Les recherches menées sur la Station spatiale internationale aident les scientifiques à comprendre comment les incendies se propagent et se comportent dans différents environnements et à apprendre comment prévenir et éteindre les incendies dans l’espace.
Les enquêtes sur la combustion contribuent à la sécurité des membres d’équipage, des équipements et des engins spatiaux en guidant la sélection des matériaux de la cabine de l’engin spatial, en améliorant la compréhension de la croissance des incendies et en identifiant les techniques optimales de suppression des incendies. Ces recherches contribuent également à la sécurité incendie sur Terre et certaines études améliorent notre compréhension de la combustion pour des usages tels que la production d’électricité et l’alimentation des véhicules au sol.
La microgravité influence considérablement les flammes et fournit un environnement unique pour étudier la combustion. Par exemple, sur Terre, les gaz chauds d’une flamme s’élèvent et la gravité attire de l’air plus froid et plus dense vers le fond d’une flamme, créant ainsi la forme classique et l’effet de scintillement. En microgravité, ce flux ne se produit pas et sur la station spatiale, les flammes à faible impulsion ont tendance à être arrondies, voire sphériques. En supprimant les effets de la flottabilité, la microgravité permet aux chercheurs de mieux comprendre le comportement spécifique des flammes.
Le Combustion Integrated Rack (CIR), développé et exploité par le Glenn Research Center de la NASA, offre un environnement sécurisé pour un large éventail d’expériences de combustion. Différents inserts de chambre qui permettent une variété d’enquêtes incluent l’appareil de combustion de gouttelettes multi-utilisateurs, qui prend en charge les expériences d’extinction de flammes (FLEX), l’insert de combustion avancée via des expériences en microgravité (ACME) et l’allumage et l’extinction de combustibles solides – limite de croissance et d’extinction. (SoFIE).
FLEX, qui a analysé l’efficacité des extincteurs, a conduit à la découverte d’un type de flamme froide, dans laquelle le combustible continue de « brûler » dans certaines conditions après l’extinction de la flamme visible. Les flammes typiques produisent du dioxyde de carbone et de l’eau, mais les flammes froides produisent du monoxyde de carbone et du formaldéhyde. Mieux connaître le comportement de ces flammes chimiquement différentes pourrait conduire au développement de véhicules plus efficaces et moins polluants. Les flammes froides produites sur Terre s’éteignent rapidement. Comme ils brûlent plus longtemps en microgravité, les scientifiques ont la possibilité de les étudier.
FLEX-2 a étudié la rapidité avec laquelle les gouttelettes de carburant brûlent, les conditions requises pour la formation de suie et la manière dont les mélanges de carburants liquides s’évaporent avant de brûler. Les résultats pourraient contribuer à rendre les futurs engins spatiaux plus sûrs et à augmenter le rendement énergétique des moteurs utilisant du carburant liquide sur Terre.
ACME est un ensemble de six études indépendantes utilisant le CIR pour examiner l’efficacité énergétique et la production de polluants lors de la combustion sur Terre. La série a également cherché à améliorer la prévention des incendies des engins spatiaux grâce à une meilleure compréhension de l’inflammabilité des matériaux.
Une enquête de l’ACME, Flame Design, a étudié la quantité de suie produite dans différentes conditions de flamme. La suie, le résidu de carbone laissé lorsque les matériaux contenant du carbone ne brûlent pas complètement, provoque des problèmes environnementaux et sanitaires, mais est souhaitable à certaines fins. Les résultats pourraient permettre de concevoir des flammes contenant plus ou moins de suie, en fonction des besoins spécifiques, et pourraient contribuer à créer des conceptions de combustion de combustible plus efficaces et moins polluantes.
L’émulateur de taux de combustion (BRE) d’ACME a simulé l’inflammabilité de matériaux solides et liquides en brûlant des combustibles gazeux dans des conditions spécifiques. L’analyse de 59 essais de combustion BRE a fourni des données sur le flux de chaleur, la taille des flammes, les effets du débit du mélange combustible et d’autres paramètres importants. Les résultats pourraient améliorer la compréhension fondamentale de l’inflammabilité des matériaux et évaluer si les méthodes existantes pour tester l’inflammabilité sont efficaces en microgravité.
