Bonjour et bienvenue dans cet article où je vais discuter d'un concept crucial dans le domaine de la science de la combustion, "l'auto-allumage".
Dans cet article, je couvrirai divers aspects de l'auto-inflammation, y compris la définition, la température d'auto-inflammation de différentes substances telles que le papier, le diesel, l'éthanol, l'hydrogène, l'avgas, etc.
Je discuterai également de la différence entre le point d'éclair, le point de feu et la température d'auto-inflammation, et comment la pression affecte la température d'auto-inflammation.
À la fin de cet article, vous aurez une compréhension globale de l'auto-inflammation et de ses implications. Alors, commençons!
Qu'est-ce que l'auto-allumage ?
La définition formelle est :
Allumage spontané d'une partie ou de la totalité du mélange air-carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Aussi connu sous le nom de combustion spontanée.
L'auto-inflammation se produit lorsqu'une substance commence à brûler d'elle-même, sans aucune aide d'une source extérieure. La chaleur à l'intérieur de la substance l'amène à s'enflammer d'elle-même.
Qu'est-ce que la température d'auto-inflammation ?
La température d'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle une substance commencera à brûler dans une atmosphère normale. Cette température est affectée par des facteurs tels que la pression, la concentration en oxygène et la quantité de carburant dans l'air. Il est important de se rappeler que la température à laquelle une substance commencera à brûler d'elle-même dépend du type et de la composition de la substance.
Auto-allumage dans les moteurs à combustion interne
Les moteurs à combustion interne peuvent s'enflammer en raison de la chaleur de compression seule ou lorsque cette chaleur est combinée à l'injection de carburant. L'auto-allumage est également appelé combustion spontanée et peut se produire dans la chambre de combustion du moteur.
Lorsque vous travaillez avec des matériaux inflammables, la température d'auto-inflammation est un facteur clé pour déterminer le risque d'incendie ou d'explosion. Il est utilisé pour déterminer la probabilité qu'une substance s'enflamme d'elle-même dans une atmosphère normale, sans étincelle ni flamme provenant de l'extérieur.
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Température d'auto-inflammation de différentes substances
Bois:
La température à laquelle le bois commence à brûler de lui-même est d'environ 482°F (250°C). À 700 °F (371 °C), il peut s'enflammer tout de suite, mais cela prend quelques minutes entre 450 °F (232 °C) et 500 °F (260 °C).
Au flux de chaleur minimum nécessaire pour démarrer une flamme directe, la température de surface se situe entre 300 et 365°C (572 et 689°F).
Avgas (essence d'aviation):
La température à laquelle il commence à brûler tout seul est de 280°C (536°F). Avgas est un type d'essence faite pour les moteurs d'avion.
Il a un point d'éclair de -43°C (-45°F). C'est comme le kérosène, qui a également une température de 280°C (536°F) à laquelle il peut commencer à brûler tout seul.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
Éthanol :
La température d'auto-inflammation de l'éthanol est de 365°C (689°F), ce qui est inférieur à celui de l'éther diéthylique (160°C ou 320°F) et supérieur à celui de l'essence (247-280°C ou 477-536°F ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
Hydrogène:
La température à laquelle l'hydrogène commencera à brûler de lui-même est de 535°C (995°F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
Oxyde d'éthylène:
La température à laquelle l'oxyde d'éthylène commence à brûler de lui-même est de 429°C (804,2°F). Mais s'il y a de la rouille, elle peut descendre jusqu'à 140 °C (284 °F).
À des températures supérieures à 51,3 °F (10,7 °C), l'oxyde d'éthylène est un gaz incolore qui peut s'enflammer de lui-même.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
Diesel:
Point d'auto-inflammation : environ 210°C.
Acier:
Point d'auto-inflammation : environ 1315°C (2399°F).
Papier:
Point d'auto-inflammation : Environ 218 - 248°C.
Une fois qu'un feu de papier s'est allumé, la chaleur au centre peut atteindre jusqu'à 815°C.
Autres gaz :
- Méthane : 580 °C
- Propane : 493 °C
- Éthylène : 425 °C
- Acétylène : 305 °C
- Naphta : 290 °C
- Disulfure de carbone : 102 °C
Comment faire la différence entre l'auto-inflammation, le point d'éclair et le point d'incendie
En résumé, le point d'éclair, le point de feu et la température d'auto-inflammation sont tous liés à l'inflammabilité d'une substance, mais chaque terme fait référence à un aspect différent de la façon dont la substance agit lorsqu'elle est exposée à la chaleur et au feu.
Auto-allumage
L'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle un matériau inflammable commencera à brûler par lui-même, sans étincelle ou autre source d'inflammation de l'extérieur.
Cela se produit lorsque la température du matériau atteint sa température d'auto-inflammation, le transformant en un gaz inflammable qui commence à brûler tout seul.
