ACÉTYLÈNE ET GAZ A LEAU

zine et surtout du styrolène; à température plus élevée, au-dessus de 700**, il se décompose directement en carbone et hydrogène, d'autant plus rapidement que la température est plus élevée, tant du moins que Ton ne se rapproche pas des températures extrêmement élevées de Tare électrique, auxquelles il recommence à être stable.

La décomposition de Tacétylène en carbone et hydrogène dég.ige une quantité considérable de chaleur, + 51,12 Cal., pour I n olécule CH* = 26 gr. Cène température serait suffisante pour poner à 3200^ les produits de la décomposition de ce corp^ et produire en vases clos, une pression de 12 atm.

Une réaction dégageant une aussi grande quantité de chaleur devrait, par raison d'analogie, pouvoir présenter un caractère explosif, c*cst-à-dire que la décomposition provoquée en un point de la masse par une source limitée de chaleur, devrait se propager de proche en proche, comme cela a lieu dans la combustion des mélanges de gaz et d*air.

En fait, la décomposition de l'acétylène peut prenJrc le caractère explosif, pourvu que la pression mitiale soit un peu supérieure à la pression atmosphérique. Cette influence de la pression est difficilement explicable, car la réaction se fait sans changement de volume, le volume de Thydrogène produit étant égal à celui de l'acétylène décomposé.

Les expériences de M. Vieille ont montré que l'on pouvait, obtenir la décomposition explosive de Tacétylène sous des pressions d'autant moins fortes que le diamètre des vases renfermant les gaz comprimés était plus grand. Le tableau suivant donne les pressions et diamètres des tubes correspondant au début de Texplosibilité des gaz :

Diamètre du vaie en mm.

Pression en atm.

On admet que sous la pression atmosphérique la décomposi-

tion explosive ne peut pas se transmettre dans une masse d'acétylène exempte d'air, mais ce fait n*a pas été établi par des expériences absolument cenaiùes. Il n'y aurait rien d'impossible à ce que dans des gazomètres de plusieurs mètres cubes, de Tacétylène emmagasiné sous la pression atmosphérique puisse prendre le régime de décomposition explosive, pourvu que la décomposition soit provoquée au début par une flamme suffisamment volumineuse.

Vitet8» de propagatioii. — La vitesse avec laquelle se propage la détonation provoquée en un point d'une masse d'acétylène comprimée peut être mesurée par des procédés variés. M. Vieille a employé dans ce but une méthode très originale : il prend un tube d'acier de 4 m. de longueur et 20 mm. de diamètre rempli d'acétylène comprimé et librement suspendu comme un pendule. La détonation provoquée par un procédé électrique à une extrémité du tube donne lieu, pendant la propagation de l'explosion à des changements locaux de densité et par suite, à un déplacement par rapport au tube, du centre de gravité de la masse d'acétylène, le tube doit prendre simultanément des mouvements de sens contraire, pour assurer Tinvariabilité du centre de gravité du système total, que l'action des forces intérieures au système ne peut déplacer. L'enregistrement du mouvement du tube permet de déterminer la durée de propagation de l'explosion. Le tableau suivant donne les durées de propagation de l'explosion dans un tube de 4 m. de long et de 20 mm. de diamètre, sous des pressions diflérentes :

. Pression •n kg.

Durée •n secondes

Cette vitesse peut encore être mesurée par la méthode photographique, dont l'emploi a été indiqué précédemment pour la

ACÉTYLÈNE ET GAZ A L'tAU 253

combustion des mélanges de gaz sulfurés. La lumière produite par décomposition explosive de Tacétylène est suffisante pour donner une impression photographique, même avec des tubes en rerre étroits de 5 mm. de diamètre intérieur. L'inflammation était produite au moyen d'une petite charge de poudre, la vitesse initiale, très variable suivant la pression du gaz, ne dépasse pas habituellement quelques centaines de mètres par seconde, mais elle croît rapidement au fur et à mesure de sa progression pour atteindre bientôt des vitesses variant de ) .200 à 1.800 m. quand la pression initiale passe de 5 atm. à 35. Cette vitesse finale est sensiblement uniforme, mais ne l'est pas rigoureusement comme dans le cas de Tonde explosive véritable. Les courbes photographiées présentent de légères sinuosités. Les photographies, fig. 39 et 40, donnent la reproduction d'expériences faites sous des pressions de 10 et de 30 atm. La décomposition de l'acétylène correspond aux petits traits fins vers le bas des photographies, la grande flamme blanche supérieure provient de la combustion à l'air du carbone après la rupture du tube, l'inclinaison de la limite inférieure de cette grande flamme donne la mesure de la vitesse avec laquelle se propage en arrière la rupture du tube. Cette vitesse est d'environ 1.500 m. par sec.