La combustion et la suppression des solides (BASS) ont été l’une des premières enquêtes visant à examiner comment éteindre les carburants brûlant en microgravité. Pour éteindre les incendies dans l’espace, il faut tenir compte de la géométrie de la flamme, des caractéristiques des matériaux et des méthodes utilisées pour l’éteindre, car les méthodes utilisées au sol pourraient être inefficaces, voire aggraver la flamme.
BASS-II a examiné les caractéristiques d’une variété d’échantillons de carburant pour voir si les matériaux brûlent aussi bien en microgravité qu’en gravité normale, dans des conditions appropriées. Plusieurs articles ont rapporté les résultats de BASS-II, avec des résultats incluant les différences entre la propagation de la flamme et la régression du carburant et la comparaison des taux de propagation de la flamme.
SoFIE-GEL analyse comment la température d’un carburant affecte l’inflammabilité des matériaux. Les chercheurs rapportent que les observations expérimentales concordent avec les tendances prédites par les modèles. Cette enquête, la première d’une série, a testé divers combustibles, notamment des feuilles plates, des dalles épaisses, des cylindres et des sphères.
Saffire est une série d’expériences menées à bord du vaisseau spatial cargo Cygnus sans équipage après leur départ de la station, ce qui permet de tester des incendies plus importants sans mettre en danger les membres de l’équipage. Les résultats sur la propagation des flammes en microgravité peuvent être utilisés pour établir le taux de dégagement de chaleur dans un vaisseau spatial et montrer que la réduction de la pression ralentit cette propagation.
Confined Combustion, parrainé par l’ISS National Lab, examine la propagation des flammes dans des espaces confinés de différentes formes. Le confinement affecte les caractéristiques et les dangers des incendies. Les chercheurs rapportent des détails sur les interactions entre une flamme et ses murs environnants et sur le devenir de la flamme, comme sa croissance ou son extinction. Ces résultats fournissent des orientations pour la conception des structures, les codes de sécurité incendie et la réponse dans l’espace et sur Terre. D’autres résultats suggèrent que le confinement peut augmenter ou diminuer l’inflammabilité des combustibles solides selon les conditions.
FLARE, une enquête parrainée par la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), teste également l’inflammabilité des matériaux en microgravité. Les résultats pourraient améliorer considérablement la sécurité incendie lors des futures missions.
Les études de flammes aident à assurer la sécurité des équipages dans l’espace. Cette recherche pourrait également conduire à une combustion plus efficace, réduisant les polluants et produisant des flammes plus efficaces pour des utilisations sur Terre telles que le chauffage et les transports.
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Plus d’information:
Xinyan Huang et al, Transition de la propagation opposée des flammes à la régression et au soufflage du carburant : effet de l’écoulement, de l’atmosphère et de la microgravité, Actes de l’Institut de la Combustion (2018). DOI : 10.1016/j.proci.2018.06.022
Subrata Bhattacharjee et al, Propagation des flammes à flux opposé : comparaison des expériences de microgravité et de gravité normale pour établir le régime thermique, Journal de sécurité incendie (2015). DOI : 10.1016/j.firesaf.2015.11.011
David L. Urban et al, Propagation des flammes : effets de la microgravité et de l’échelle, Combustion et flamme (2018). DOI : 10.1016/j.combustflame.2018.10.012
Yanjun Li et al, Étude expérimentale de la propagation d’une flamme à écoulement simultané sur des solides minces dans un espace confiné en microgravité, Combustion et flamme (2021). DOI : 10.1016/j.combustflame.2020.12.042
Yanjun Li et al, Combustion confinée de matériaux solides polymères en microgravité, Combustion et flamme (2021). DOI : 10.1016/j.combustflame.2021.111637