I. — De LA FLAMME

461. Une flamme est produite par un mélange de gaz ou de vapeurs qui brûlent ; mais à la différence des corps solides ou liquides qui, lorsqu'ils sont incandescents, le sont dans toute leur masse, la flamme n'est lumineuse que dans Tune de ses parties. Il est facile de se rendre compte de ce fait : d'une part, les solides et les liquides possèdent une conductibilité calorifique plus ou moins grande, les gaz, au contraire, exception faite de l'hydrogène, ont un pouvoir conducteur sensiblement nul; d'autre part, le gaz qui constitue une flamme se dilate par la chaleur et s'échappe rapidement dans Tatmosphère, si bien qu'on ne peut pas concentrer sur lui toute la chaleur qu'on lui aurait appliquée s'il était resté en repos.

Les flammes peuvent se distinguer en deux catégories de nature bien différente : les flammes homogènes et les flammes hétérogènes.

463. Une flamme hétérogène est constituée par une bulle gazeuse combustible,, mise en contact avec une atmosphère capable de lui fournir les éléments nécessaires à sa combustion ; une telle flamme n'est lumineuse qu'à sa surface, qui est le seul siège de la combustion.

Dans une flamme homogène^ la matière combustible et celle qui doit la brûler sont intimement mélangées l'une avec l'autre; une semblable flamme est lumineuse dans toute son étendue, et donne naissance à des phénomènes calorifiques bien plus intenses que ceux que peut produire une flamme non homogène : telles sont celles que l'on obtient avec les chalumeaux de Naumann, de Clarke, à gaz oxhydrique, à mélange d'oxygène et d'oxyde de carbone, etc. Ces flammes ne sont pas employées dans l'analyse qualitative.

463. Une flamme hétérogène, celle d*une bougie par exemple, est creuse, et lumineuse seulement à son intérieur. Si on la coupe

CHAP. 1. — DE LA FLAMME. iT.l

par un plan perpendiculaire à la mèche, avec une toile métallique à mailles serrées, par exemple, voici ce que l'on observe dans le plan de la coupe : au centre, la mèche entourée d'un grand espace obscur, qui est la section d'une sorte de réservoir dans lequel se rendent les vapeurs combustibles qui se dégagent de la mèche. Cet espace obscur es» enveloppé par une zone très brillante entoulée elle-même d'une seconde zone encore lumineuse, mais dont l'éclat est incomparablement moins vifque celui de la couche pré- <'édente. Dans le cas que nous considérons, la surface extérieure de la flamme brûle seule an contact de l'air atmosphérique, et la chaleur ne se communique pas à l'intérieur à cause de la mauvaiseconductibilitédugaz,de sorte que l'intérieur obscur qui environne la mèche est très peu chaud. Il est facile de s'en assurer en coupant la flamme avec une toile métallique fine, percée d'un trou que l'on fait arriver sur la direction du prolongement de ta mèche. On peut communiquer par ce trou avec l'intérieur de la llamme, y introduire, soit la boule d'un petit thermoi^ètre à mercure, soit des matières inflammables comme le soufre et le phosphore, sans qu'elles s'enflamment, et même quelquefois de l'aient fulminant sans qu'il détone. La température de cette région atteint A peine 25 degrés.

■i^i. Une section par un plan parallèle à l'axe de la mèche montre bien aussi les Bones principales de la flamme, a (fig. 12) est le centre ou noyan obscur non lumineux, sorte de réservoir de la vapeur combustible qui s'échappe de la mèche; la zone bc qui l'entoure est très lumineuse, cl continue à proprement parler la partie éclairante; c'est là que ^e fait surtout la décomposition des vapeurs hydrocarbonées, en hydrogène et en charbon dont une portion ne trouvant pas l'oxygène nécessaire A sa combustion

devient incandescente. A la partie extérieure est une couche d, peu brillante, à peine visible mais très chaude ; elle enveloppe toute la flamme, et grâce à l'excès d'oxygène qui y afflue le charbon y est brûlé en totalité , ce qui rend compte à la fois de sa haute température et de son peu d'éclat. Enfm on distingue à la partie inférieure une couche e d'un bleu d'azur; elle est due à ce que l'air appelé par le tirage de la flamme se mélange à la partie inférieure avec les vapeurs combustibles, avant que celles-ci soient déjà d^^composées ; il en résulte de l'oxyde de carbone qui vient brûler au; contact de l'air avec la couleur i)leue qui lui est propre et sans do mer de dépôt charbonneux qui rende la flamme éclairante.