Point de rupture
Le point d'éclair, en revanche, est la température la plus basse à laquelle un liquide qui peut s'enflammer dégage suffisamment de vapeur pour s'enflammer lorsqu'il entre en contact avec une source d'inflammation.
Pour chaque liquide inflammable, la quantité de vapeur dans l'air nécessaire pour entretenir un feu est différente, et la température du point d'éclair indique la température la plus basse à laquelle un liquide inflammable prendra feu lorsqu'il se trouve à proximité d'une source d'inflammation.
Point d'éclair vs point d'auto-inflammation :
Le point d'éclair et le point d'auto-inflammation sont deux moyens importants de mesurer la facilité avec laquelle une substance s'enflamme.
Les deux termes font référence à la température à laquelle quelque chose peut commencer à brûler, mais ils parlent de différentes parties du processus.
Le point d'éclair est la température à laquelle une substance peut s'enflammer à partir d'une source extérieure, et le point d'auto-inflammation est la température à laquelle elle s'enflamme d'elle-même.
Point de feu
Le point de feu est la température à laquelle la vapeur d'un liquide inflammable continue de brûler après avoir été incendiée.
Elle est supérieure à la température du point d'éclair et indique la température la plus basse à laquelle une substance continuera à brûler après avoir pris feu.
Expeltec a réalisé une très belle infographie pour expliquer visuellement certaines différences :
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
Auto-allumage vs autres processus
La combustion spontanée est différente de l'auto-inflammation car elle n'a pas besoin d'une source d'énergie extérieure pour démarrer.
La température d'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle une substance s'enflamme dans une atmosphère normale sans étincelle provenant de l'extérieur.
L'auto-inflammation et l'auto-exposition sont également des processus différents. L'auto-exposition se produit lorsqu'un incendie se propage d'un étage à un autre dans un bâtiment de plusieurs étages, et l'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle un matériau inflammable commencera à brûler par lui-même.
Mesures de la résistance du carburant à l'auto-inflammation
Indice d'octane
En bref, l'indice d'octane est une mesure de la capacité d'un carburant à résister à la détonation et au pré-allumage, et il montre également à quel point il peut résister au démarrage par lui-même.
L'indice d'octane est un moyen standard de mesurer à quel point les carburants durs comme l'essence et le diesel doivent commencer à brûler par eux-mêmes dans les moteurs à allumage par étincelle.
Cette cote est basée sur la pression à laquelle le carburant s'enflammera automatiquement (commencera à brûler tout seul) dans un environnement contrôlé.
L'indice d'octane est écrit sous la forme soit de l'indice d'octane de recherche (RON) soit de l'indice d'octane du moteur (MON).
Plus l'indice d'octane est élevé, plus le carburant est résistant à l'auto-inflammation et moins il est probable qu'un moteur SI cogne ou cliquette pendant la compression.
L'auto-inflammation et ses caractéristiques
En degrés d'angle de vilebrequin, le délai d'auto-allumage est la durée entre le début de l'injection de carburant (SOI) et le début de la combustion (SOC) (CAD).
Il est également appelé temps de retard à l'allumage (IDT) et indique le temps nécessaire à un mélange de carburant et d'air pour réagir à une certaine température et pression.
La température d'auto-inflammation
L'éthanol peut commencer à brûler à une température de 685°F (363°C). C'est la température à laquelle un mélange de carburant et d'air s'enflamme de lui-même, sans l'aide d'une source extérieure.
Une façon de déterminer la température d'auto-inflammation consiste à mesurer l'augmentation de température entre la fin de la course de compression et le début de l'événement d'auto-inflammation.
Une autre façon consiste à trouver les températures d'auto-inflammation du 1-propanol et du 2-propanol.
Auto-allumage et transfert de chaleur par rayonnement
Cela se produit lorsqu'un liquide inflammable est chauffé au-dessus de sa température d'inflammation et que les vapeurs qui sont libérées s'enflamment spontanément lorsqu'elles sont exposées à des rayonnements tels que le rayonnement infrarouge d'objets chauds ou de panaches de feu.
Il existe deux types d'allumage : l'allumage piloté et l'allumage automatique. Le matériau inflammable a besoin d'une source extérieure de chaleur, comme une étincelle ou une flamme, pour démarrer un allumage piloté.
L'auto-allumage, en revanche, n'a pas besoin d'une source de chaleur extérieure. Au lieu de cela, il utilise la propre énergie du matériau pour allumer un feu.
La température d'auto-inflammation
La température d'auto-inflammation d'une substance est la température la plus basse à laquelle elle commence à brûler. C'est la température à laquelle quelque chose peut commencer à brûler tout seul.
Comprendre l'importance de la température d'auto-inflammation
La température d'auto-inflammation est un concept clé dans la science de la combustion. Cela signifie la température la plus basse à laquelle une substance s'enflamme d'elle-même et s'enflamme sans étincelle extérieure.
