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LES BOUGIES

 

Une bougie est constituée d'une mèche prise dans un baton (plus ou moins gros) de cire (de la paraffine). En fait, lorsqu'on allume la bougie, la chaleur dégagée fait fondre la cire autour de la flamme. La cire, liquide, est alors absorbée par la mèche, par capillarité : la cire a tendance, en imbibant la mèche, à monter jusqu'à la flamme. Arrivée à la flamme, c'est bel et bien la cire qui brûle, et qui entretient la flamme. Mais du coup, comme de la cire est partie en fumée, au sens propre, la mèche peut en absorber davantage, et c'est ce qui alimente la flamme. Au bout d'un moment, la capillarité ne suffit pas à amener assez de cire à la flamme, et c'est la mèche qui brûle un peu, et raccourcit, pour descendre en même temps que la cire.

C'est aussi ce qui se passe dans les lampes à huile ou a pétrole : une mèche plonge dans de l'essence, de l'huile, du pétrole - bref, le combustible. Comme c'est plus liquide que la cire fondue (moins visqueux), la capillarité suffit à alimenter la flamme, même si la mèche est bien plus haut que le niveau du liquide. La mèche ne se consume donc pas : c'est le combustible, qui arrive à la flamme par capillarité.

bougie

Passons maintenant à la flamme : la flamme, c'est de l'air chaud. Il existe en fait en gros deux zones dans une flamme : une partie bleue, en bas, et une partie jaune. C'est dans la partie bleue que se déroule la combustion, surtout. C'est à dire que le combustible (pour la bougie, c'est la cire) au moment où il arrive dans la flamme, est porté à une haute température. A cette température, il se produit alors une réaction chimique avec l'oxygène de l'air, qui fait disparaître le combustible et l'oxygène, pour donner essentiellement de l'eau, et des oxydes de carbone. Et cette réaction libère de l'énergie, sous forme de chaleur. Cette chaleur est nécessaire pour que le combustible qui arrive par la mèche puisse alors brûler.

La partie jaune est surtout dûe aux poussières chaudes émises par la flamme : les restes de la combustion. C'est parce que les objets chauds, comme les gaz juste au dessus de la mèche peuvent émettre de la lumière. C'est ce qui nous intéresse dans la bougie, puisqu'on l'utilise en général pour éclairer.

Mais ça n'est pas fini : les gaz émis par la bougie, et l'air qui se trouve dans la flamme sont très chauds. Et cela fait qu'ils ont tendance à monter, à cause de la poussée d'Archimède - parce qu'ils sont plus chauds que l'air ambiant. Lorsque ces gaz montent (il suffit de mettre sa main au dessus de la bougie pour s'apercevoir que c'est très chaud, même assez haut), cela renouvelle l'air au niveau de la mèche : comme de l'air (chaud) s'en va, de l'air (frais) le remplace. Et cet air frais est chargé d'oxygène, alors qu'il n'y en a plus dans l'air chaud, puisqu'il a brûlé avec le combustible. Donc, la réaction peut continuer, et la flamme est ainsi alimentée en combustible (la cire, ou l'essence) par capillarité, et en comburant (l'oxygène) par convection (le fait que l'air chaud monte). C'est d'ailleurs cela qui explique la forme de la bougie : si il n'y avait pas de convection, elle serait ronde. Si elle est dirigée vers le haut, c'est parce que l'air chaud qui monte est un courant d'air qui la déforme.

Si la convection existe, c'est grâce à la poussée d'Archimède. Et la poussée d'Archimède est la manifestation dans les fluides (les gaz par exemple) de la pesanteur. Donc, en apesanteur, dans une station spatiale en orbite, par exemple, il n'y a pas de convection. La flamme d'une bougie est alors parfaitement ronde, mais elle s'éteint très vite, car la convection n'existe pas et ne permet pas de renouveller l'air autour de la mèche, et donc la flamme manque vite d'oxygène. Une fois qu'elle a consommé tout celui qui se trouvait autour d'elle, elle s'éteint donc. En cas de panne électrique, les astronautes ne peuvent donc pas recourir aux bougies !

Auriez vous pensé qu'une bougie pouvait être aussi complexe ?