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une flamme de bougie
Vous connaissez la scintillante beauté de l’or et de l’argent ; et l’éclat encore plus beau des pierres précieuses comme le rubis ou le diamant ; mais aucun de ceux-là ne rivalisent avec la brillance et la magnificence d’une flamme.

— Michael Faraday (1791-1867), dans L’Histoire Chimique d’une Bougie


Le titre, c’est une question que j’avais posé à plusieurs de mes profs, sans jamais pu être satisfait des réponses. Finalement, je me suis fait ma propre définition. J’espère que vous la trouverez utile.


La combustion d’abord : c’est une réaction chimique. Quand vous faites brûler quelque chose, vous effectuez une réaction chimique. Cette réaction chimique libère de la chaleur, beaucoup de chaleur (elle est dite exothermique).

La chaleur émise par la réaction chimique qui a lieu permet à l’endroit où se passe la réaction de monter en température.
Une flamme de bougie atteint ainsi facilement 1500°C.

À ces températures, les particules de suie dans la flamme sont si chaudes qu’elles émettent de la lumière visible (jaune voire blanche).

Et c’est bien ça une flamme : la zone de l’espace où siège une réaction chimique exothermique et où la température est suffisante pour que les particules deviennent lumineuses.

Que trouve t-on dans la flamme d’une bougie ?

De la suie et du diamant !
La suie peut être mise en évidence en plaçant une cuillère au dessus d’une bougie : elle noircit à cause du carbone quasiment pur qui s’y dépose.

Quant aux diamants, des chercheurs ont découvert que les flammes (d’une bougie ou d’un briquet) contiennent des micro-cristaux de diamant. Ils se forment quand les atomes de carbone se lient les unes aux autres de façon tétraédrique. Ces diamants apparaissent et disparaissent constamment, mais finissent par ne plus se former quand ils rencontrent l’oxygène et forment alors du simple CO2.

Pour le reste, on trouve des ions : des atomes suffisamment chauds pour qu’ils s’échangent des électrons et se ré-assemblent (c’est la réaction chimique à proprement parler en fait : seuls les derniers électrons sont libres). La flamme n’est pas un plasma (où tous les électrons sont libres), comme dans l’éclair d’un orage : la température n’est pas suffisante pour ça.

Voir aussi :

image de Michael Nukular

22 commentaires

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TD a dit :

La définition est très claire, merci. Néanmoins, elle est incomplète car seulement valable pour la combustion de produits carbonés (bois, mèche d'une bougie, et en fait toutes les flammes de la vie de tous les jours). Par exemple, la combustion de l'hydrogène ne donne que de l'eau (liquide) ; aussi, les moteurs de fusées produisent une grande quantité de composés suivant les espèces chimiques mises en jeu.

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sil a dit :

Pour info, il faut une pression de 15000 bars mini pour que le graphite devienne diamant.

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TD a dit :

@sil : uniquement pour que le diamant soit « stable », non ? Dans d'autres conditions (comme une flamme), c'est juste que le diamant ne tient pas.

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nico a dit :

Dans la citation au début de l'article, c'est pas "Fadaray" mais "Faraday" ;-)

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Le Hollandais Volant a dit :

@TD : gazeux, pour la combustion de l’hydrogène :).
Tu as raison, et au début j’avais ajouté une ligne là dessus, mais finalement c’est plus clair comme ça : voulait faire quelque chose de grand public, en me mettant à la place d’une personne non-scientifique je pense à une bougie, un briquet ou un poêle à bois quand on me dit « flamme » et pas forcément à la combustion de carburant pour fusée ni celle du dihydrogène :p.

@TD : oui, voilà.
Le diamant n’est qu’un cristal d’atomes de carbones. Ça ne me surprend pas qu’il y ait des nano-cristaux de diamant dans une flamme, perso : l’arrangement des atomes est très rapide et ils peuvent très bien s’arranger en diamant.

@nico : corrigé, merci.

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TD a dit :
gazeux, pour la combustion de l’hydrogène :).

@Le Hollandais Volant : tu as raison, il se forme de la vapeur d'eau. Je me suis laissé avoir pas un documentaire qui montrait de l'eau liquide, qui se forme par condensation au contact du verre.

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qwerty a dit :

Donc quand je déclare ma flamme à une fille, je lui offre des diamants ?!

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Onceuponaban a dit :

@qwerty : La physique au secours du romantisme *-*

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toinoux305 a dit :

La température de la flamme d'une bougie n'atteint pas les 1500°C, elles atteignent rarement plus de 400-500°C ! Une flamme de bougie suffit à faire fondre de l'étain à soudure par exemple mais certainement pas du cuivre...
Cordialement

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Le Hollandais Volant a dit :

@toinoux305 : fondre, pas forcément. Mais la couleur d’une aiguille (peu importe le métal) plongée dans une flamme de bougie suffit pour moi de dire que ça dépasse de très loin les 500°C. L’étain et le plomb fondent facilement, oui.

Mais mon papier d’alu devient jaune, une aiguille en inox devient jaune/blanc et mon fil de cuivre très fin fond bel et bien en devenant blanc.
Les lois sur le rayonnement suffise à partir de la couleur à déterminer la température (expérience à disparition de filament, par exemple) : le jaune/blanc correspond à 1100~1200 °C (une source ou source).