Esplotion de Taoétylène liquide. — L'acétylène liquide détone plus facilement encore que l'acétylène gazeux et les pressions obtenues sont beaucoup plus considérables en raison de l'élévation de la densité de chargement; les expériences de M- Vieille ont donné les résultats contenus dans le tableau suivant : la colonne intitulée densité de chargement donne le poids en grammes d'acétylène par centimètre cube de la capacité close où se fait la détonation, et la colonne pression, la pression explosive mesurée exprimée en kilog. par centimètre carré.

Densité Pression

ISTRODUCTION A LÈTUDE DK LA MÉTALLURGIE

ACÉTYLÈNE ET GAZ A l'eaU 255

Ces pressions sont tout à fait comparables à celles que donne l'explosion de la dynamite sous les mêmes densités de chargement.

Les dangers d'explosion de Tacétylène liquide sont tellement grands par la facilité avec laquelle se produit cette détonation et par la grandeur des pressions résultantes, que son transport et son emploi ont été complètement interdits par les règlements de police. Quelques accidents très graves se sont produits lorsque l*on ne connaissait pas encore ce danger ; il peut être intéressant de rappeler la cause de quelques-unes de ces explosions pour montrer la facilité avec laquelle elles peuvent se produire. Dans une fabrique insuUée à Montmartre^ un consommateur avait renvoyé une bouteille en acier, que Ton croyait complètement vidée. Avant de la remplir à nouveau, voulant étancher une fuite, on essaya de resserrer la tète en bronze vissée sur le récipient en acier et portant le robinet pointeau : la friction développée par le serrage de Técrou fit détoner la bouteille et les deux ouvriers employés à ce travail furent tués; un frottement de métal sur mèul avait suffi pour provoquer Texplosion.

Un second accident se produisit en Belgique, au moment où Ton ouvrait le robinet d'une bouteille pour la mettre en communication avec un manomètre et s*assurer, par la mesure de la pression, s*il restait ou non deTacétylène liquide dans le récipient ; la bouteille sauta en tuant les personnes présentes. Il y avait sans doute de Tair dans le manomètre, sa compression par la détente de Tacétylène avaitsuffi pour élever sa température jusqu'à celle d'inflammation du mélange d*acétylène et d*air, qui s'était formé nécessairement au contact des deux gaz, et la détonation s'était propagée dans toute la masse de l'acétylène tant gazeux que liquide.

On est arrivé à éviter ces dangers d'une façon <i peu près absolue en combinant deux ordres de précautions diflférentes, telles que chacune d'elles suffirait pour assurer une sécurité complète, si elle était exactement réalisée ; la probabilité d'un manquement simultané dans la réalisation de ces deux conditions devient assez faible pour pouvoir être considérée comme pratiquement nulle.

La première de cts précautions consiste à remplir les récipients, où l'on emmagasine Tacétylène, avec des corps poreux, dont la présence suffit pour s'opposer à la détonation, non seulement de l'acétylène gazeux comprimé, mais même de l'acétylène liquide. C'est un phénomène analogue à celui que Ton utilise depuis longtemps dans la fabrication de la dynamite ; le mélange de la nitro-glycérine avec une matière poreuse, la silice d'infusoires, diminue énormément son aptitude exagérée à la détonation; le mélange de trois parties de nitro-glycérine, pour une de silice d'infusoires peut être manié sans précautions spéciales, mais détone par le choc du fulminate de mercure ; au contraire, le mélange de une partie de nitro-glycérine, pour trois de silice d'infusoires ne peut plus détoner dans aucune condition.

