TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES

On considère généralement que les recherches physico-chimiques aux hautes températures ont débuté à la fin du xix^e siècle, lorsque Paul-Gabriel Hautefeuille et A. Perrey déterminèrent les points de fusion des silicates, vers 1 000 ⁰C, et surtout lorsque Henri Moissan, en 1897, inventa et utilisa les premiers fours à arc dans lesquels la température dépassa 2 000 ⁰C. Avant 1903, Hermann Walther Nernst réussit à employer la magnésie comme élément chauffant dans un four électrique et, en 1905, Moissan indiqua que le graphite se volatilise à 3 000 ⁰C. Depuis ces premiers travaux, les moyens de production des hautes températures et les méthodes de mesure n'ont cessé de faire des progrès, permettant aux physiciens et aux chimistes d'entreprendre des recherches systématiques au-dessus de 1 000 ⁰C pendant les premières décennies du xx^e siècle, puis jusqu'à 2 000 ⁰C dès avant la Seconde Guerre mondiale, enfin au-delà de 2 000 ⁰C depuis 1950 environ.

L'intérêt fondamental des températures élevées réside dans l'influence qu'elles peuvent avoir sur la structure de la matière d'une part, et sur la vitesse des réactions chimiques d'autre part.

Les applications de la physico-chimie des hautes températures sont importantes, car de très nombreux matériaux sont fabriqués à température élevée ; les progrès de la métallurgie, des verres ou des ciments, par exemple, ont souvent justifié et suivi l'extension des connaissances physico-chimiques vers des températures de plus en plus hautes.

Le développement, depuis moins d'un siècle, des moyens de transports est en partie dû aux perfectionnements des moteurs à combustion, résultant non seulement de la découverte de matériaux nouveaux et de l'amélioration de leurs propriétés, mais aussi d'une meilleure connaissance de la physico-chimie de la combustion.

Au moment où l'on prend conscience que les ressources naturelles traditionnelles ne sont pas inépuisables, il paraît indispensable qu'un approfondissement des équilibres et des transformations des espèces minérales sous haute pression et à température élevée apporte une meilleure connaissance de la Terre et des richesses qu'elle offre.

Production des hautes températures

Pour produire de hautes températures, il faut dissiper une énergie suffisante pour compenser les pertes calorifiques inévitables. On diminue ces pertes par un calorifugeage avec des écrans de rayonnement en matériaux réfractaires et des isolants thermiques tels que des oxydes réfractaires en poudre jusqu'à 1 500 ⁰C, ou du noir de fumée et des « feutres » de carbone jusqu'à plus de 2 500 ⁰C.

Si l'on utilise l'énergie de combustion, une température limite est fixée par la température de flamme. Mais si l'on fait appel à l'énergie électrique, convertie par effet Joule, il peut ne pas y avoir de température limite, si ce n'est celle que fixe la tenue des matériaux chauffés et des isolations thermiques (cas des fours à arc).

Températures atteintes par combustion

Températures atteintes par combustion (en ⁰C). 

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Fours à combustion

Le bois fut le premier combustible de l'homme ; ce fut ensuite le charbon, encore employé dans les fours industriels à charbon pulvérisé et les hauts fourneaux. Maintenant, le mazout et le gaz naturel équipent les grands fours des industries métallurgiques, celles notamment des verres, des ciments et des céramiques, ces fours pouvant atteindre 50 mètres de long et traiter plusieurs centaines de tonnes de produits. Les flammes, fortement chargées en carbone, sont très lumineuses et chauffent autant par rayonnement que par convection.

Des recherches sur la combustion de produits peu classiques ont été menées depuis 1930 pour la mise au point du moteur-fusée. Plus que les poudres solides, ce sont les propergols liquides, combustibles et comburants, qui permirent la construction des moteurs gigantesques utilisés pour la conquête de l'espace (cf. conquête de l'espace, missiles).

Fours électriques

Les fours à résistance électrique – celui de la cuisinière, comme celui du laboratoire utilisé jusqu'à 1 500 ⁰C – sont construits sur les mêmes principes. Le matériau qui sert de résistance électrique (cf. matériauxréfractaires) et qui est chauffé par effet Joule fixe la température maximale du four. Les métaux et les alliages sont les plus employés, mais certains matériaux non m [...]

Températures maximales des fours à résistance électrique

Températures maximales (en ⁰C) des fours à résistance électrique. 

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Températures atteintes par combustion
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Températures maximales des fours à résistance électrique
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Four à élément chauffant de céramique
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Four à arc
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