La physique de la maîtrise du feu

Poursuivons notre voyage dans la physique de la flexion avec l’élément de puissance, le feu.

Je vous recommande de lire mes trois premiers billets sur la physique d’Avatar et de Korra si vous ne l’avez pas déjà fait. Ce sera important pour comprendre le reste de cette série.

La chose la plus simple que les maîtres du feu peuvent faire est de chauffer des choses. On les a même vus le faire sans produire de flammes. En partant de l’hypothèse que les maîtres du feu utilisent l’électricité et le magnétisme, nous pouvons en déduire qu’ils le font simplement en faisant passer un courant électrique dans la matière qu’ils chauffent. Puisque l’électricité ne se déplace pas à travers la plupart des matériaux avec une efficacité parfaite, une partie de l’énergie électrique d’un courant devient de l’énergie thermique qui réchauffe son environnement.

Absorption et redirection de la chaleur

En plus de réchauffer des objets, les maîtres du feu peuvent également les refroidir. Ils le font probablement en appliquant des charges électriques au niveau atomique qui ralentissent le mouvement des particules d’une substance. Cela serait très similaire à la façon dont les maîtres de l’eau gèlent l’eau en glace. L’énergie des atomes refroidis doit aller quelque part, elle est donc convertie en énergie cinétique des particules créant les champs électriques. Les maîtres du feu pourraient alors éloigner ces particules de charge du matériau à refroidir, en emportant la chaleur avec elles. Pour que les particules du matériau refroidi soient affectées par les champs électriques, les maîtres du feu doivent d’abord les charger par ionisation. Les charges en mouvement créent un champ magnétique, et un champ magnétique changeant crée un courant électrique. Par conséquent, le changement de mouvement des particules chargées pourrait induire un courant électrique porteur d’énergie que les maîtres du feu pourraient alors utiliser pour leur flexion. Cela explique pourquoi la maîtrise du feu est plus forte en présence de beaucoup de chaleur comme lors du retour de la comète de Sozin.

Les maîtres du feu seraient également capables d’utiliser cette technique pour refroidir leurs propres flammes. De nombreux atomes dans les flammes sont déjà ionisés et seraient déjà sensibles aux champs électriques. Les noyaux atomiques étant plus massifs que les électrons, des champs électriques correctement positionnés pourraient les ralentir tout en poussant les électrons plus rapidement et dans de nouvelles directions. Le ralentissement des noyaux refroidirait les flammes mais laisserait les minuscules électrons se déplacer très rapidement. L’énergie thermique étant proportionnelle à la masse, le fait que les électrons soient à une température élevée ne rendrait pas nécessairement la flamme chaude. Elle resterait cependant une flamme, car son état de matière serait toujours ce que l’on appelle un plasma partiel. Les maîtres du feu peuvent souhaiter refroidir leurs flammes lorsqu’ils s’entraînent afin de ne pas brûler leurs adversaires. Voici une vidéo sur la création de plasmas partiels froids:

Créer, entretenir et intensifier le feu

La maîtrise du feu est unique car le feu n’est pas tant une substance physique qu’une réaction chimique continue. Les flammes que vous voyez sont les produits de la réaction entre une source de combustible et l’oxygène. La flamme est chaude et visible parce qu’une partie de l’énergie qui était stockée dans les liaisons chimiques des réactifs est libérée sous forme de chaleur, de lumière et de son. En comprenant ce qu’est le feu, nous pouvons déduire que les maîtres du feu créent du feu en trois étapes. Tout d’abord, ils utilisent des courants électriques contrôlés avec précision pour ioniser les molécules de dioxyde de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans l’air. Ils utilisent ensuite des champs électriques pour recombiner les atomes ionisés avec les électrons libres et former de nouvelles molécules. Les collisions entre les particules qui forment ces molécules leur confèrent une énergie cinétique élevée, ce qui signifie qu’elles ont l’énergie nécessaire pour brûler spontanément. Enfin, les molécules formées à partir des ions se consument spontanément et deviennent du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Ces réactifs sont ce que vous voyez dans les flammes. Les molécules que les maîtres du feu forment pour la combustion sont probablement des alcanes, comme le méthane et le propane, ainsi que d’autres hydrocarbures, comme le pétrole, plus de l’oxygène et de l’eau comme produit résiduel. Cette explication signifie que les maîtres du feu fabriquent littéralement le combustible de leur feu à partir de rien. Voici un exemple d’une des réactions possibles que les maîtres du feu pourraient provoquer :

