant des mélanges d’oxvde de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, Bunsen avait cru observer que l’oxygène se partage entre les deux gaz combustibles suivant un rapport de volume simple : en d’autres termes, si la proportion de l’un des gaz varie, le rapport de l’oxygène et à l’autre restant constant, le partage de l’oxygène entre les deux se fait suivant la même loi jusqu’à une certaine limite, pour laquelle il prend brusquement une autre valeur simple, les rapports entre les quantités d’oxygène étant entre elles, par exemple, 1 :1, 1:2, 1: 3.

Des travaux plus récents de Horstmann contredisent ces résultats : Si l’on ajoute à un mélange constant d’hydrogène et d’oxyde de carbone des quantités croissantes d’oxygène, l’acide carbonique et l’eau produits sont en proportions variables d’une manière continue et non par sauts brusques, comme le dit Bunsen : mêmes résultats lorsqu’on mélange de l’oxyde de carbone et du gaz de la pile : Le rapport entre les deux produits gazeux de la combustion varie sans

sauts brusques, par exemple de y? à —, lorsque le rapport entre l’hydrogène et l’oxyde de carbone passe lui-même de à La loi de partage peut, en réalité, s’énoncer ainsi dans ce cas : Le rapport entre la vapeur d’eau et l’acide carbonique produits, est égal au rapport entre l’hydrogène et l’oxyde de carbone non brûlés, multiplié par un coefficient indépendant des proportions des deux combustibles, mais variable avec la quantité d’oxygène ajoutée au mélange. Soit m la vapeur d’eau, n l’acide carbonique, p l’hydrogène restant, q l’oxyde de carbone restant, on a : — = a x a variant de 4,0 à 6,4, suivant la quantité d’oxygène.

Ces lois s’appliqueraient sans doute à l’étude de gaz combustibles autres que l’oxyde de carbone et l’hydrogène, mais avec des coefficients différents.

3. Au point de vue de la pratique des analyses eudiométriques, l’étude des limites de combustion nous montre quelles précautions sont à prendre lorsqu’on veut obtenir des résultats précis : il faut que la proportion d’oxygène soit un peu plus grande que celle qui serait strictement nécessaire pour une combustion totale. Un trop grand excès d’oxygène peut empêcher la combustion, tout comme le ferait un gaz inerte, de l’azote par exemple : en d’autres termes, la combustion se fait sûrement lorsqu’on connaît à peu près d’avance la composition du mélange sur lequel on doit opérer. On est donc souvent obligé de faire une expérience préliminaire qui donne une première indication, et après laquelle on vérifie, au moyen du pyrogallate, si la dose d’oxygène était beaucoup trop grande. On modifie cette dose en conséquence, lorsqu’on fait l’expérience définitive. Lorsque le gaz inerte est dé l’azotej il convient alors d’ajouter un

J. 0 GfER — ANALYSE DES GAZ

excès de gaz de la pile, de manière à diminuer le rapport entre le gaz inerte et les gaz combustibles.

La présence de l’azote peut entraîner d’ailleurs d’autres erreurs qu’il est important de signaler : en effet, pendant la combustion du mélange tonnant, une partie de l’azote entre quelquefois en combinaison avec l’oxygène et produit de l’acide nitrique. Ainsi, d’après Bunsen, lorsqu’on fait détoner un mélange d’azote et d’oxygène avec quatre ou cinq parties de gaz de la pile, il se forme une dose considérable d’acide nitrique; le mercure est attaqué (avec dégagement de bioxyde d’azote), et se recouvre de cristaux de nitrate de mercure. Bien que l’oxydation de l’azote ne soit jamais complète, une grande partie de ce gaz peut se combiner à l’oxygène, comme le montre le tableau suivant :

VOLUME

PRESSION