La température à laquelle un matériau commencera à brûler de lui-même peut changer en fonction de choses comme ce qui se trouve dans la région.
En ce qui concerne les mélanges de carburants qui peuvent s'enflammer, la température d'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle le carburant s'enflamme de lui-même sans étincelle extérieure.
Comprendre la température d'auto-inflammation d'une substance est important pour la sécurité incendie et pour utiliser et stocker en toute sécurité des objets qui peuvent prendre feu.
Gaz hydrogène et auto-allumage
Lorsque de l'hydrogène gazeux est introduit dans un moteur, cela modifie le fonctionnement de l'auto-allumage d'une manière unique. La façon dont il brûle est affectée par le fait que sa température d'auto-inflammation et sa conductivité thermique sont supérieures à celles de combustibles comme le méthane.
Effet de l'hydrogène sur l'auto-inflammation
Lorsque l'hydrogène est mélangé à d'autres carburants, la température plus élevée à laquelle il s'enflamme de lui-même accélère le taux de combustion et augmente la pression dans le cylindre.
Mais l'utilisation d'hydrogène peut également causer des problèmes tels que des problèmes de sécurité, un allumage prématuré, des retours de flamme et moins de puissance.
Lorsque certaines charges sont appliquées sur des moteurs à allumage par étincelle, un auto-allumage incontrôlé peut faire cogner le moteur.
Dans les moteurs qui peuvent utiliser à la fois du carburant diesel et de l'hydrogène, l'introduction d'hydrogène dans le collecteur d'admission peut entraîner la combustion du carburant diesel.
Température d'auto-inflammation de l'air
L'air n'est pas inflammable, il n'a donc pas de température à laquelle il commence à brûler tout seul. Les carburants et les produits chimiques comme le butane, le coke, l'hydrogène et le pétrole ont souvent leurs températures d'auto-inflammation données.
Sa température d'auto-inflammation est la température la plus basse à laquelle un matériau commence à s'auto-échauffer, ce qui peut provoquer un incendie.
Pression d'auto-allumage
La pression à laquelle l'hydrogène commencera à brûler est comprise entre 3,5 et 7 Mpa (35-70 bar). L'allumage spontané est plus probable lorsque la pression de déclenchement initiale est élevée et que le choc principal est fort.
La pression nécessaire pour allumer un feu dépend de la quantité d'oxygène et d'hélium dans l'air.
Effet de la pression sur l'auto-inflammation
Lorsque la pression augmente, la température à laquelle un mélange de gaz ou de vapeurs peut commencer à brûler de lui-même diminue.
En effet, des pressions plus élevées accélèrent la réaction, ce qui abaisse la température à laquelle la réaction démarre.
Stockage d'hydrogène à bord
La plupart des systèmes de stockage d'hydrogène embarqués fonctionnent à des pressions allant jusqu'à 700 bar. Des pressions encore plus élevées sont utilisées dans les stations de ravitaillement pour ces types de stockage.
Les gaz enflammés de l'intérieur peuvent perdre de la chaleur par une décharge de choc qui provoque l'extinction de la flamme avant que tout le volume ne soit en feu. Cela peut empêcher le gaz de s'enflammer.
Test d'auto-inflammation du pétrole brut
Des tests d'auto-inflammation sont effectués sur le pétrole brut pour déterminer la température la plus basse à laquelle il s'enflammera spontanément à température ambiante normale.
L'American Society for Testing and Materials (ASTM) a établi des normes pour tester la capacité du pétrole brut à s'enflammer.
ASTM E659 : Températures auxquelles une substance commence à brûler d'elle-même
ASTM E659 est le test standard utilisé pour voir si le pétrole brut s'enflamme de lui-même. Cette méthode d'essai montre comment trouver les températures d'auto-inflammation de la flamme chaude et de la flamme froide d'un produit chimique liquide dans l'air à la pression atmosphérique dans un récipient uniformément chauffé.
Les résultats de ce test montrent quelle est la température la plus basse à laquelle le pétrole brut s'enflamme normalement.
Comparaison entre ASTM E659 et ASTM D2155
L'ASTM E659 est un moyen plus récent de tester l'auto-inflammation du pétrole brut que l'ASTM D2155. Même si les outils de chaque méthode sont différents, les résultats sont les mêmes.
ASTM D93A : Détermination du point d'éclair
ASTM D 93A est un moyen de déterminer le point d'éclair du pétrole et des produits à base de pétrole. Mais il ne couvre pas les tests d'auto-inflammation.
Le point d'éclair est la température à laquelle un produit à base de pétrole dégage suffisamment de vapeur pour qu'une petite flamme puisse allumer un feu et l'entretenir.
La température du point d'éclair n'est pas la même que la température d'auto-inflammation. La température d'auto-inflammation est la température à laquelle une substance commencera à brûler d'elle-même sans étincelle extérieure.
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