Maîtriser une flamme grâce aux champs électriques : réalité ou fiction ?

Imaginez-vous une seconde pouvoir maîtriser les flammes comme si vous étiez un personnage de science-fiction. Aujourd’hui, les chercheurs de l’Université des Sciences et Technologies du Roi Abdallah (KAUST) sont parvenus à contrôler une flamme en utilisant un champ électrique.

Cette réalisation pourrait potentiellement améliorer la stabilité de la combustion et réduire la formation de suie. Bien qu’aucune application concrète ne soit encore disponible, cette découverte pourrait potentiellement propulser les domaines de l’extinction des incendies, de la propulsion spatiale et aérospatiale, voire de l’utilisation des flammes dans l’espace.

Une nouvelle perception de la combustion

Il est bien connu que la combustion des carburants génère des électrons et des ions. Ces dernières années, l’équipe de la KAUST a démontré que les champs électriques pouvaient créer un « vent ionique« , capable de modifier la forme de la flamme et le processus de combustion lui-même.

Afin de mieux comprendre ce phénomène, l’équipe a élaboré une simulation visant à illustrer la façon dont le champ électrique influe sur ce vent ionique.

Exposition aux champs électriques

De nombreux facteurs ont été pris en compte lors de l’élaboration de cette simulation, dont la puissance du champ électrique, les différents types d’ions présents dans la flamme et leur répartition. « Au final, nous souhaitons établir un outil prédictif complet« , a déclaré Jinwoo Son, membre de l’équipe.

L’expérimentation a été menée sur une flamme placée à l’intérieur d’une cavité exposée à des champs électriques pouvant aller jusqu’à 2 500 volts. La méthode employée pour mesurer le champ électrique à différents endroits dans la flamme est la génération de seconde harmonique induite par champ électrique (EFISH).

Une découverte surprenante

La grande surprise est venue du fait que les résultats expérimentaux ont montré un champ électrique amplifié près de la sortie du carburant. Une découverte inattendue, attribuable à des ions négatifs issus de carburant partiellement brûlé, qui n’étaient pas pris en compte dans la simulation.

Ce résultat incite les chercheurs à poursuivre leurs mesures sur les ions négatifs dérivés des molécules de carburant pour affiner les simulations futures.

En synthèse

Ces travaux de recherche, bien que toujours en phase exploratoire, ouvrent la voie à de nouvelles perspectives. Min Suk Cha, le leader de l’équipe de recherche, affirme : « Je pense que notre quête scientifique dans ce domaine touchera bientôt à sa fin. Notre prochaine étape sera d’appliquer nos connaissances à une application pratique« .

Les domaines potentiels sont nombreux : optimisation du transfert de chaleur dans des fours industriels efficaces, micro-poussée et propulsion, extinction d’incendie et utilisation spatiale.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un vent ionique ?

Un vent ionique se réfère à la circulation des ions sous l’effet d’un champ électrique. Dans le contexte de la combustion, ce vent ionique peut modifier la forme de la flamme et le processus de combustion.

Qu’implique la découverte de l’équipe de la KAUST ?

La découverte implique que nous pourrions contrôler la combustion en utilisant des champs électriques, ce qui pourrait avoir de nombreuses applications, notamment en ce qui concerne l’extinction des incendies et la propulsion spatiale.

Comment les chercheurs ont-ils étudié la répartition des ions ?

Ils ont combiné simulation numérique et expérience, en utilisant la technique EFISH qui permet de « figer » la position des ions pour la mesurer précisément.

Quel est l’intérêt de ces travaux ?

Mieux comprendre la physique des flammes pour envisager des applications industrielles et spatiales innovantes.

Illustration image principale / Diagnostic laser pour la mesure du champ électrique d’une flamme sous haute tension. 2023 KAUST ; Jin Park.

RÉFÉRENCE
Park, J., Son, J., Butterworth, T. D. & Cha, M. S. Electric fields in a counterflow nonpremixed flame : measurement and simulation. Scientific Reports 13, 7622 (2023).| article