On emploie comme corps poreux, pour l'emmagasinement de l'acétylène dans les bouteilles d'acier, des mortiers très poreux, constitués par un mélange de ciment et de silice d'infusoire, au milieu duquel on loge des fragments de charbon de bois ; on obtient ainsi une masse solide qui, après durcissement et dessiccation, présente des pores très fins, donnant un volume de vides atteignant 80 0/0 de celui de la capacité ainsi remplie.

La seconde mesure préventive consiste à emmagasiner l'acétylène, non pas à Tétat libre, mais en solution dans l'acétone ; la présence de ce corps, dont la décomposition absorbe de la chaleur, s'oppose à la détonation de Tacétylène. i molécule d*acétone, C* H* 0 = 58 gr. absorbe en se décomposant 39 Cal ; i molécule d'acétylène, C*H* = 26 gr. dégage en se décomposant, 5 1,4 Cal. Le mélange de ces deux corps, à molécule égale, dégagera en se décomposant 12,4 Cal., quantité trop faible pour élever beaucoup la température de la masse. Si l'on doublait au contraire la quantité d'acétylène, à raison de 2 molécules pour i d'acétone, la chaleur dégagée serait 63,8 Cal., quantité suffisante pour porter la température de la masse au rouge naissant; il semble à priori que le premier mélange ne doit pas être explosif et que le second peut l'être ; or, c'est à peu de chose près, le résultat obtenu par l'expérience. Les dissolutions saturées à la

ACÉTYLÈNE ET GAZ A l'eAU 257

température ordinaire sous des pressions inférieures à 1 5 kg. ne sont pas susceptibles de prendre le régime de la détonation explosive, tandis que les mélanges saturés sous la pression de 20 kg. le font très facilement et leur détonation donne en vase clos des pressions de 3.000 kg. par centimètre carré. Le mélange des deux corps^ molécule à molécule s'obtient sous la pression de 13 atm.

\S acétylène dissous^ qui a reçu un grand nombre d'applications industrielles : Téclairage des automobiles, la soudure autogène de l'acier, est précisément une solution d'acétylène dans Tacétone, saturée sous la pression de 10 atm. et emmagasinée dans des récipients d'acier remplis d'une masse poreuse. L'emploi très répandu de ce combustible n'a occasionné jusqulci aucun accident par explosion à l'intérieur des récipients ; il s'est produit par contre des accidents par combustion spontanée à l'air, dans certains cas ou ces récipients avaient été brisés par des chocs extérieurs. L'inflammation spontanée de l'acétylène, mis ainsi brusquement en contact avec Tair, n'est pas très facile à expliquer, car la détente du gaz comprimé devrait amener un refroidissement au-dessous de la température ambiante. Peut-être la projection de fragments en fer de la bouteille brisée donne-t-elle lieu à des étincelles. Cette inflammation spontanée n'est d'ailleurs pas particulière à l'acétylène, on l'a observée plus souvent encore dans la rupture des récipients renfermant de l'hydrogène comprimé employé dans l'aérostation militaire.

Combustion de Taoétylène. — La combustion totale de Tacétylène aux dépens de Tair se fait suivant la formule de réaction :

O H* + 2,5 O' + 10 Az* = 2 CO* + H* O + 10 Az*

ce qui correspond à une proportion, dans le mélange initial, de 7,74 0/0 d'acétylène contre 92,26 O/o d'air.

En diminuant progressivement la proportion d'air, on observe dans les produits de la combustion, de l'oxyde de carbone et de

2S8 INTRODUCtiON A l'ÉTUDE DE LA MÉTALLURGIE

Thydrogène, jusqu'à la proportion limite de 17,37 0/0 d acétylène correspondant à la formule de réaction :

C H' + O* + 4 A2' = 2 CO + H* + 4 hz\

Enfin, avec des quantités d'air moindres encore, la combustion de plus en plus incomplète donne lieu à la précipitation d'un abondant dépôt de charbon.

Limite d'inflammabilité. — Les limites extrêmes de composition entre lesquelles les mélanges d'acétylène sont inflammables, sont les suivantes, à condition d'opérer dans des vases d'un diamètre suffisant pour annuler complètement l'influence refroidissante des parois, c'est-à-dire de 50 mm. de diamètre au moins.

