Comment brûle une bougie?

Comment brûle une bougie?

Vous êtes-vous jamais demandé comment une bougie brûle? Comment il se fait qu'un bout de mèche, qui normalement brûlerait en quelques minutes si elle n'était pas au coeur d'un bloc de paraffine, brûle à présent pendant des heures? Pourquoi la paraffine ne brûle-t-elle pas sans mèche?

Les bougies font tellement partie de notre univers quotidien qu'on ne s'étonne même plus de les voir brûler.
Pourtant, le processus qui entretient la flamme est des plus intéressants!

Deux composants travaillent ensemble dans une bougie:
◦le combustible, constitué d'un type ou l'autre de cire,
◦la mèche, constituée d'un cordon tressé absorbant.
La mèche doit être naturellement absorbante, comme un essuie-éponge, ou elle doit avoir une forte action capillaire (comme les mèches en fibre de verre utilisées dans les lampes à huile).
Si vous manipulez un bout de mèche non primée (voir l'article "Primez vos mèches"), vous remarquerez qu'elle ressemble à de la corde moelleuse et qu'elle absorbe parfaitement l'eau. Cette capacité d'absorbtion est très importante car le rôle d'une mèche est d'absorber la cire liquide et de la "pousser vers le haut" pendant que la bougie brûle.

La paraffine (voir l'article à ce sujet) est un hydrocarbone lourd extrait du pétrole.
Lorsque vous allumez une bougie, vous faites fondre la cire dans et autour de la mèche. La mèche absorbe la cire liquéfiée et la pousse vers le haut. La chaleur de la flamme vaporise la cire et c'est cette vapeur de cire qui brûle.
Vous pouvez vérifier que c'est la vapeur de cire qui brûle et non la cire liquide en réalisant deux expériences simples:
◦procurez-vous un petit tube de verre (du genre de ceux que l'on utilise en laboratoire) et placez une extrémité dans la flamme d'une bougie à un angle de 45°. Vous pouvez enflammer l'autre extrémité du tube et obtenir une deuxième flamme.
La vapeur de cire monte dans le tube de verre et c'est elle qui alimente cette seconde flamme.

◦Lorsque vous soufflez une bougie, vous remarquez qu'un filet de vapeur blanche s'élève de la mèche. Cette vapeur blanche est de la vapeur de paraffine. Cette vapeur subsiste tant que la mèche est encore assez chaude pour vaporiser la paraffine liquide. Si vous approchez une allumette enflammée de ce filet de vapeur, la flamme va descendre le long du filet et rallumer la bougie.
La raison pour laquelle la mèche ne brûle pas est parce que la cire qui passe à l'état de gaz refroidit la mèche et, par ce fait, la protège. (Ceci part du même principe que l'expérience que vous avez peut-être fait étant enfant: fabriquer un gobelet en papier, le remplir d'eau et le placer au-dessus d'une flamme: l'eau chauffe jusqu'à bouillir sans que le papier du gobelet ne brûle, car l'eau qu'il contient le refroidit.)

La paraffine est inflammable (voir l'article "Sécurité d'abord" à ce sujet), mais elle doit pour ce faire atteindre une température assez élevée. C'est ce qui fait le miracle des bougies: seule la petite quantité de cire à proximité de la mèche est assez chaude pour se vaporiser et brûler!

La flamme d'une bougie

La flamme d'une bougie, aussi simple qu'elle puisse paraître, est d'une complexité étonnante!

Les processus de combustion survenant dans la flamme sont aussi extrêmement intéressants, non seulement sur un plan scientifique mais aussi parce qu'ils nous donnent de précieuses indications qui peuvent nous aider à réaliser des bougies de meilleure qualité, en connaissance de cause.

Regardez attentivement la photo ci-contre (identique à celle d'en haut, je la reproduis une deuxième fois pour faciliter la lecture de cet article).

Vous remarquerez que, à la base de la mèche, la flamme est transparente. C'est la zone la plus "froide" de la flamme (600°C). Ceci s'explique par le fait que, pour qu'il y ait combustion, il faut à la fois un combustible et la présence d'oxygène pour permettre la combustion. L'oxygène est naturellement présent dans l'atmosphère, à l'extérieur de la flamme, mais la plus grande partie est utilisée avant d'arriver dans la zone proche de la mèche, ce qui explique la température relativement basse.
C'est aussi dans cette zone, pauvre en oxygène, que se produisent la plupart des opérations de fragmentation et de réarrangement de molécules des vapeurs de paraffine.

Vous n'avez pas oublié que la paraffine est un hydrocarbone? Eh bien l'une des réactions principales à ce niveau est la séparation des atomes d'hydrogène des chaînes de carbone.
Certaines de ces chaînes de carbone se fragmentent pour former du carbone gazeux (C2, voir ci-dessous) et de petites molécules et fragments moléculaires.
Les atomes d'hydrogène séparés des molécules de cire se combinent avec des atomes d'oxygène (en provenance de l'air ambiant) pour former des molécules d'eau.
Les atomes de carbone se combinent aux aussi avec des atomes d'oxygène et forment du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, mais avant cela plusieurs de ces atomes de carbone se combinent entre eux pour former de gros (moléculairement parlant) morceaux d'une substance solide riche en carbone appelée suie.

S'il y a assez d'oxygène et pas trop de vapeurs de paraffine (d'où l'importance de choisir la bonne taille de mèche), toutes les particules de suie sont consumées dans la flamme et la bougie ne produit que de la lumière, de la chaleur, de l'eau et du dioxide de carbone.
Si la flamme est trop "riche", une partie de la suie produite échappe à la flamme (sans avoir été brûlée) et se retrouve dans l'atmosphère.

Un peu plus haut, vous pouvez voir que le contour inférieur de la flamme est bleu. Cette lumière bleue est due à l'émission moléculaire du carbone gazeux dont nous parlions plus haut, le C2.

Juste au-dessus de la mèche, la flamme est orange. L'oxygène, là aussi, a du mal à arriver.
La température dans cette zone atteint les 800°C.

Au-dessus, c'est la zone de combustion: la flamme est jaune. C'est dans cette zone que les particules de suie brûlent comme du charbon et produisent de la lumière, au même titre que le filament d'une ampoule électrique. La température dans cette zone tourne autour des 1200°C. Plus on s'approche de l'extérieur de la flamme, plus l'oxygène est présent et plus la température est haute.

Oh oh, merci mamy pour la leçon d'histoire !!!