Elles sont encore toutes fraîches dans nos mémoires, les images des flammes qui embrassent la forêt, du feu qui détruit tout sur son passage.

Aujourd'hui, dans ce qu'il reste des arbres et autres végétaux, les scientifiques enquêtent. Pour en apprendre toujours plus sur le comportement de ces immenses brasiers.

Ce que les flammes cachent

Mais une chose échappait jusqu'ici à leur analyse. Et pas des moindres. Les milliers de réactions chimiques que la chaleur des flammes déclenche en simultanée. Toutes ces molécules qui se dissocient, se recombinent et se transforment en nouveaux composés, libérant dans l'air des gaz, de la suie et d'autres particules riches en carbone.

Elles se produisent tellement vite qu'elles sont presque impossibles à observer. Mais Jas Shahanand, doctorant au département de génie mécanique de l'université du Colorado à Boulder (États-Unis) a mis au point des méthodes qui permettent de capturer et identifier certaines de ces molécules éphémères. L'espoir de savoir enfin ce qui se passe réellement lors d'un feu de forêt.

« Si nous voulons mieux lutter contre les incendies de forêt, nous devons acquérir une compréhension fondamentale de la chimie en jeu. Nous devons savoir quelles réactions servent nos objectifs et lesquelles génèrent des sous-produits néfastes. Pour cela, il est nécessaire de comprendre ce qui se passe réellement au cœur de la réaction. C'est là qu'interviennent nos recherches. »

Des molécules instables qui pilotent tout l’incendie

Pour comprendre, il faut savoir que ces minuscules molécules que les scientifiques appellent les radicaux sont en quelque sorte le moteur de la combustion. Parce qu'ils se présentent avec un électron en trop. Ça les rend instables et réactifs. Ils ne rêvent que d'une chose, « voler » un électron à d'autres molécules. La réaction en chaîne est déclenchée : de nouveaux radicaux entrent sans cesse en collision avec des molécules stables et s'approprient leurs électrons, encore et encore.

C'est ce qui se produit lors des feux de forêt. Quand des gaz tels que le méthane ou l'éthylène se transforment en résidus carbonisés et en suie. Les chercheurs parlent de passage de la chimie en phase gazeuse à la phase particulaire.

L'ennui, c'est que la durée de vie de ces radicaux est affreusement courte. De l'ordre de nanosecondes, un million de fois moins qu'une milliseconde.

Le tour de force : stabiliser l’éphémère pour enfin l’observer

Dans la revue PRX Energy, l'équipe de Jas Shahanand explique comment il est possible d'augmenter la durée de vie de ces radicaux. Grâce à des radicaux stabilisés par résonance. En d'autres mots, des radicaux dont l'électron célibataire est réparti sur plusieurs atomes.

Des feux de forêt… aux carburants de demain

Ces travaux ne servent pas seulement la lutte contre les incendies. Ils pourraient aussi aider à produire un carburant propre et rentable.

C'est pourquoi les chercheurs ont étudié les réactions chimiques se produisant lorsque la lignine -- un matériau présent dans les plantes et les arbres -- est chauffée en l'absence d'oxygène lors d'un processus appelé pyrolyse. Il peut générer des composés aromatiques appelés « anisoles substitués », susceptibles d'être transformés en biocarburant renouvelable. Toutefois, ce processus peut également engendrer des sous-produits indésirables, tels que du charbon et du goudron.

Jas Shahanand rapporte qu'en modifiant légèrement les molécules d'anisole, ils parvenaient à augmenter considérablement la quantité de radicaux produits dans les conditions naturelles de pyrolyse de la lignine. L'espoir de pouvoir, un jour, « contrôler » ces réactions chimiques pour favoriser la production de composés utiles.

Une « empreinte » des radicaux du feu

Pour préparer la suite, les chercheurs ont établi une « empreinte » complète pour certains radicaux qu'ils ont détectés et qui jouent un rôle crucial dans la combustion. Tout comme une empreinte digitale permet d'identifier une personne, ces résultats aideront à identifier plus précisément les molécules qui interviennent lors d'un feu de forêt.

Parce que c'est bien vers là que Jas Shahanand veut aller : étudier tous les types de réactions chimiques et radicaux qui en sont à l'origine lors de véritables incendies.

Avec l'idée que ces travaux puissent avoir un impact sur bien d'autres aspects de la société. « Il peut s'agir d'expliquer pourquoi certains phénomènes de réchauffement surviennent dans différents écosystèmes ou de comprendre comment la chimie favorise la combustion dans l'espace ou sur d'autres planètes dotées d'atmosphères différentes. Quoi qu'il en soit, tout repose sur ces principes fondamentaux », conclut le jeune chercheur.