Vitesse de combustion d'une cigarette en atmosphère hyperbare

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,

Il y a longtemps, j'avais lu une histoire dans laquelle un personnage se trouvait dans un caisson hyperbare et fumait une cigarette.
Il était surpris par le fait que la cigarette se consommait plus rapidement que s'il l'avait fumée à l'air libre.
Je m'étais posé la question de la vraisemblance de cet hypothétique phénomène physico-chimique.

Si l'on essaie de poser les fondamentaux:
La combustion est un phénomène d'oxydo-réduction entre un oxydant ( l'oxygène de l'air) et un combustible (la cigarette).
La vitesse d'une réaction chimique dépend de la pression et de la température à laquelle elle a lieu.

Donc, en principe, oui, il me semble qu'une cigarette va se consumer plus rapidement si elle est fumée en atmosphère hyperbare.
Oui, mais plus rapidement de combien?

Peut-on dire qu'à une pression de 2 atmosphères, elle va se consumer deux fois plus vite? A trois atmosphères, trois fois plus vite, etc?
Il me semblerait que oui, puisqu'à 2 atmosphères, on a 2 fois plus d'air. à trois atmosphères trois fois plus, etc.

Mais il reste la température de la réaction.
Si la combustion se fait deux fois plus vite, alors une quantité donnée de calories sera produite en deux fois moins de temps, donc la température du foyer de combustion devrait être deux fois plus élevée.
Si la température à laquelle se déroule la réaction d'oxydo-réduction est plus élevée, la réaction va être accélérée, ce qui à son tour va augmenter la température encore davantage. Il y a une rétroaction positive.

Peut-on alors dire que si la pression d'air est suffisante, la combustion de la cigarette va se dérouler tellement vite, qu'elle va ressembler à une déflagration?

Un peu comme dans la chanson de Joe Dassin:
"On allumait une cigarette et tout s'allumait
Et c'était la fête, le quatorze juillet"


Mais si la pression de l'air est plus élevée, la diffusion de la chaleur du foyer de combustion vers l'air ambiant par conduction et par convection va se faire de façon plus efficace.
Et si la température du foyer de combustion est plus élevée, il va rayonner davantage d'infrarouge et de lumière visible, ce qui va aussi dissiper de l'énergie.
Tout cela devrait bien freiner une hypothétique rétroaction positive.

Donc pour se résumer:



Si l'on mesure le temps de combustion d'une cigarette en fonction de la pression atmosphérique ambiante, va-t-on obtenir la courbe rouge, pour laquelle le temps de combustion est proportionnel à la pression?

Ou bien la courbe jaune, pour laquelle le temps de combustion est proportionnel au carré de la pression ( au carré, pour simuler un phénomène de feedback positif, corrélé à la température).

On voit que dans ce dernier cas, le temps de combustion devient vite très proche de zéro, autant dire que l'on a affaire à une déflagration.
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[trebor]

Bonjour,
A mon avis c'est une fake news, car fumer dans un caisson médical

[Sethy]

Tout d'abord, dans l'oxygène "pur", une cigarette s'enflamme et sa combustion dure quelques secondes (expérience vue en 4ème, 2ème système belge - oui à l'époque, les profs osaient allumer des cigarettes en classe).

Ensuite, je dirais le problème est que le papier est traité pour obtenir une combustion lente. Ce n'est surement pas le résultat d'un calcul, mais des tentatives par essai-erreur. De plus, c'est quand même complexe puisqu'on a la combustion d'un phase solide.

Aussi, rien ne sera "linéaire". Selon la bonne approche est de raisonner en terme de pression partielle. Dans l'air ambiant, elle vaut 0,21 Atm (21 de l'air est de l'O2). Tant qu'on restera proche de cette valeur, le papier jouera son rôle de ralentisseur. Mais dès qu'on s'en écartera, aucun calcul ne permettra de prédire le comportement. Seule l'expérience le permettra.

[Yvan_Delaserge]

C'est extrait de l'album de Spirou et Fantasio, realise par une sommite de la bande dessinee belge: Andre Franquin.
Nous ne sommes pas dans un caisson hyperbare medical, mais dans la base sous-marine du capitaine Helena, un dangereux criminel.
L'histoire date de 1957. A l'epoque c'etait considere comme parfaitement sain de fumer.
Le scenario etait fortement inspire du film qui a fait du Commandant Cousteau une vedette: Le monde du silence.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sethy]

Pièce jointe 480291
C'est extrait de l'album de Spirou et Fantasio, realise par une sommite de la bande dessinee belge: Andre Franquin.
Nous ne sommes pas dans un caisson hyperbare medical, mais dans la base sous-marine du capitaine Helena, un dangereux criminel.
L'histoire date de 1957. A l'epoque c'etait considere comme parfaitement sain de fumer.
Le scenario etait fortement inspire du film qui a fait du Commandant Cousteau une vedette: Le monde du silence.

Loul. C'est le seul album de cette série que j'ai : "Le repaire de la Murène" (j'ai bon ?).

[Yvan_Delaserge]

Bien vu, Sethy!

[trebor]

Bien vu, Sethy!

Salut à tous,
Effectivement que c'est bien vu , ici c'est il y en a qui sont plus fort que ChatGPT

[Yvan_Delaserge]

Revenons a nos moutons.

On a parle d'une atmosphere d'oxygene pur, mais pas d'une atmosphere d'air comprime.