Oxygène pur 2,8 à 93 0/0 d'acétylène

Air 2,8 à 65

En opérant dans des tubes d'un diamètre plus étroit les limites d'inflammabilité se resserrent, aucun mélange d'acétylène et d'air ne peut brûler dans des tubes d'un diamètre inférieur à 0,5 mm. Le tableau suivant montre cette influence du diamètre :

Diamètre .... 0,5 0,8 24 6 20 30 40 Limite inférieure . . 9 7,7 5 4,5 4 3,5 3,1 2,9 Limite supérieure . 9 10 1525 40 55 62 64

Vitesse de propagation. — Des expériences faites dans un tube de 40 mm. de diamètre ont donné les résultats qui suivent :

Acétylène 0/0 . ... 2,9 8 9,5 22 64 Mètre par seconde . . 0,20 5 6 0,40 0,05

La courbe résumant ces résultats a été donnée dans un des chapitres précédents (page 132). Le point anguleux de la courbe correspond à la proportion d'acétylène à partir de laquelle le carbone commence à se décomposer.

Température de combustion. — L'acétylène brûlant avec l'air

ACÉTYLÈNE ET GAZ A l'eAU 2$^

dans les proportions voulues par la combustion complète, soit 7,74 0/0 produirait, si on néglige l'influence de la dissociation, une température de 2 400°, supérieure de 400° à celle donnée par les autres gaz combustibles.

Avec une proportion de 17,37 0/0 d'acétylène, correspondant i la combustion pour oxyde de carbone et d'hydrogène, la température serait de 2.100*». En fait, l'écart entre les deux températures réelles de combustion est moindre que ne Tindiquent ces chiffres, parce que dans le second cas il n'y a pas de dissociation possible et la température calculée est exacte, tandis que pour la combustion complète, la dissociation de l'acide carbonique et de la vapeur d*eau doivent en réalité abaisser la température de près de 200*».

La combustion de l'acétylène avec l'oxygène, dans les proportions voulues pour la formation d'oxyde de carbone et d'hydrogène, donne une température extrêmement élevée, évaluée à 4.000^, bien supérieure, par conséquent, à celle du chalumeau oxhydrique qui est de 3.300° seulement; elle est même supérieure à celle de Tare électrique, c'est la plus élevée des températures que nous sachions produire ; elle est dépassée seulement par celle du soleil.

Il est impossible de faire aucun calcul dans le cas du mélange pour combustion complète, parce que la dissociation est alors beaucoup trop importante; il est probable que la température reste sensiblement constante depuis la proportion correspondant à la combustion pour acide carbonique et vapeur d'eau, jusqu'à la combustion pour oxyde de carbone et hydrogène, c'est-à-dire pour des mélanges d'acétylène et d'oxygène renfermant depuis 25 0/0 jusqu'à 50 0/0 d'acétylène.

Chalomean oxy-acétyléniqua. — Cette propriété de l'acétylène de brûler avec un faible volume d'oxygène en donnant la température la plus élevée réalisable et en même temps une flamme exclusivement composée de gaz réducteurs, a reçu une application très importante pour la soudure autogène du fer. Ce

mode de travail encore à ses débuts prendra un développement tous les jours plus important.

Les mélanges d'acétylène et d'oxygène ont une vitesse initiale de propagation de la combustion, extrêmement considérable, voisine de 200 m. ; on peut cependant empêcher la flamme de rentrer dans les chalumeaux à gaz mêlés en faisant écouler le gaz sous une pression suffisamment énergique, voisine de une atmosphère et à travers des orifices suffisamment étroits. Cette vitesse énorme de combustion permet d'obtenir des flammes d'un volume extraordinairement petit, dans lesquelles la concentration de chaleur par unité de volume dépasse tout ce que Ton aurait pu prévoir et n'est égalée que par Tare électrique; un chalumeau oxy-acétylénique, par exemple, brûlant 150 1. à rheure, donne, quand on laisse Tacétylène se dégager dans Tair sans aucun mélange d oxygène, une flamme d'environ 250 mm. de longueur et 100 cm* de volume. Après l'addition de la proportion voulue d'oxygène^ la flamme se réduit à un petit dard bleue de 5 mm. de longueur et de moins de i/io de centimètre cube de volume ; la chaleur dans le second cas est donc concentrée dans un volume i.ooo fois moindre que dans le premier cas.

