Influence d'un champ électrique
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IntroductionL'ESA (European Space Agency) organise pour la 4ème fois un concours réunissant divers étudiants européens amenés à réaliser l'expérience de leur choix en microgravité, au mois de juillet 2001. Les paraboles réalisées par l'A-300 Zéro-G (photo) permettent de créer les conditions de microgravité. Le programme de vol parabolique inclut 25 à 30 paraboles par vol. Chaque période de microgravité (en haut d'une parabole) dure environ 20 seconde et est précédée et suivie d'une accélération à 2g. Cette année, nous (Hedwige
Tourmente, Mikhaïl
Stepanov, Bruno Coriton, Franck
Richecoeur) participons à
cette 4ème campagne de l'ESA, avec l'intention de réaliser
une expérience portant sur l'étude des effets d'un champ
électrique sur une flamme de diffusion en microgravité. Parrainés par Jean-Michel Most (LCD, Laboratoire de Combustion et Détonique, CNRS, Poitiers) et avec le soutien de Jacques Baillargeat ("Merci Jacques!!!"), nous mettons en place le protocole expérimental, spécifique aux conditions d'apesanteur. Forts de leur connaissance des vols paraboliques, ils ont accepté de nous aider tant sur le plan scientifique que technique. L'expérience que nous souhaitons réaliser est avant tout visuelle: une flamme est filmée dans une enceinte fermée. Quelques expériences sur les flammes en microgravité ont déjà été réalisées, mettant en évidence la difficulté à maintenir la forme de la flamme et son exploitation dans de telles conditions.L'utilisation d'un champ électrique pourrait alors permettre de résoudre ce problème fondmental. |
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L'expérience...
La formation d'une flamme résulte de la présence de trois éléments: le combustible, l'oxygène et la chaleur.
Vue d'un briquet incliné Le briquet incliné, la flamme revient à sa
position "naturelle": verticale. Pourquoi un tel phénomène?
Plus précisément:
L'action combinée de la gravité et des mouvements de convection des gaz à la périphérie de la flamme assure le mélange de l'oxygène et des gaz diffusés (le combustible), et par conséquent permet aux réactions chimiques propres à la combustion (phénomène complexe au cours duquel interviennent divers intermédiaires réactionnels: H+, OH-, O...) de se réaliser. La gravité est donc un facteur déterminant de la forme d'une flamme, et peut être même à sa création...
Interessons-nous à l'équation de Navier-Stokes:
Cette équation relie l'écoulement d'un fluide
à sa viscosité, la pression et les fores volumiques qui
lui sont appliquées. Observons les résultats d'expériences déjà menées en microgravité et étudiant le comportement d'une flamme de bougie:
Les forces de Boué sont comparables à une
poussée d'Archimède dans l'air. Combinées aux forces
gravitationnelles, elles sont à l'origine des mouvements de convection
qui nourrissent la flamme en oxygène.
Comme nous l'avons vu, les réactions chimiques font intervenir des radicaux chargés. De par l'absence de mouvements de convection en microgravité, ces particules sont quasiment statiques. L'emploi d'un champ électrique uniforme permettrait-il de recréer
de tel mouvement? |
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Le matériel...Voici un schéma du dispositif expérimental:
Nous utilisons une flamme de bougie. La bougie a une mèche en fibre de verre.
Afin de filmer le comportement de la flamme au cours du vol, la bougie est placée dans une enceinte étanche. Celle-ci doit permettre l'évacuation des gaz brulés et l'apport de gaz frais. Pour cela, deux vannes sont situées sur le dessus de l'enceinte.
enceinte contenant la bougie Un orifice sur le côté permet de filmer l'intérieur de la boite grâce à une caméra grand angle.
Enceinte - Vue de droite
Tout le matériel sera fixé sur un bâti.
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Conclusion...Nous espérons maintenant avoir la chance de réaliser cette expérience à bord de l'A-300 Zéro-G, et de vérifier si nos interrogations quant à l'éfficacité d'un champ électrique pour redonner à la flamme ses caractéristiques (forme et dégagement de chaleur) sont fondées. |
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la bougie
