Depuis des décennies, les scientifiques ont pu brûler des combustibles dans une flamme sans créer de suie, et ils pensent savoir pourquoi. Ils ont calculé les chiffres et mené des expériences dans des installations de haute technologie, mais il n'y a qu'une seule façon d'être certain de la relation fondamentale entre les flammes et la suie :

Ils doivent allumer un feu dans l'espace.

À cette fin, L'astronaute Christina Koch, actuellement à bord de la Station spatiale internationale (ISS) et qui devrait établir le record du plus long vol spatial d'une femme, a commencé à travailler sur des expériences pour allumer une flamme, puis observez et étudiez ses propriétés. Si les expériences montrent ce que les chercheurs Earthbound s'attendent à ce qu'ils le fassent, cela pourrait conduire à une nouvelle, compréhension fondamentale des propriétés de la combustion.

"Nous mesurerons la suie, évaluer la force de la flamme, le rayonnement qui se dégage de la flamme et la composition et les températures du gaz, afin que nous puissions nous assurer que nos prédictions sont correctes, " a déclaré Richard Axelbaum, le professeur Stifel &Quinette Jens de sciences de l'ingénierie environnementale à la McKelvey School of Engineering de l'Université Washington à St. Louis. Pour ce projet, il aura l'aide de Peter Sunderland, professeur à l'Université du Maryland.

Axelbaum est également directeur du Consortium for Clean Coal Utilization, et il y a une chose que la suie n'est pas :propre.

"Suie, numéro un, est un polluant. Il peut aussi être cancérigène, donc nous ne voulons pas respirer beaucoup de suie, " Axelbaum a dit. " Et il peut absorber la lumière du soleil et chauffer la planète. " C'est, En réalité, le deuxième contributeur au réchauffement atmosphérique, à côté du dioxyde de carbone.

Avec suffisamment d'oxygène, la combustion libère la quantité maximale d'énergie disponible à partir du carburant brûlé - il brûle efficacement - et les sous-produits ne sont que du dioxyde de carbone et de l'eau. Suie, qui est un sous-produit d'une combustion incomplète, se produit lorsque l'oxygène n'est pas disponible pour la combustion. Par exemple, dans une flamme de bougie, la douce lueur jaune provient des particules de suie - produites à l'intérieur de la flamme - chauffées à des températures élevées

A beaucoup de gens, la combustion est plus familière que le feu, que ce soit une bougie ou un feu de camp. Le carburant réagit dans une atmosphère composée principalement d'azote - l'air que nous respirons contient environ 78% d'azote, 21% d'oxygène et de petites quantités de divers autres gaz. Et la lueur jaune familière est une indication que de la suie se forme dans ces flammes.

"Mais si je retire l'azote de l'air et le met dans le carburant, vous avez toujours le même mélange azote-oxygène-carburant, " Axelbaum dit, "mais cela change radicalement la structure de la flamme." Les mêmes ingrédients dans les mêmes proportions, mais mélangé différemment, supprimer complètement la formation de suie lors de la combustion.

"Nous appelons cette conception de flamme parce que vous utilisez les mêmes ingrédients mais, avec une bonne conception, produisent des conditions qui, intrinsèquement, ne peuvent jamais produire de suie.

"À la fois, la flamme est plus forte, le rendant plus résistant à l'extinction locale, ce qui conduirait à une combustion incomplète et à une pollution, " Axelbaum a déclaré. "Ce sont donc deux très bons résultats de la conception de la flamme."

Alors pourquoi allumer un feu dans l'espace ?

Depuis aussi longtemps que les humains allument des feux, il y a encore des questions sans réponse sur la nature de la combustion. Pour un, il existe des théories concurrentes pour expliquer pourquoi cette approche de la combustion produit des flammes qui ne peuvent pas produire de suie.

"C'est une question fondamentale, " Axelbaum dit, "et il y a deux théories concurrentes pour interpréter nos résultats." Une théorie est que la réponse est liée au champ d'écoulement, en particulier l'écoulement des gaz dans la flamme. L'autre théorie, posé par Axelbaum, est que la suppression des suies est liée à une propriété intrinsèque de la structure de la flamme, et non lié à l'écoulement du fluide. Si c'est le cas, cela peut avoir des implications importantes sur la façon dont nous supprimons la suie dans les processus de combustion.

"Sur Terre, si tu as une flamme, dis une bougie, la forme de la flamme monte toujours, " dit Axelbaum. " C'est parce que les gaz chauds dans la flamme ne sont pas aussi denses que les gaz environnants, et ainsi ils se lèvent, comme une montgolfière. Ainsi, nous ne pouvons pas contrôler systématiquement ce flux sur Terre."

Dans un environnement de microgravité – un environnement où les effets de la gravité sont nettement plus faibles que sur Terre – une flamme ne monte pas. En réalité, les flammes de l'expérience d'Axelbaum sur l'ISS forment des sphères.

Si la combustion sans suie est fonction du champ d'écoulement, puis en microgravité, le même mélange d'oxygène et de carburant infusé d'azote créera de la suie. Mais si la suppression des suies est liée à des propriétés inhérentes à la structure de la flamme, les chercheurs devraient voir la même chose dans l'espace :pas de suie.

Les chercheurs pourront également mesurer la durée de la flamme, ce qui indique à quel point il est fort. De nouveau, ils s'attendent à ce qu'elle soit plus forte qu'une flamme qui brûle avec un mélange d'azote et d'oxygène (air) en raison de la structure de la flamme.

"Nous allons dans l'espace pour faire de la recherche fondamentale, pour acquérir une meilleure compréhension de la science de la combustion, " dit Axelbaum.

"Nous allons dans l'espace pour obtenir un environnement contrôlé différent de ce que vous avez ici-bas, " a-t-il dit. " Les connaissances que nous acquérons peuvent être traduites en ce qui se passe sur Terre, pour produire une combustion plus respectueuse de l'environnement.