La cigarette va-t-elle oui ou non bruler plus rapidement dans une atmosphere hyperbare?

[Sethy]

J'ai répondu. Pour moi cela dépend de la pression partielle en O2 qu'il suffit de calculer. Si elle est largement supérieure à 0,21 Atm, oui cela se consumera beaucoup plus vite, voire la cigarette s'enflammera même.

[Kondelec]

Non, ce n'est pas une simple question de pression partielle, même dans l'oxygène pur une matière combustible ne brule pas forcément si les produits de combustion ne sont pas évacués.
A haute pression on favorise la réaction en apportant plus d'oxygène, mais on diminue l'efficacité de la dispersion des gaz produits. Avec une cigarette ce 2eme effet est particulièrement marqué.
Pour ma part je ne serais pas catégorique, je ne sais pas si la combustion serait plus rapide ou plus lente.

[Ladrix]

Bonjour à tous.

Les astronautes de Apollo 1 semblent répondre positivement à la question posée.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Apollo_1

Le déclenchement et l'extension de l'incendie avaient été favorisés par l'atmosphère d'oxygène pur

simplement en exercice au sol, un ridicule problème de cable électrique (trainant sous les tapis ?) déclencha un incendie mortel malgré les scaphandres.
L'incendie fut foudroyant, les 3 astronautes payèrent de leur vie une combustion avec une grande pression partielle de l'oxygène, 100% oxygéne à faible pression donnant, il me semble une approximation de l'atmosphère hyperbar suggérée dans la question initiale.
La Nasa fit marche arrière en réintroduidsant une atmosphère plus conforme à celle de la Terre.
Le plus terrible, c'est que la Nasa connaissait ce risque, pris uniquement pour accélérer la mission lunaire en économisant quelques kg du systéme de survie (soit quelques tonnes de fusée quand même...

Ladrix.

[Kondelec]

Non ce n'est pas équivalent...

[Yvan_Delaserge]

J'aurais tendance à penser comme Kondelec.
Spirou: 20% d'oxygène, haute pression.
Apollo 1: 100% d'oxygène, faible pression.

[Ladrix]

Bonjour à tous.

Pour savoir, il faut passer au laboratoire et faire des mesures (Max Planck)

Ladrix

[ThM55]

Dans l'histoire de Spirou, le bandit qui avait son repère à 100 mètres sous la mer utilisait un mélange gazeux gaz spécial sans azote pour éviter l'ivresse des profondeurs (les auteurs de BD franco-belges de l'époque et leurs éditeurs avaient un souci éducatif pour leurs jeunes lecteurs, souci qui remonte à Jules Verne je crois; ils se documentaient sérieusement pour assurer la vraisemblance de leurs scénarios et on trouve effectivement peu de scénarios purement fantaisistes et poétiques à cette époque).

Selon mes souvenirs, la vitesse d'une réaction simple dépend des concentrations des réactifs (quelque chose comme où x et y dépendent des coefficients stœchiométriques. Donc elle dépend directement de la pression, ou d'une puissance, via les concentrations (pour une température fixée). Me trompe-je?

[Kondelec]

Il n'y a pas besoin d'un laboratoire, il suffit de mettre une cigarette dans une bouteille de coca en plastique, de gonfler à 5b (soit 1b de pression partielle, ce qui de l'avis de certain devrait donner le même résultat que dans l'oxygène pur), et allumer la clope avec une loupe.
La vitesse d'une réaction dépend des concentrations en phase liquide, mais dans un gaz c’est beaucoup plus compliqué que ça, notamment pour les raisons que j'ai évoqué plus haut mais que personne ne semble avoir relevé.

[Ladrix]

@Kondelec

la bouteille et l'air comprimé et allumer la clope avec une loupe : on appelle ça un laboratoire.
Manque plus que quelques instruments de mesure (un financement aussi)


Ladrix.

[Yvan_Delaserge]

Non, ce n'est pas une simple question de pression partielle, même dans l'oxygène pur une matière combustible ne brule pas forcément si les produits de combustion ne sont pas évacués.
A haute pression on favorise la réaction en apportant plus d'oxygène, mais on diminue l'efficacité de la dispersion des gaz produits. Avec une cigarette ce 2eme effet est particulièrement marqué.
Pour ma part je ne serais pas catégorique, je ne sais pas si la combustion serait plus rapide ou plus lente.

Pourquoi l'efficacité de la dispersion des gaz produits diminue-t-elle?
N'est-elle pas dépendante de la convection?
C'est-à-dire que le gaz chaud produit par la combustion est plus léger que le gaz à température ambiante et il s'évacue vers le haut.
Ce phénomène diminue-t-il en atmosphère hyperbare?

[Kondelec]

Avec une cigarette la dispersion se fait plutôt par diffusion, et ce phénomène est bridé à plus haute pression.

Manque plus que quelques instruments de mesure (un financement aussi)

Je devrais pouvoir obtenir un budget de la part de ma nièce (elle boit du coca light), pour la loupe travaillant dans la recherche fondamentale je suis déjà équipé. Il ne manque plus qu'une source de rayonnement assez intense pour pouvoir la focaliser sur l'embout d'une cigarette (que je possède par ailleurs). L'idéal serait de recourir à une réaction de fusion entretenue sur une grande quantité d'hydrogène, mais effectivement ça dépasse mes moyens, des idées ?

[Ladrix]

pour la source thermonucléaire les anciens l'utilisaient courament.
Archimède et le siège de Syracuse.

Ladrix