465. La forme générale de la flamme est celle d'un cône plus ou moins allongé, et il est facile de se rendre compte de ce fait. Considérons en efi'et une bulle gazeuse que nous supposerons divisée en tranches parallèles par des plans horizontaux très voisins les uns des autres, plaçons-la au milieu de l'atmosphère et considérons une de ces tranches horizontales; elle ne peut brûler que suivant sa circonférence, car au-dessus et au-dessous d'elle sont des tranches semblables dans lesquelles la chaleur ne se propage pas. Or, à mesure que la circonférence brûle, le diamètre de la zone se resserre, il diminue peu à peu jusqu'à se réduire à un point, centre des cercles primitifs. D'autre part, cette couche pendant qu'elle se consume est animée d'un mouvement vertical ascensionnel, c'est-à-dire que le gaz qui la constitue, en même temps qu'il brûle et s'échauffe, se dilate, devient plus léger que l'air, et s'élève dans l'atmosphère. Or, supposons qu'au commencement, la dilatation due à la chaleur de combustion^ soit plus grande que la vitesse de combustion elle-même, la tranche monte en s'élargissant, et donne par . ses difi'érentes positions un tronc de cône surbaissé dont la grande base est tournée vers le haut ; il arrive ensuite un moment où la température croît moins vile, la vitesse de combustion demeurant à peu près constante; alors, tandis que la tranche considérée continue à monter, son diamètre se resserre jusqu'à ce qu'il se réduise à un point. Les différentes couches qui se succèdent montant et brûlant toutes de la même manière, il en

CHAP, I. — DE LA FJ^AMME. 275

résulte qu'à un momeiit délerminé la flamme est consliluée par un système de cercles lumineux placés sur une surface formée de deux sortes de cônes réunis par leur base. Le cône supérieur est beaucoup plus allongé que Tinférieur^ qui du reste est réduit à un tronc. L'intérieur de cette surface est obscur et relativement froid. Comme les tranches successives se déplacent et brûlent d'une manière quelque peu irrégulière, les deux cônes ne sont pas nettement accusés, et il en résulte l'aspect général que présentent les flammes qui vont d'abord en s'élargissant un peu à partir de la mèche, atteignent un diamètre maximum, puis diminuent ensuite peu à peu de largeur à mesure qu'elles s'élèvent dans l'atmosphère.

466. La longueur d'une flamme dépend du rapport qui existe eqtre la vitesse de combustion d'une tranche et la vitesse du mouvement ascensionnel de cette même tranche. Si elle se consume lentement, elle parcourt, avant d'être complètement brûlée, un chemin considérable, et la flamme est très allongée; si la combustion est incomplète, la flamme est plus longue encore, tel est, par exemple, le cas d'une lampe qui file. Si au contraire on fait arri^r un courant d'air dans la flamme de manière à rendre sa combustion très rapide, elle sera courte, et d'autant plus que la vitesse de combustion sera plus considérable.

467. Considérons maintenant le cas ou les choses se présentent dans un ordre inverse : l'atmosphère est formée de gaz combustible, d'hydrogène par exemple, et c'est la bulle de gaz qui arrive dans son intérieur qui renferme de l'oxygène. Le phénomène est exactement le même, la flamme a tout à fait la même forme, et pour la même raison; car l'hydrogène ne biiile que sur les bords de la bulle d'oxygène. Le diamètre de celle-ci subit les mêmes variations de dilatation et de combustion que dans le cas précédent jusqu'à oe qu'elle se réduise à un point.

468. Il y a à considérer dans une flamme, d'abord la combustion du gaz combustible qui est la source de chaleur, ensuite la présence

OU Tabsencd d'un corps solide qui» en devenant incandescent, ajoute sa lumière, parfois très vive, à la lumière très peu intense du gaz en combustion. Les flammes les plus chaudes ne sont donc pas nécessairement les plus lumineuses ; de deux flammes possédant la même température, la plus brillante sera celle qui renfermera le plus de matières solides incandescentes. Ces matières solides peuvent dailleurs être soit les produits de la combustion, soit des matières combustibles incomplètement brûlées, et elles peuvent occuper dans la flamme des positions difilêrentes.

On peut les trouver dans l'enveloppe extérieure de la flamme, comme lorsque du phosphore brûle ; cette couche extérieure qui contient ici de l'acide phosphorique solide est tellement éclatante, qu'elle empêche d'apercevoir les couches intérieures dont l'éclat est beaucoup moins vif.

D'autres fois le solide se rencontre dans la couche moyenne. C'est ce qui se produit avec les combinaisons hydrogénées du carbone qui sont décomposables par la chaleur avec dépôt de charbon. La flamme se compose alors d'une partie centrale obscure, d'une couche moyenne très lumineuse contenant du charbon, enfm d'une enveloppe extérieure bien moins brillante, tout le charbon qui s'y trouve étant brûlé par l'excès d'oxygène que lui ofl*re l'atmosphère environnante.

469. La température des difl'érentes parties d'une flamme varie en sens inverse delà lumière qu'elles émettent ; dans celle d'une bougie, par exemple, la température, très haute dans la couche extérieure, est relativement basse dans la portion lumineuse moyenne. Un fil fin de platine fond dans la première et non dans la seconde, c'est qu'en eflet le charbon qui, en se transformant en acide carbonique, dégage une quantité de chaleur considérable (environ 5800 calories par gramme), est complètement oxydé dans la partie extérieure, tandis que la zone brillante en renferme un excès non brûlé. On s'en assure en coupant la flamme avec une bande d'amiante, sur laquelle se tracent trois zones distinctes dont la plus noire correspond précisément à la partie lumineuse de la flamme.