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Explosivité

Ce ne sont pas les liquides qui brûlent, mais le mélange de leur vapeur avec l'air ou l'oxygène.

Mélanges stoechiométriques

La combustion est une réaction chimique d'oxydation par l'oxygène qui peut être décrite par l'équation suivante:

Combustible + nO2 = vCO2 + wH2O + xSO2 + yNO2 + zHX
avec:
CO2: dioxyde de carbone,, produit de combustion du carbone contenu
H2O: eau, produit de combustion de l'hydrogène contenu
SO2: dioxyde de soufre, produit de combustion du soufre contenu
NO2: dioxyde d'azote, produit de combustion de l'azote contenu
HX: hydrure d'halogène, produit de combustion des halogènes (iode, fluor, chlore, brome)

Considérant une concentration de 20,95% d'oxygène dans l'air, la concentration en combustible dans l'air correspondant à la stoechiométrie est donné par la relation:
Cst = 0,2095(n + 0,2095)

L.I.E. (Limite Inférieure d'Explosivité)

Domaine d'explosivité entre LIE et LSEAussi appelée Limite Inférieure d'Inflammabilité (L.I.I.) ou bien Lower Explosive Limit (L.E.L.) ou Lower Flammability Limit (L.F.L.) en anglais.
C'est la teneur minimale du produit dans l'air nécessaire pour entretenir la combustion.
En dessous de celle-ci la quantité de gaz est insuffisante pour qu'il y ait propagation de la combustion dans le mélange. Le mélange est dit trop pauvre.
Cette valeur est donc en relation avec la quantité stoechiométrique d'oxygène nécessaire à la combustion totale.
La L.I.E. des combustibles en mélange dans l'air est généralement proche de 0,5Cst.

L.S.E. (Limite Supérieure d'Explosivité)

Aussi appelée Limite Supérieure d'Inflammabilité (L.S.I.) ou bien Upper Explosive Limit (U.E.L.) ou Upper Flammability Limit (U.F.L.) en anglais.
Au dessus de celle-ci, l'oxygène est en quantité insuffisante dans le mélange pour entretenir la combustion. Le mélange est dit trop riche.
La L.S.E. des combustibles en mélange dans l'air est généralement proche de 4Cst.

Température minimale d'inflammation

Aussi appelé Flash Point en anglais.
C'est la température minimale pour qu'un liquide émette suffisament de vapeur pour former un mélange inflammable dans l'air.
Cette température peut être facilement déduite de la courbe de tension de vapeur du liquide combinée à la valeur de limite inférieure d'inflammabilité.
Exemple:
Pour l'Ethanol, la température minimale d'inflammation est 13°C.
A cette température, sa tension de vapeur c'est-à-dire sa pression partielle dans l'atmosphère au dessus du liquide est de 27,3 Torrs soit 3,6% dans un mélange à pression atmosphérique.
Par comparaison, la valeur expérimentale de la LIE est de 3,3%.

Ces valeurs sont déterminées expérimentalement, et donc peuvent varier légèrement en fonction des conditions expérimentales.

Effet des conditons ambiantes

Elles sont habituellement déterminées à la pression atmosphérique, à la température ambiante et à une humidité relative de l'air de 60%.
Pour une température plus élevée, la limite inférieure diminue et la limite supérieure augmente; la zone d'inflammabilité s'élargie donc.
Pour une pression plus élevée, la limite supérieure augmente beaucoup alors que la limite inférieure diminue peu; la zone d'inflammabilité s'élargie également.
Pour des teneurs en oxygène supérieures à la concentration dans l'air, la zone d'inflammabilité s'agrandie.