Maintenant il est important de parler du type de combustion en cours. D’après les couleurs du feu que nous voyons dans Avatar, il semble que la plupart des maîtres du feu utilisent une combustion incomplète. Il s’agit d’une combustion où la réaction ne reçoit pas assez d’oxygène et brûle en jaune ou en rouge. Ces flammes sont moins chaudes que celles de la combustion complète, qui est celle où le feu peut recevoir assez d’oxygène et brûle en bleu. Ainsi, la maîtrise du feu bleu est obtenue par une combustion complète et libère plus de chaleur que la maîtrise du feu ordinaire. La couleur jaune ou rouge de la combustion incomplète est le résultat de fines particules de la substance brûlée qui s’élèvent sans réagir et brillent par incandescence. On parle d’incandescence lorsqu’un objet dégage de l’énergie thermique sous forme de lumière visible. Pour que cela nous donne les couleurs jaune, orange et rouge-orange du feu que nous voyons à travers Avatar et Korra, il faudrait que les maîtres du feu créent beaucoup d’hydrocarbures capables d’atteindre des températures incandescentes sans se consumer pendant la combustion incomplète.

Le problème de la combustion incomplète est qu’elle produit du monoxyde de carbone, qui est dangereux pour les humains en assez grande quantité. Les maîtres du feu pourraient contourner ce problème en utilisant leur contrôle précis de l’électromagnétisme pour forcer l’oxygène et le monoxyde de carbone à réagir et à former du dioxyde de carbone. Le type de combustion complète utilisé par les maîtres du feu bleus produirait de la vapeur d’eau. La vapeur d’eau est un gaz à effet de serre, qui aide les flammes à transférer la chaleur, mais qui est mauvais pour l’environnement. Les maîtres du feu pourraient contourner ce problème en faisant passer un courant électrique dans la vapeur d’eau qu’ils créent. Cela la décomposerait en molécules d’hydrogène et d’oxygène via un processus appelé électrolyse.

Mouvement, mise en forme et déviation du feu

Nous savons maintenant comment les maîtres du feu font du feu, mais comment sont-ils capables de contrôler sa forme et son mouvement ? La réponse est en fait assez simple et a à voir avec la nature des flammes. Les flammes sont des plasmas partiels, ce qui signifie que certains des atomes qu’elles contiennent ont été ionisés en raison de l’énergie libérée par la combustion. Comme les flammes contiennent des ions, elles peuvent être affectées par des courants électriques. Lorsqu’un courant électrique traverse une flamme, les ions positifs de la flamme se déplacent vers le courant entrant et les ions négatifs se déplacent vers le courant sortant. Cela produit une sorte de forme de papillon dans la flamme :

En utilisant cette propriété des flammes, on peut imaginer qu’un circuit en mouvement entraînerait une flamme, et comme la flamme se déplace le maître du feu change continuellement l’endroit où il crée la combustion afin que la flamme ne soit pas éparpillée. Un maître du feu comme celui-ci peut être visualisé en utilisant ce diagramme :

Les flammes peuvent également être repoussées ou attirées dans une seule direction en appliquant un champ électrique. Voici une vidéo démontrant cet effet :

En utilisant ces procédés de manière assez précise, un maître du feu ayant le contrôle du flux d’électricité pourrait déplacer les flammes à peu près comme il le souhaite. Cela vaut pour les flammes qu’ils produisent eux-mêmes, mais aussi pour les flammes qui se produisent naturellement ou qui sont produites par d’autres benders.

Une image courante que nous voyons dans les combats entre maîtres du feu est celle des flammes produites par un maître poussant contre les flammes de l’autre. Je pense que ce qui se passe réellement ici, c’est que les maîtres du feu changent la direction dans laquelle circulent les courants électriques qu’ils créent. Ils le font pour modifier l’alignement des champs magnétiques créés par chaque circuit, afin qu’ils soient identiques à la plupart des circuits voisins créés par l’autre maître du feu dans ses flammes. Les champs magnétiques des circuits se repoussent alors, s’éloignent et entraînent les flammes avec eux. Cet effet aurait pour conséquence que les flammes sembleraient se pousser les unes sur les autres.

Des courants électriques suffisamment forts peuvent réellement éteindre les flammes, les maîtres du feu seraient donc capables d’éteindre les feux existants. Les atomes des flammes restent ionisés même après que la flamme se soit éteinte, donc les maîtres du feu seraient également capables de contrôler le mouvement de la fumée.

Combustionbending

Maintenant que nous savons comment fonctionne le firebending régulier, nous pouvons aborder les techniques avancées. L’une de ces techniques est la maîtrise de la combustion, dont le nom est quelque peu trompeur puisque la quasi-totalité de la maîtrise du feu serait une forme de combustion. Quoi qu’il en soit, les maîtres de la combustion semblent tirer un faisceau de chaleur, de gaz chauds ou de plasma directement sur un point concentré pour qu’il se développe en une seule fois. Mon hypothèse est que ce faisceau est en fait du feu d’hydrogène, qui brûle moins fort que les autres feux et est plus difficile à voir. Mais si le feu est moins chaud, comment peut-il créer de si grosses explosions ? Eh bien, je pense que ce qui se passe, c’est que tant de feu d’hydrogène est produit si vite et déplacé si rapidement que le petit volume dans lequel il se retrouve avant d’exploser a une pression et une énergie thermique extrêmement élevées. Le feu est maintenu encerclé dans des espaces étroits avec la maîtrise du feu, si étroits que le différentiel de pression entre les flammes compactes et l’air environnant produit une puissante onde de choc lorsque les flammes sont libérées.

