Des chercheurs de l'Université de technologie de Toyohashi ont découvert que la combustion sans flamme (couve) d'un spécimen poreux peut être entretenue, même sous près de 1 pour cent de la pression atmosphérique. La structure thermique d'un spécimen brûlant de 2 mm de diamètre dans des conditions très proches de l'extinction a été mesurée avec succès à l'aide d'un thermocouple ultra-fin intégré, clarifier les problèmes clés qui conduisent à l'extinction des incendies à basse pression. Les résultats de cette recherche contribueront à l'amélioration des stratégies de sécurité incendie dans l'exploration spatiale.

Combustion non enflammée (c'est-à-dire couvant) est un processus à combustion extrêmement lente qui émet des gaz toxiques et de la fumée blanche. Cela correspond à l'étape de pré-flammage de la combustion d'un échantillon poreux, pendant laquelle la partie noircie grandit, poursuivre le lent processus exothermique. Il génère finalement une flamme qui accélère rapidement les dégâts du feu. La combustion enflammée peut être supprimée en réduisant la pression à près de 1/3 de la pression standard (~30 kPa). Néanmoins, la combustion sans flamme peut être maintenue même à 1/100 de la pression standard (~1 kPa) si le gaz ambiant est entièrement oxygéné. L'extension de la pression critique a été prouvée expérimentalement; cependant, la raison réelle n'est pas connue car il est extrêmement difficile d'étudier l'état thermochimique des conditions quasi critiques. Parce que l'intensité de la combustion est très faible, l'insertion du capteur peut affecter l'état, entraînant l'échec de capturer la physique réelle.

Un groupe de recherche dirigé par le professeur Yuji Nakamura du Département de génie mécanique de l'Université de technologie de Toyohashi a relevé le défi de mesurer la distribution de la température d'une tige mince en combustion dans une chambre à pression contrôlée dans des conditions quasi critiques. Pour rendre cela possible, un soin particulier a été apporté au réglage du capteur tout en évitant la défaillance potentielle décrite ci-dessus. Un trou de 0,2 mm de diamètre a été percé à travers le spécimen fragile. Ensuite, un thermocouple de type R de 50 microns a été intégré dans le trou. En réalisant une combustion à l'état d'équilibre, même près des conditions critiques dans un environnement expérimental bien contrôlé, un profil de température 1-D répétable a été obtenu le long de l'axe.

Le premier auteur, Takuya Yamazaki, un doctorat candidat, mentionné, "Personne ne pourrait même envisager de percer un trou aussi minuscule dans l'échelle de 2 mm du spécimen fragile que nous avons utilisé, puis en y insérant manuellement le minuscule thermocouple. Bien sûr, personne n'a essayé ça avant, puisqu'il est clairement extrêmement difficile, et exige beaucoup de patience et d'efforts. En réalité, Je dois admettre, c'était vraiment épuisant de terminer cette tâche. Néanmoins, cela nous a fourni un aperçu de l'état thermique près de la condition critique pour bien comprendre le mécanisme d'extinction. Par exemple, la chaleur de combustion est d'abord transférée le long de l'axe par rayonnement, puis une partie de la chaleur transférée est perdue dans l'air ambiant par convection naturelle lorsque la pression totale est de l'ordre de quelques dizaines de kilo-pascals. Parce que la perte de chaleur par convection a tendance à être supprimée lorsque la pression totale diminue, la chaleur transférée par rayonnement pourrait rester dans l'échantillon pour éviter l'extinction. Ce fait a été démontré par ce travail pour la toute première fois - nous sommes le premier groupe à relever le défi majeur de mesurer la distribution précise de la température d'un spécimen fumant au bord de l'extinction."

Le professeur Yuji Nakamura dit, "Les présents résultats sont ouverts à la société du feu simplement en raison de la dévotion personnelle de Takuya. Ce résultat suggère que l'opération à l'aspirateur pour éteindre le feu dans l'espace peut échouer à moins que les conditions appropriées ne soient atteintes. Sinon, couvant survivrait, et l'incendie causerait des dommages secondaires à la cabine. Ce travail n'est que la première étape pour proposer une stratégie de sécurité incendie (réglementation) dans les habitats de l'espace extra-atmosphérique afin de privatiser le développement spatial."

Bien que le mot « couve » soit courant, personne ne sait comment un spécimen brûle pour générer de la chaleur localement. Il a été considéré que l'oxydation de surface est la source de génération de chaleur, et cette réaction en phase gazeuse n'est pas requise. Cependant, les récentes prédictions numériques d'une équipe de recherche chinoise ont révélé qu'une génération de chaleur douce en phase gazeuse peut soutenir ou favoriser l'oxydation de surface.

Pour comprendre la combustion lente à basse pression, une autre équipe de collaboration internationale aux États-Unis, dirigé par le professeur Nakamura, relèvera le défi d'identifier expérimentalement la réactivité en phase gazeuse. C'est une entreprise très importante, parce que peu d'attention a été accordée à l'état de réaction des micro-pores d'un spécimen en feu.