Caractéristiques de quelques produits

Produit L.I.E. L.S.E. Cst F.P. Eb
(% volume dans l'air) °C °C
Hydrogène 4 75
Méthane 5 15
Acétylène 2,5 80
Ethylène 2,7 36
Ethane 3 12,5
Propylène 2 11
Propane 2,2 9,5
Butadiène 2 12
Butane 2 8,5
Pentane 1,5 7,8 2,56 -49 36
Essence 1,6 6
Kérozène 0,7 5
Gaz-Oil 0,6 13,5
White-spirit 0,8 3,7
Hexane 1 7,5
Cyclohexane 1,3 8,0 2,3 -18 80
Heptane 1,05 6,7 1,9 -4 98
Octane 1 6,5 1,7 13 126
Benzène 1,3 7,1 2,7 -11 80
p-Xylène 1,1 7 2,0 27 138
Toluène 1,2 7 2,3 4 111
Styrène 1,1 6
Acétone 2,6 13 5,0 -18 56
Méthyléthylcétone 1,8 11,5
Acétate de méthyle 3,1 16
Acétate d'Ethyle 2,0 11,5 4,0 -4 77
Méthanol 6 36 12,3 11 64
Ethanol 3,3 19 6,5 13 82
Isopropanol 2,0 12,7 4,5 12 83
Ammoniac 16 25
Chlorure de vinyle 3,6 33
Chlorure de méthyle 10,7 17,4
Ether éthylique 1,9 36 3,38 -45 34
Formol 7 73
Oxyde d'éthylène 3,6 100
Acroleine 2,8 31 5,66 -26 53
Diéthylamine 1,8 10,1 2,64 -26 55
Dichlorobenzène 2,2 9,2 3,1 66 181

La LIE d'un mélange de gaz

Pour déterminer la LIE d'un mélange de gaz dont on connait les LIE individuelles, il est généralement admis d'appliquer une relation déterminée par Henri Le Chatelier en 1878 pour prévenir les explosions de grisou dans les mines de charbon. Elle ne prend pas en compte l'influence de la température, de la pression et des interactions entre gaz.
On calcule la LIE d'un mélange de la façon suivante :
LIEm = 100/Σ(Ci/LIEi)
avec LIEi = la LIE de chaque gaz et Ci = le % molaire de chaque gaz.
Pour calculer la LIE d'un mélange de gaz, on a l'habitude d'utiliser une composition réduite (C1 à C3 ou C1 à C5 en regroupant les isomères). Cette réduction à un mélange simple est représentative tant que la fraction de lourds (C5+) reste négligeable. Elle ne l'est plus si cette fraction est importante.
Les compositions réduites sont corrigées en ramenant à [100 - ( % inertes)] la somme des % molaires des gaz pris en compte. Cette correction permet de ne pas assimiler les fractions lourdes absentes du bilan à des inertes.

Inflammabilité des solutions aqueuses

Les solutions aqueuses de produits inflammables peuvent être elles aussi inflammables.
Considérant que l'inflammabilité d'un liquide ne dépend que de la concentration du composé dans la phase gazeuse, l'inflammabilité des solutions aqueuses dépend de la nature du composé dissout ainsi que sa concentration.
Les données expérimentales sont moins faciles à rssembler que pour les composés purs, mais peuvent être approximées à l'aide des mêmes méthodes que celles déja décrites pour les composés purs.
Il faut en plus être capable de déterminer la concentration du composé dissout en fonction de la température et de la concentration.
Pour cela on peut appliquer la loi de Raoult:
pA = xA.TVA
avec:
pA: pression partielle du composé A dans l'atmosphère environnant le liquide
xA: fraction molaire du composé A dans la solution
TVA: tension de vapeur du composé A supposé pur

Le tableau ci-dessous la teneur maximum en composant inflammable dans la solution aqueuse pour limiter la température d'inflammation à différentes valeurs.

Composant % maxi dans l'eau pour
température inflammation
>23°C >38°C >60°C >93°C
Méthanol 58 32 13,5 4,1
Ethanol 73 43 18,6 5,4
Isopropanol 70 42 17,7 4,9
Acétone 27 15,8 7,4 2,7
Diéthylamine 23 13,4 6,5 2,5



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