En dirigeant le dard de ce chalumeau contre une masse de fer de dimensions quelconques, le point touché par le dard fond instanément, la quantité de chaleur apportée par la flamme dépassant de beaucoup celle qui peut être enlevée dans le même temps parla conductibilité de la masse compacte de métal. Comme d'autre part la flamme est exclusivement composée de gaz réducteurs, l'oxydation du métal est impossible dans la partie centrale de la flamme, là où Tair n'a pas encore pénétré en quantité suffisante. On peut avec ce chalumeau réaliser la soudure autogène de pièces de métal de plusieurs centimètres d'épaisseur, on l'emploie couramment pour la réparation des chaudières marines, en particulier pour l'obturation de toutes les fentes, qui sont une cause de danger très sérieuse. On peut même remettre ainsi des pièces pour remplacer des régions altérées.

L'application la plus imponante de ces procédés, suxqueU

ACÉTYLÈNE ET GAZ A l'eAU 26 1

on peut prédire un développement rapide, concernera certainement les réparations journalières dans les usines. La rapidité de ces réparations présente en général une importance capitale, parce que tout arrêt de la fabrication est une source de pertes considérables. On peut, en combinant le coupage des métaux i Toxygène et la soudure oxy-acétylénique exécuter en quelques heures un grand nombre de réparations, qui exigeraient sans cela des jours et parfois des semaines.

Éclairage à racétylène. — De tous les gaz combustibles , Tacétylène est celui qui possède le pouvoir éclairant le plus considérable. Il doit cette propriété à deux causes difiérentes : il se décompose à très basse température et laisse ainsi facilement déposer son carbone ; d*autre part la chaleur dégagée dans la décomposition de ce gaz élève sa température de combustion et par suite Téclat des parcelles de carbone incandescent.

Par contre, la forte proportion de carbone fournie par sa décomposition tend à donner des flammes fuligineuses, comme c'est d'ailleurs le cas également des vapeurs de benzine et de naphtaline. Pour éviter cet inconvénient, il faut brûler ces gaz avec des orifices très étroits et par suite sous des pressions très fortes, 30 a 50 mm. pour Tacétylène au lieu de 2 mm. pour le gaz d'éclairage. Dans les becs Manchester à trous conjugués, on atteint même la pression de 100 mm. d'eau.

Voici quelques résultats relatifs aux pouvoirs éclairants des différents becs à acétylène. On remarquera que le rendement lumineux est d'autant meilleur que le bec est plus puissant, propriété commune d'ailleurs à tous les gaz éclairants.

Natare du bec Débit à l'heare FooToir éclairant Litre par

en litr«8 en CarceU Carcel

Bec Bougie . .

Bec Manchester Bec à fente . . Bec à fente . .

Bec à fente . ,

La largeur des trous des becs Manchester ou des fentes des becs Papillon ne dépasse généralement pas quelques dixièmes de milmètre. Dans les becs Manchester, on écarte notablement les trous Tun de l'autre, d'environ i mm. par litre de débit à l'heure.

L'acétylène peut être employé dans des brûleurs Bunsen, mais dans ce cas, la pression nécessaire pour entraîner le volume voulu d'air avec une vitesse suffisante pour empêcher le retour de la flamme en arrière est de 150 mm. d eau. On peut avec ces brûleurs chauffer des manchons Auer dont le rendement est remarquable; un bec de 100 1. à l'heure donne la carcel pour 2 1. d'acétylène.

L^éclairage à flamme libre par Tacétylène donne lieu à une difficulté assez sérieuse résultant de l'encrassement des becs ; il se forme autour de l'orifice de dégagement de petites croûtes de coke résultant d'un dépôt de charbon aggloméré par de l'acide phosphorique. Elles sont très dures tant que le bec est chaud, mais après son extinction, l'acide phosphorique absorbe Thumidité de Tair en se dissolvant et coule sur les parties métalliques qu'il attaque énergiquement. L'acétylène brut renferme toujours des quantités importantes de phosphure d'hydrogène, 0,5 gr. à 2 gr. par mètre cube. Pour éviter cette difficulté de Tencrassage, on emploie d'une part les becs dits à entraînement d'air et d'autre part on débarrasse le gaz de son phosphure d'hydrogène en le faisant passer sur de l'anhydride chromique. On trouve dans le commerce une matière fabriquée pour cet usage; elle est obtenue en imprégnant la silice d'infusoires d'une solution d'anhydride chromique. On emploie aussi le chlorure de chaux.

