Détonation des mélanges He-C, He-N, He-C-O et He-

Le réseau étendu permet d'étudier la détonation de l'hélium contenant des traces d'azote (14N) dont la concentration dans l'enveloppe d'hélium est éva-luée à2%par les simulations (1D à symétrie sphérique) d'évolution stellaire. En plus des mélanges habituels étudiés avec le réseau réduit, nous avons donc les mélanges HEN (98% d'hélium et 2% d'azote) et HECNO (90% d'hélium, 2% de carbone, 2% d'azote et 6% d'oxygène).

Fig. 4.49 Evolution de l'énergie libérée par la détonation de l'hélium pur ainsi que des mélanges HeN, HeC, HeCO et HeCNO. La température et la densité initiales sont de4×108 K et de 5×106 g cm−3.

Outre la libération d'énergie multiétape déjà discutée au Ÿ4.2.1.2, la présence de 2% de14N dans l'enveloppe de la naine blanche induit un amorçage plus rapide des réactions thermonucléaires (mélange HEN) et provoque l'appari-tion d'une étape supplémentaire de combusl'appari-tion lorsque cette enveloppe com-porte également des traces de carbone et d'oxygène (mélange HECNO). Sur la gure (4.49) par exemple, nous pouvons remarquer que la combustion des mélanges contenant14N (HEN et HECNO) débute à10−2 cm du choc alors qu'elle ne débute qu'à partir de10−1cm pour les autres (HEC et HECO).

Ce-Chap.4 Détonation thermonucléaire unidimensionnelle plane 160 pendant, les épaisseurs des zones de réaction des mélanges HECO et HECNO sont égales. Ceci résulte du fait que la combustion de l'azote n'est pas suf-samment énergétique pour induire l'amorçage direct de la combustion du carbone. Cet eet est clairement visible dans le mélange HEN où la com-bustion de l'azote est suivie d'un état stationnaire qui s'étale sur∼50 cm. Pour les mêmes raisons que celles évoquées au Ÿ4.2.1.2 et pour faciliter la comparaison entre les cinétiques réduite et étendue, nous nous attarderons uniquement sur la détonation du mélange HECO dans la suite de cette sec-tion.

A une densité initiale de 5×105 g cm−3 (HECO1), la détonation du mé-lange HECO libère en deux étapes une énergie de1.430×1018 erg g−1 dont

5.037×1017 erg g−1 le sont par la première (Fig. 4.50). L'épaisseurl∗ de la zone de réaction est de4.069×1014 cm et la vitesse D_f est de 1.586×109

cm s−1. La composition chimique à l'ENS est dominée par56Ni dont la frac-tion massique atteint 9.763×10−1. A 106 g cm−3 (HECO2), la détonation auto-entretenue se déplace à une vitesse D_f de 1.616×109 cm s−1. La pre-mière et la seconde étape de combustion libèrent respectivement4.821×1017

et1.422×1018erg g−1. L'ENS est atteint sur une distancel∗ de3.615×1012

cm et sa composition est toujours dominée par 56Ni dont la fraction mas-sique a subi une baisse de∼10%par rapport au cas précédent pour atteindre

8.801×10⁻¹. A5×10⁶g cm−3 (HECO3), la première étape libère une énergie de4.120×1017 tandis que la seconde libère1.154×1018 erg g−1. L'épaisseur

l∗ atteint 3.799×107 cm, la vitesse D_f correspondante vaut 1.574×109

cm s−1et la fraction massique de 56Ni à l'ENS est de 1.112×10⁻¹. Lorsque la densité initiale atteint 107 g cm−3 (HECO4), la distance l∗ qui assure la transition vers l'ENS est de 1.664×106 cm. La détonation, qui se déplace à la vitesseD_f de 1.494×10⁹ cm s−1, libère une énergie de 3.866×10¹⁷ et

9.112×1017 erg g−1 respectivement à la n de la première et de la seconde étape de combustion. Enn, la fraction massique de56Ni à l'ENS n'est plus que de1.9×10⁻². Ainsi, entre les situations HECO1 et HECO4, l'épaisseur de la zone de réaction chute d'un facteur∼2.5×108 alors que l'énergie libé-rée et la fraction massique de56Ni subissent une baisse respective de∼36%

et∼98%.

Des résultats analogues sont obtenus avec les réseaux réduit et étendu. La détonation de l'hélium pur libère plus d'énergie que celle contenant des traces de carbone, d'oxygène ou d'azote. La transition directe vers l'équilibre nu-cléaire statistique laisse place à une combustion en plusieurs étapes lorsque l'enveloppe d'hélium est enrichie en ces éléments. Les traces de carbone et d'azote agissent comme catalyseur en accélérant l'amorçage des réactions thermonucléaires de sorte que les zones de combustion sont plus courtes que celle de l'hélium pur. Outre ces analogies, des diérences majeures entre les deux cinétiques sont mises en évidence.

Chap.4 Détonation thermonucléaire unidimensionnelle plane 161

Fig. 4.50 Evolution de l'énergie libérée par la détonation du mélange HECO.

Fig. 4.51 Evolution de la fraction massique de4Heet de 56Ni dans la zone de réaction de la détonation du mélange HECO.

Chap.4 Détonation thermonucléaire unidimensionnelle plane 162 Comparativement au réseau réduit, les écarts obtenus pour la détonation de l'hélium avec la cinétique détaillée sont principalement :

I Pour le milieu HE1 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼17.

I Pour le milieu HE2 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼12et une diminution de la fraction massique de 56Ni de7%.

I Pour le milieu HE3 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼9et une diminution de la fraction massique de56Ni de87%.

I Pour le milieu HE4 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼5et une diminution de la fraction massique de56Ni de96%. Pour la détonation du mélange HECO, ces écarts sont principalement :

I Pour le milieu HECO1 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼27.

I Pour le milieu HECO2 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼ 15 et une diminution de la fraction massique de 56Ni de 10%.

I Pour le milieu HECO3 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼8 et une diminution de la fraction massique de56Ni de

82%.

I Pour le milieu HECO4 : Une réduction de la zone de combustion d'un facteur ∼9 et une diminution de la fraction massique de56Ni de

95%.