Les anneaux que l’on voit sortir du faisceau lors de son déplacement pourraient être du feu s’échappant dans l’air à plus basse pression. Peut-être que les maîtres du feu doivent laisser sortir un peu de feu, sinon l’explosion se produit trop tôt.

Propulsion par le feu

La propulsion par le feu fonctionne de façon très similaire à la façon dont j’ai décrit le fonctionnement de la propulsion par l’eau dans un post précédent. Tout d’abord, un maître du feu charge son propre corps en électricité afin de repousser les ions des flammes. Ensuite, il produit des flammes qui sont rapidement repoussées de son corps. Ils utilisent la méthode que nous avons déterminée précédemment pour encercler le feu afin qu’il ne puisse s’échapper que dans la direction souhaitée par le maître du feu. C’est ainsi qu’ils se dirigent. Alors que le feu s’échappe dans une direction, le maître du feu chargé est poussé dans l’autre sens grâce à la troisième loi du mouvement de Newton. Je suis particulièrement content d’avoir pu penser à une explication pour ce mouvement car c’est un trope très commun pour la pyrokinésie et c’est génial !

Fire Whirls

Les tourbillons de feu sont des événements réels qui se produisent généralement pendant les feux de forêt. Ils se produisent parce que l’air chaud qui s’élève du feu se déplace si rapidement qu’il crée un vent fort. De l’air supplémentaire s’engouffre dans la colonne montante et ajoute un moment angulaire qui fait tourner le feu. Voici à quoi ils ressemblent dans la vraie vie :

Les tourbillons de feu brûlent plus fort que les feux normaux car ils aspirent plus d’oxygène. Les maîtres du feu créant des tourbillons de feu comme ceux-ci libéreraient beaucoup d’énergie. Non seulement cela, mais les attaques porteraient plus d’élan parce qu’elles attireraient plus de masse et se dilateraient rapidement le long de l’axe de rotation.

Cependant, les tourbillons de feu pourraient aussi être utilisés pour attaquer les adversaires indirectement en créant de fortes rafales de vent chaud. Un maître du feu peut choisir d’agir ainsi afin d’augmenter la zone d’attaque ou de repousser un adversaire sans avoir à le brûler. C’est ce que nous voyons dans l’épisode Zuko Alone, où Zuko crée un tourbillon de feu qui repousse son adversaire sans le brûler. Il utilise plus tard un mouvement similaire dans un combat d’entraînement avec Aang.

Génération et redirection de la lumière

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Nous avons déjà mentionné que les maîtres du feu ont besoin de générer des courants électriques pour se plier au feu. Comme la foudre est le résultat du déplacement de l’électricité dans l’air, produire la foudre signifierait produire une tension suffisamment élevée pour surmonter la résistance électrique de l’air. Cependant, les maîtres du feu peuvent le faire beaucoup plus facilement en envoyant de l’électricité à travers leurs flammes. Les flammes étant partiellement ionisées, il est en fait plus facile d’envoyer de l’électricité dans une flamme que dans l’air. Cette vidéo démontre l’effet :

Si les maîtres du feu envoient de l’électricité à travers les flammes pour produire des éclairs, cela explique comment ils sont capables de contrôler son mouvement dans l’air et de le rediriger. Rediriger la foudre signifie simplement créer un chemin de flammes à travers lequel l’électricité peut voyager. Cela explique également pourquoi les personnages de la série peuvent réagir à la lumière. La foudre dans la nature se déplace à 200 000 miles par heure (bien trop vite pour être esquivée ou vue venir). Les éclairs des maîtres du feu semblent se déplacer beaucoup plus lentement que les éclairs naturels, ce qui est probablement dû au fait que les flammes traversées par les éclairs ne se déplacent pas aussi vite. Les attaques de la foudre que nous voyons dans la série ne sont pas des coups de foudre uniques, mais des éclairs répétés, chacun d’entre eux voyageant aussi loin que possible avant qu’il n’y ait plus de feu à traverser. La foudre n’atteint sa cible qu’une fois que les flammes ont atteint leur cible. Ce concept explique également pourquoi les éclairs dans la série semblent fluides et tangibles, ce que nous voyons en réalité, ce sont des flammes conduisant de grandes quantités d’électricité.