Carbure de calcium. — Le carbure de calcium s'obtient en fondant au four électrique un mélange de 100 parties de chaux vive et 63 parties de carbone; la dépense d'électricité est de 5 à 6 chvx-heure par kilog. de carbure; le prix de revient peut atteindre 200 fr. la tonne.

Le carbure de calcium pur donnerait théoriquement 340 1.

ACèTYLèNE ET GAZ A l'eAU 263

d'acétylène au kilog., mais le produit industriel renferme toujours des impuretés, argile ou magnésie, provenant des calcaires et des cendres de combustibles, et le rendement ne dépasse pas 300 1. au kilog.

L'action de Teau sur le carbure de calcium est extrêmement violente et donne lieu à un dégagement tumultueux, que Ton ne peut arriver à régler qu'au moyen d'artifices spéciaux. Pour les faibles productions, on peut faire arriver l'eau goutte ï goutte sur le carbure, mais ce procédé n'est pas applicable pour les productions industrielles mettant toujours en jeu des masses impor* tantes. L'échauffement résultant de la chaleur de réaction élève la température à loo** et même au-dessus, ce qui provoque, surtout en présence de la chaux, une polymérisation rapide de l'acétylène et le rendement diminue. En même temps si la pression s'élevait dans les appareils, la décomposition explosive de l'acétylène pourrait se produire.

On préfère dans ce cas employer des dispositifs mécaniques qui projettent progressivement le carbure dans un grand excès d'eau, dont la masse s'oppose à une élévation trop grande de la température.

La décomposition du carbure par Teau est considérablement ralentie quand on fait dissoudre dans l'eau différents corps organiques : du sucre, de la glycérine, de l'alcool. Par exemple le mélange :

Eau 60

Glycérine .... 20

Alcool 20

Total .... 100

donne un dégagement lent et assez régulier.

Enfin on a proposé l'emploi de sels hydratés, comme le carbonate neutre de soude décahydraté. En mettant le sel cristallisé avec du carbure dans un cylindre et faisant lentement tourner ce dernier on obrient un dégagement régulier dont on peut régler

la vitesse par la vitesse de rotation qui met en contact le carbure avec le sel non encore décomposé.

Accidents causés par Tacétylène. — L'emploi de l'acétylène a occasionné déjà de nombreux accidents et quelques-uns ont été très graves. Il en est résulté un certain discrédit pour ce combustible. On a considéré ce gaz comme particulièrement dangereux. En réalité il n'est guère plus dangereux par lui-même que n'importe quel autre gaz combustible, toutes les fois du moins qu'il n'est pas employé sous pression. En fait, la presque totalité des accidents occasionnés par l'acétylène l'ont été dans des circonstances où il se trouvait sous la pression atmosphérique. La cause de ces accidents a toujours été la même : des imprudences dans le maniement des appareils servant à la production de ce gaz; ces appareils ont été mis entre les maios de personnes insuffisamment au courant des préacutions à prendre dans la préparation d'un gaz formant avec l'air des mélanges explosifs. Si Ton avait chez soi de petites usines à gaz d'éclairage, comme on installe partout de petites usines productrices d'acétylène, les accidents occasionnés par le gaz d'éclairage ne seraient pas moins nombreux. Les manipulations à faire pour charger et décharger les appareils producteurs, sans laisser le gaz se répandre dans des locaux trop souvent confinés, sont infiniment plus délicates que l'ouverture ou la fermeture d'un simple robinet, seule opération que le consommateur ait à faire pour l'emploi du gaz d'éclairage.

Tous les accidents occasionnés par l'acétylène seraient facilement évités si Ton s'astreignait à placer les appareils producteurs en plein air, ou au moins sous des hangars ouverts à tous les vents et si Ton s'abstenait systématiquement d'y pénétrer avec des lumières allumées, précautions trop rarement prises.

ACETYLENE ET GAZ A l'eAU 265