Une découverte a été faite sur l'orbite de la Terre :des flammes de diffusion froides sphériques stables. Les mesures dans ces flammes pourraient contribuer à améliorer les moteurs du futur.

La plupart des experts s'attendaient à ce qu'il soit facile d'obtenir des flammes de diffusion froides brûlant des gaz en microgravité, mais les chercheurs ont découvert que ce n'est pas le cas. Entre janvier et juin, 2021, ils ont brûlé plus de 150 flammes à diffusion chaude à bord de la Station spatiale internationale (ISS), certains jusqu'à 3 minutes, pourtant aucun n'est passé de la combustion chaude à la combustion froide après l'extinction.

Le 23 juin, avec un léger changement de conditions, Minhyeng Kim, un étudiant diplômé en génie de la protection contre les incendies (FPE) de l'Université du Maryland (UMD), a remarqué quelque chose d'inhabituel dans trois des tests :après que les flammes chaudes se soient éteintes et aient disparu dans la vue de la caméra, la chaleur était toujours produite. Le combustible était du n-butane dilué avec de l'azote et le comburant contenait 40 % d'oxygène dans l'azote. La pression était de 2 atm.

Les flammes étaient si faibles que même la caméra la plus sensible disponible pour les tests n'a initialement rien révélé.

Puis, Kendyl Waddell, étudiante en génie mécanique, conseillé par le Professeur FPE, Peter Sunderland a amélioré le flux vidéo pour révéler un comportement étonnant. Après que la flamme chaude se soit éteinte et que toutes les réactions aient cessé, la chaleur résiduelle dans le brûleur poreux a rallumé le combustible qui s'écoulait sous la forme d'une flamme de diffusion froide sphérique stable.

Les expériences ont été réalisées dans le cadre du projet Cool Flames Investigation with Gases (CFI-G) dirigé par Peter Sunderland (UMD FPE), Richard Axelbaum (Université de Washington) et Forman Williams (Université de Californie, San Diego), et soutenu par la NSF, NASA et CASIS.

"Ces flammes ont plusieurs caractéristiques favorables qui n'ont jamais été combinées auparavant, " dit Sunderland. " Ils ont su, débits contrôlés et constants. Ils sont autonomes sans réactifs chauffés ni oxydants exotiques. Leurs zones réactionnelles sont épaisses (de l'ordre de 6 mm), ce qui facilite les mesures et les simulations. Le carburant est le n-butane léger et gazeux, comme le contenu de la plupart des briquets."

Les flammes froides brûlent à 600-1000 K, bien plus froide que les 1100-2200 K des flammes chaudes typiques. Flammes de diffusion froides, découvert en 2012 à l'aide de gouttelettes de carburant liquide (également à bord de l'ISS), ont été récemment créés en gravité normale en utilisant de l'air chauffé et généralement avec des combustibles liquides et des oxydants exotiques.

Ce phénomène a déjà suscité un vif intérêt dans la communauté des chercheurs en combustion. L'objectif est de générer une compréhension globale de la chimie de la flamme froide qui permettra des moteurs et des brûleurs plus propres et plus efficaces, ainsi qu'une meilleure sécurité incendie.