Peut-être que nous ne voyons pas les flammes elles-mêmes parce qu’elles ne sont pas particulièrement brillantes. Une flamme de faible intensité, comme celle d’un feu d’hydrogène, conduirait tout de même mieux l’électricité que l’air. Les feux d’hydrogène impliquent moins d’atomes que les autres types de combustion, il faut donc moins d’énergie pour les créer. Les maîtres du feu voudraient utiliser des flammes plus faibles pour la direction de l’éclairage afin d’économiser de l’énergie pour générer l’éclair lui-même. Toute lumière que le feu d’hydrogène émettrait serait noyée par l’éclat de la foudre qui se déplace à travers lui.

Créer différentes couleurs de feu

J’ai déjà parlé des quatre principales couleurs de feu dans le spectacle – jaune, orange, rouge-orange et bleu – et je n’aurais même pas inclus cette section si ce n’était pas vu :

Ici, nous voyons les maîtres du feu originaux produire des flammes rouges, jaunes, orange, vertes et violettes. Habituellement, les flammes prennent des couleurs inhabituelles en raison de la matière brûlée. L’explication la plus simple est que les dragons expulsent des substances chimiques qui donnent ces couleurs au feu. Cependant, Zuko crée plus tard les mêmes couleurs de feu dans la bande dessinée canonique Smoke and Shadow. Cette coloration du feu doit donc avoir un rapport avec la façon dont le feu est courbé et non avec ce qui est brûlé. Je peux penser à deux façons dont cela se produit.

1. Les dragons contrôlent si bien la température des flammes en utilisant des champs électromagnétiques qu’ils peuvent créer des régions dans le feu qui brûlent à différentes températures sans que la chaleur ne circule entre elles. Ces différentes sections de flammes émettraient différentes fréquences de lumière semblables aux pixels rouges, bleus et verts d’un écran d’ordinateur. Dans ce cas, les pixels de la flamme émettent de la lumière bleue, rouge, orange et jaune. Il n’y aurait pas de lumière verte ou violette émise. Toute personne regardant l’écran ne verrait qu’un mélange de bleu et de rouge ou de bleu et de jaune et son cerveau l’interpréterait respectivement comme du violet ou du vert. Ce scénario est le moins probable car il nécessiterait probablement une quantité d’énergie beaucoup plus folle pour le réaliser.
2. Les dragons utilisent des forces électromagnétiques pour contrôler les niveaux d’énergie des électrons flottant librement dans les flammes. Différents matériaux produisent des flammes de différentes couleurs parce que leur structure atomique ne permet aux électrons de changer d’énergie que dans une certaine mesure. La quantité d’énergie perdue par les électrons détermine la fréquence de la lumière émise. Lorsque les électrons sont détachés des atomes, ils ont accès à un nombre beaucoup plus important de niveaux d’énergie et peuvent émettre des fréquences de lumière plus distinctes. Si les maîtres du feu pouvaient affecter directement l’énergie des électrons lorsqu’ils sont déliés en utilisant l’électromagnétisme, ils pourraient contrôler la fréquence exacte de la lumière émise, y compris éventuellement des couleurs comme le vert et le violet. C’est l’option la plus simple et la plus probable.

Tirer de l’énergie du Soleil

J’ai déjà mentionné comment les maîtres du feu pouvaient tirer de l’énergie de la chaleur qui les entoure, il est donc logique que la chaleur provenant du Soleil puisse leur donner du pouvoir. Je pense également qu’il est possible que les maîtres du feu exploitent l’énergie directement à partir de la lumière du soleil. Si les quasi-particules émises par les maîtres du feu interagissent avec les photons de lumière, ils pourraient gagner de l’énergie. Cette énergie pourrait alors être transférée à un maître du feu par induction électromagnétique. Les quasi-particules excitées produiraient des champs magnétiques changeants qui produiraient ensuite des courants électriques transportant de l’énergie utile. Les maîtres du feu ressembleraient ainsi aux cellules photovoltaïques, qui convertissent l’énergie de la lumière en énergie électrique. Les maîtres du feu doivent être capables de stocker cette énergie dans le temps, sinon ils ne pourraient pas se courber la nuit. Quant au fait qu’ils perdent leur capacité à se courber pendant une éclipse solaire, cela n’a aucun sens car cela suggère qu’ils devraient également perdre leur capacité à se courber la nuit lorsque la Terre se trouve entre eux et le Soleil. Mettons cela sur le compte de la magie spirituelle.

Ceci conclut notre examen de la physique de la maîtrise du feu.

Dans mon prochain post, j’examinerai la physique de la maîtrise de l’air. Comme toujours, faites-moi savoir de quelle manière je pourrais améliorer mes hypothèses de ce post ou mieux les expliquer. À la prochaine fois.

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