MÉTHODES EXPÉRIMENTALES

Depuis environ une cinquantaine d’années, les recherches sur l'onde explosive sont entrées dans une phase importante. Les travaux de Dixon d’une part, de Mallard et Le Chatelier d'autre part, ont mis entre Îles mains des chercheurs deux moyens d’investigation très distincts.

Après Berthelot et Vieille, Dixon (17) a utilisé la méthode d'enregistrement chronoélectrique dont le principe est le suivant : dans un tube cylindrique très long, de diamètre uniforme, contenant le mélange gazeux à expérimenter, on provoque l'onde explosive et on fait rompre par celle-ci deux fils fins, disposés à une distance aussi grande que possible l’un de l’autre dans le tube. Ces deux fils font partie des deux circuits d’un chronographe électrique Le Boulangé. La mesure est d'autant plus précise que les fils sont séparés par une plus grande distance. Berthelot et Vieille utilisèrent des tubes de plomb et de caoutchouc d’une cinquantaine de mètres de long. Dixon se servit de tubes de 55 et de 100 mètres de longueur qui lui permirent d'obtenir une très grande précision dans ces mesures. C’est d’ailleurs cette précision qui constitue le gros avantage de la méthode chronographique.

À la suite de Mallard et Le Chatelier, de nombreux expérimentateurs ont adopté la méthode d'enregistrement photographique qui donne, en plus d’un moyen simple de mesurer la vitesse de propagation des flammes, de précieux renseignements sur leur mouvement. Actuellement, c’est le seul procédé d'investigation appliqué à l’étude des détonations et des phénomènes qui les accompagnent, d'autant plus que les améliorations qui lui ont été apportées permettent maintenant de faire des mesures de vitesses dont la précision est presque comparable à celle que donne la méthode chronographique.

La principale caractéristique de l’onde explosive étant la vitesse considérable avec laquelle elle se propage, le moyen le plus simple

BÉRE UE

de déterminer le domaine de détonation des mélanges de gaz consistera à établir la courbe des vitesses de propagation de flammes à travers ces mélanges en fonction de leur composition. Cependant Campbell, Littler et Whitworth (14) ont proposé récemment une autre méthode consistant à enregistrer les vitesses de montée en pression des mélanges gazeux de composition variable enfermés dans un autoclave et enflammés par une étincelle électrique. Les résultats obtenus semblent comparables à ceux fournis par l'usage de méthodes plus rigoureuses.

Disposant d’une installation chronophotographique déjà utilisée par M. Lafitte puis par M. Patry, nous avons employé pour ces recherches la méthode de MM. Mallard et Le Chatelier. Pour mesurer les vitesses de détonation par cette méthode, et déterminer d’une façon précise les limites de concentration au delà desquelles les mélanges gazeux ne sont plus susceptibles de donner l'onde explosive, il faut :

1° Pouvoir préparer des mélanges en toutes proportions et connaître à chaque fois leur composition aussi exactement que

possible;

2° Être en mesure de faire naître l’onde explosive dans tout mélange capable de lui donner naissance;

3° Pouvoir enregistrer le passage de cette onde explosive et mesurer sa vitesse de propagation.

L'installation que nous avons utilisée comporte trois parties :

a. L'appareil de préparation des mélanges de gaz; b. Le tube de détonation; c. L'appareil de prises de vues et les installations annexes.

A, — L'appareil de préparation des mélanges de gaz.

Les premiers expérimentateurs préparaient leurs gaz en utilisant des gazomètres à cloche ou des flacons Deville. Lorsqu'il s’agit de gaz peu solubles dans l’eau, il est possible de préparer les mélanges en proportions voulues en introduisant dans ces récipients des volumes proportionnels mesurés sous pression atmosphérique des différents gaz constituants. Si l’on désire travailler en l'absence d'humidité on peut, comme le fit H. B. Dixon pour