Le 1500 °C est atteint localement et ponctuellement seulement, mais une chose est sûre, ça dépasse facilement 1000 °C, aucun doute là-dessus.

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Le Hollandais Volant a dit :

@Rambo : Elle dépasse les 1000°C (on peut chauffer un bout de métal dedans, comme une aiguille, jusqu'au rouge).

Sa couleur à elle ne vient pas de la température, mais des phénomènes quantiques qui ont lieu dans la flamme.

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Patrick1957 a dit :

Finalement, la flamme c'est de la matière !
Puisque elle est constituée de particules incandescentes ou fluorescentes (c'est-à-dire flamme orangée ou flamme bleue).
Ai-je tord ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Patrick1957 : Non, tu n’as pas tort ^^
Mais tout est composé de matière, à part le vide, même un éclair.

Ce qui change à chaque fois c’est l’état de cette matière : que ce soient les états physiques — solide, liquide, gaz —, ou l’état d’ionisation : non ionisé (normal), partiellement ionisé (flamme, soluté…) ou totalement ionisé, c’est à dire un plasma (comme dans un éclair ou une étincelle, ou dans le Soleil).

On peut aussi dire que ces états dépendent de la température et de l’énergie. Un solide devient liquide puis gaz quand on le chauffe, puis si on chauffe encore (beaucoup plus) ça s’ionise puis devient un plasma total (bien qu’on puisse aussi avoir des ions et des plasmas froids).

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Patrick1957 a dit :

La couleur bleue d'une flamme est due à la vibration des particules (après dislocation des molécules).
Est-ce exact ?

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Patrick1957 a dit :

Lorsqu'une bougie est allumée, est-ce que la mèche participe à la combustion (on suppose que les dimensions de la bougie ne changent pas, c'est-à-dire qu'on renouvelle à chaque fois la cire brulée par une nouvelle)

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Le Hollandais Volant a dit :

@Patrick1957 : c’est dû à la réaction chimique en fait, à la formation de nouvelles liaisons chimiques.

@Patrick1957 : la mèche ne brûle pas vraiment. Elle fait monter la cire, par capillarité. C’est ça qui l’empêche de brûler. Pour qu’une combustion ait lieue, il faut de l’oxygène, de la cire et une source de chaleur.
Ici, la source de chaleur fait défaut à la mèche : la cire froide qui monte refroidit la mèche qui ne peut alors pas brûler, mais la cire peut brûler, elle.

Quand le niveau de cire baisse, une plus longue partie de la mèche est découverte et la cire ne peut pas monter jusqu’en haut. La partie de la mèche qui ne reçoit plus de cire se met alors à chauffer et brûle.
Sur les mèches modernes, il n’y a pas de résidu : la mèche ne laisse pas de cendres. Sur les bougies d’il y a un siècle c’était différent : il fallait constamment couper la mèche pour éviter qu’elle ne produise des cendres et de la fumée désagréable.

Au passage, les mèches modernes sont légèrement torsadées. Ça leur permet de « friser » et de se tordre sur le côté. C’est pour ça qu’on a toujours des bougies avec une mèche à la forme arrondie (alors que la bougie est droite). La courbure de la mèche participe à cette diminution progressive et régulière de la mèche, sans aucune intervention. Pratique non ?

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ancien a dit :

puisque ce sont les ions qui déterminent la couleur de la flamme, alors quels ions sont responsables de la couleur bleue provoquée par la combustion complète du méthane ou butane ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@ancien : pas vraiment les ions, ici, deux atomes qui se combine le font parce que leur état lié est moins énergétique que leur état non-lié. Donc la différence est émise sous forme de lumière.

On peut visualiser là : https://en.wikipedia.org/wiki/Flame#/media/File:Spectrum_of_blue_flame_-_intensity_corrected.png
Le bleu est formé par la recombinaison (temporaire) d’une liaison C-H du butane. Cette liaison finit bien-sûr également par se défaire. Le C et le H finissant tous les deux avec de l’oxygène, formant de l’eau et du dioxyde de carbone

Ici on voir bien un important pic à 420 nm, qui est très proche de la limite bleue. De plus petits pics correspondant à la liaison C-C correspondent à du vert-bleu, puis, dans une moindre mesure d’autres couleurs. La majorité de la couleur de la flamme provient des liaisons C-H et C-C, donc du bleu, et bleu-vert-clair « turquoise », d’où la couleur typique.

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Dédé a dit :

Les couleurs correspondent aux longueurs d'ondes électromagnétiques des corps chimiques(atomes) thermiquement excitées. Elles ne sont visibles que grâce à notre appareil optique (les yeux reliés au cerveau). Fermez les yeux, il n'y a plus de couleurs, seulement des ondes électromagnétiques stoppées par nos paupières. Pour le reste vous avez plus ou moins raison.

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Le Hollandais Volant a dit :

@Dédé : on est d’accord que le concept de couleurs est purement dû au cerveau, mais les longueurs d’ondes, elles, sont bien absolues.


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