Cette flamme a été l'une des nombreuses flammes allumées dans le cadre de l'enquête sur la conception de la flamme à l'intérieur du CIR pour étudier la quantité de suie produite dans différentes conditions. Les taches jaunes sont des amas de suie qui brillent en jaune lorsqu'elles sont chaudes. Ces amas deviennent plus gros en microgravité que sur Terre car la suie reste plus longtemps dans la flamme. Crédit :NASA
Comprendre comment le feu se propage et se comporte dans l'espace est crucial pour la sécurité des futurs astronautes et pour comprendre et contrôler le feu ici sur Terre.
La microgravité est également cruciale pour les chercheurs en combustion pour tester certains des principes fondamentaux du domaine. "Si vous regardez n'importe quel manuel sur la combustion, presque toutes les théories développées ignorent l'influence de la gravité, ", explique Daniel Dietrich, scientifique du Glenn Research Center de la NASA.
L'objectif principal des expériences de combustion en microgravité a été lié soit à la sécurité incendie dans l'espace, soit à une meilleure compréhension de la combustion pratique sur Terre et dans l'espace. La gravité réduite crée des flammes très différentes de celles que l'on voit ici sur Terre :avec la quasi-absence de gravité sur la station spatiale, les flammes ont tendance à être sphériques. Sur Terre, les gaz chauds de la flamme montent tandis que la gravité refroidit, l'air plus dense vers le bas de la flamme. Cela crée à la fois la forme de la flamme, ainsi qu'un effet de scintillement. En microgravité, ce flux ne se produit pas. Cela réduit les variables dans les expériences de combustion, les rendant plus simples et créant des flammes de forme sphérique.
Apprendre à fabriquer des flammes plus propres ou plus efficaces peut avoir un impact sur de nombreux domaines de notre vie. « La plupart de notre électricité aux États-Unis est générée par la combustion, " déclare Dennis Stocker, scientifique du projet Glenn. " En ce qui concerne le transport de l'énergie, où serions-nous sans combustion ? La combustion fait donc partie intégrante de nos vies modernes."
L'astronaute de la NASA et ingénieur de vol Expedition 59 Christina Koch travaille à l'intérieur du rack intégré de combustion du module de laboratoire américain Destiny. Elle remplaçait le matériel pour une série d'expériences collectivement connues sous le nom d'Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME). Crédit :NASA
Comme pour d'autres recherches sur les stations spatiales, les expériences de combustion sont développées pour être menées en toute sécurité sans risque pour le vaisseau spatial ou son équipage. C'est pourquoi le Combustion Integrated Rack (CIR) a été créé et lancé vers la Station spatiale internationale en 2008. Le CIR, ainsi que des installations telles que la Microgravity Science Glovebox, créé un environnement sûr et sécurisé pour étudier la combustion sans mettre l'équipage en danger. Le CIR fournit du matériel à usage général pour prendre en charge un large éventail d'expériences de combustion. Les chercheurs ont également fourni du matériel supplémentaire nécessaire pour mener une variété d'expériences de flammes.
"L'une des plus grandes découvertes, non seulement dans le programme de microgravité, mais au cours des 20 à 30 dernières années, la recherche sur la combustion a probablement eu lieu pendant les expériences FLEX sur la station spatiale, " dit Dietrich. L'expérience d'extinction de flamme (FLEX) analysait l'efficacité des extincteurs d'incendie en étudiant les gouttelettes de carburant brûlant dans le CIR, lorsque des chercheurs ont accidentellement fait une découverte surprenante liée aux flammes froides, ou "combustion" apparente continue après l'extinction de la flamme dans certaines conditions.
"Ce n'est pas seulement important du point de vue de la combustion théorique ringard, mais aussi d'un point de vue pratique, " dit Dietrich. " Les réactions chimiques à basse température que nous pouvons étudier sur des installations comme la station spatiale sont très importantes dans les systèmes de combustion réels comme les moteurs. "
Cependant, le CIR n'est pas le seul moyen de réaliser des expériences de combustion à l'aide de la station spatiale. Un ensemble d'exceptions notables sont les expériences Saffire qui se sont produites à bord d'un vaisseau spatial Cygnus sans équipage après leur détachement de la station. Étant donné que ces expériences ont eu lieu loin de la station spatiale, ils pourraient étudier des sujets tels que la propagation du feu et l'utilisation de l'oxygène dans des flammes plus grandes en microgravité.
L'astronaute Michael Fincke, Commandant de l'expédition 18, travaille sur l'ensemble d'insertion de chambre (CIA) de l'appareil de combustion de gouttelettes multi-utilisateurs (MDCA) dans le nœud Harmony de la Station spatiale internationale. Crédit :NASA
Actuellement, les scientifiques mènent une série d'expériences connues sous le nom d'expériences de combustion avancée par microgravité (ACME) sur le laboratoire en orbite. Ces tests sont regroupés car ils utilisent le même ensemble modulaire de matériel sur la station. Ensemble, ils produiront des données qui pourraient aider à améliorer l'efficacité énergétique et à réduire la production de polluants dans la combustion pratique sur Terre.
L'une de ces enquêtes ACME, connu sous le nom de Flame Design, se concentre sur la suie, le résidu de carbone laissé lorsque la matière organique (ou autre matériau contenant du carbone) ne brûle pas complètement. La suie cause des problèmes environnementaux et sanitaires, mais peut également être utile de diverses manières; par exemple, en augmentant la chaleur rayonnante. La chaleur rayonnante est la raison pour laquelle vous vous sentez plus au chaud en plein soleil que lorsque vous vous tenez à l'ombre.
Normalement, la plupart des flammes sur Terre brûlent dans l'air. Le gaz inerte est introduit en même temps que l'oxygène pour la combustion sur Terre. Cette enquête introduit plutôt le gaz inerte avec le combustible, plutôt qu'avec l'oxygène. "Il s'avère, il a un grand impact sur la flamme, " dit le chercheur principal Richard Axelbaum. " Dans ce cas, même si les températures des flammes peuvent être les mêmes que l'on introduise l'inerte avec le comburant ou le combustible, l'impact pour la formation de suie ou la résistance à la flamme est sensiblement différent."
L'enquête Flame Design étudie la quantité de suie produite dans différentes conditions de flamme. Chaque test produit une flamme et peut produire des amas de suie qui brillent en jaune à chaud. Ces amas deviennent plus gros en microgravité que sur Terre car la suie reste plus longtemps dans la flamme.
Les résultats de cette expérience pourraient permettre de concevoir des flammes plus fuligineuses ou sans suie, en fonction des besoins d'une application spécifique. « Quand vous avez complètement terminé le processus de combustion, en général, vous voulez avoir un épuisement complet de toute la suie. C'est vrai quand tu produis de l'électricité, " dit Axelbaum. " Il y a d'autres cas où votre objectif est de produire du noir de carbone qui est une forme de suie. " Pour la plupart, cependant, ces résultats peuvent aider à créer des conceptions de brûleurs plus efficaces et moins polluantes.
Les connaissances acquises grâce à ces expériences de combustion à bord du laboratoire en orbite nous aident à mieux comprendre le feu ici sur Terre, mais il sera crucial lors de la préparation de futures missions au-delà de l'orbite terrestre basse. "Une partie de l'avenir se penche sur la gravité partielle, " dit Stocker. " Comprendre que cela sera important pour la sécurité incendie sur d'autres mondes, comme la Lune ou Mars."