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les mélanges acétylène-oxygène et cyanogène-oxygène, sécher séparément les constituants et en faire le mélange dans un gazomètre à cloche sur mercure. En général, chaque fois que cela est possible, la dessiccation s’opère entre le gazomètre renfermant le mélange et le tube de détonation. Mais cette méthode, appliquée aux gaz de densités très différentes, comme l'hydrogène et l’oxygène, présente le grave inconvénient suivant : au cours de la dessiccation, réalisée par exemple en faisant passer lentement, bulle à bulle, le mélange dans des laveurs contenant de l’açide sulfurique concentré puis dans des tubes à anhydride phosphorique, la composition du courant gazeux ainsi réalisé varie constamment. L'hydrogène, suivant la loi de diffusion des gaz, franchit plus facilement que l'oxygène le tout petit orifice formé par les robinets entr ouverts. Au début de l'opération, on a un gaz dont la teneur en hydrogène est plus élevée que celle correspondant aux proportions dans lesquelles a été préparé le mélange du gazomètre; à la fin la teneur est inférieure. De sorte que si l’on a besoin pour une expérience d’une quantité assez importante de mélange, il est impossible, au moyen de prises d'essai faites par dérivation du courant gazeux dans un eudiomètre, d’avoir la composition exacte du mélange entrant en expérience.

Egerton et Gates (20) ont décrit une méthode élégante permettant de préparer des mélanges de gaz ou de vapeurs solubles ou insolubles dans l’eau. Ils sèchent séparément les constituants et utilisent des mesureurs à mercure pour obtenir les proportions voulues. Malheureusement, il est impossible, à cause du poids du mercure qu’il faudrait mettre en jeu, de construire des mesureurs de capacité supérieure à 350 centimètres cubes.

I ne nous était pas possible d’adopter cette méthode car chacune de nos expériences nécessitait un volume d’environ un litre de mélange gazeux.

Il existe des procédés consistant à réaliser le mélange par la rencontre de courants gazeux de débits connus et constants, proportionnels aux concentrations des constituants; on homogénéise le courant résultant et on lui fait parcourir le tube à expériences. Ce procédé a été employé par MM. Prettre et Laffitte (37) au cours de leurs recherches sur les températures d’inflammation des mélanges gazeux.

Lorsque l’on désire préparer un mélange d’air ou d'oxygène avec des vapeurs combustibles, on emploie une méthode qui

Thèses. — J, 15-36, 2

pr

dérive de ce procédé. Dans ses expériences sur la formation de l'onde explosive dans les mélanges d’oxygène et de sulfure de

urette de vaporisetion vo/atils

des liquides

<— Gaz comburent sec sa 4 S2 (J

Gaz comhustible

sec

Re <>

= Tube de délonotion

Fig. 1.

carbone, M. Laffitte (24) obtenait un gaz à composition constante OS? + 302 en faisant barboter un courant à vitesse réglée

RS Re

d'oxygène dans des saturateurs à sulfure de carbone, maintenus constamment à une température pour laquelle on obtenait ur mélange ayant la composition désirée.

Dans leurs travaux sur la détermination des limites d’inflammabilité des mélanges d'air et de vapeurs combustibles, Berl et Hartmann opéraient d’une manière analogue (1) : un courant d’air sous pression constante et à débit régulier et d’abord desséché sur du chlorure de calcium, traverse des saturateurs contenant le liquide volatil. Ces saturateurs sont immergés dans un thermostat dont la température est légèrement supérieure à la température ambiante. L’analyse du courant d’ar chargé de vapeur combustible est faite par interférométrie, ce qui permet de connaître à chaque instant la composition du courant gazeux.

Pour la construction de notre appareil, nous sommes partis du principe suivant : d’après la loi des gaz parfaits, la pression totale d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles des constituants. Notre installation comporte donc

a. Plusieurs séries de tubes desséchants pour débarrasser les différents gaz de leur humidité. Dans le cas de l'hydrogène, de l’oxyde de carbone, de l’oxygène, des carbures saturés de série grasse, nous utilisions des laveurs à acide sulfurique auxquels faisaient suite des tubes desséchants à anhydride phosphorique. Dans le cas de l’ammoniac, nous avons employé des tubes contenant de la potasse caustique concassée. L’acétylène était séché sur du chlorure de calcium;

b. Un gazomètre Deville à mercure, d’une capacité de deux litres, servant de mélangeur;

c. Un tube barométrique constitué de la façon suivante

Un tube vertical de cristal, de 1 mètre de hauteur et 7 millimètres de diamètre intérieur, plonge dans un flacon contenant du mercure sur la surface duquel la pression atmosphérique s’exerce librement. Ce tube est en relation avec le reste de l’appareil au moyen du robinet R..

Une bonne trompe à eau, iaslé de l'appareil par un laveur Durand contenant de l'acide sulfurique concentré, changé fréquemment, permet de faire le vide dans toute l'installation sans

ue l'humidité puisse y pénétrer.

Ce vide fait monter le mercure dans le tube. Un vernier au 1/10° se déplaçant sur une graduation en centimètres de o cen-