Comment fonctionnent les allumettes de sûreté ?

Les allumettes de sûreté sont un article courant dans le tiroir de cuisine de tous les ménages. Leur concept est assez simple : on frappe la tête de l’allumette contre la bande et voilà. Mais il y a en fait beaucoup de chimie à l’œuvre dans cet objet du quotidien.

Il existe deux types d’allumettes : celles qui sont considérées comme sûres, et celles qui peuvent être allumées à l’aide de n’importe quelle surface. La seule différence est que dans les allumettes de sécurité, les produits chimiques nécessaires à leur allumage sont séparés les uns des autres. Mais avant de comprendre leur fonctionnement, nous devons d’abord nous demander : comment sont-elles apparues ?

L’allumette de Lucifer

Les allumettes de sécurité ont parcouru un long chemin depuis leur antécédent, l’allumette de Lucifer. Selon un article paru en 1893 dans le Pacific Rural Press, l’invention de l’allumette est attribuée à Sir Isaac Holden, qui a capitalisé sur le besoin d’avoir un feu instantané au bout des doigts.

Il n’a pas fallu longtemps pour que l’allumette Lucifer gagne en popularité. Elles étaient vendues dans des boîtes en métal, et étaient accompagnées d’un morceau de papier de verre contre lequel il fallait s’allumer. La composition des allumettes Lucifer n’était pas très différente de celle des allumettes d’aujourd’hui. Mais un ingrédient faisait une différence essentielle : le phosphore blanc.

L’histoire macabre des allumettes

Bien que le phosphore blanc fasse une apparition dans les allumettes de sécurité modernes, ce n’est que sous forme de petite quantité de vapeur – mais nous y reviendrons plus tard. Cependant, au début du XIXe siècle, les allumettes Lucifer utilisaient fortement le phosphore blanc comme l’un des principaux ingrédients de la tête d’allumette. Le phosphore blanc est un matériau très combustible et toxique. Ses propriétés pyrophoriques signifient qu’il peut s’enflammer spontanément. C’est pourquoi il est couramment utilisé comme arme incendiaire par les militaires.

Similaire au Napalm, le phosphore blanc est utilisé dans les obus et les grenades, s’enflammant spontanément pour produire une chaleur si intense qu’elle fait fondre la peau jusqu’à l’os. Ce produit chimique est également à l’origine de la mâchoire phossy, une maladie professionnelle causée par l’inhalation de ses vapeurs toxiques. Le phosphore blanc attaquait la mâchoire inférieure, provoquant des abcès et même des lésions cérébrales. Le seul traitement possible consistait à enlever toute la mâchoire, ce qui laissait le malade défiguré à vie. L’autre alternative était la mort par défaillance des organes.

Les propriétés instables et toxiques du phosphore blanc signifiaient que des accidents mortels se produisaient chaque jour : des boîtes d’allumettes s’enflammaient soudainement après avoir été secouées ou laissées au soleil, et les gens respiraient souvent les fumées toxiques. Il fallait faire quelque chose contre les dangereuses allumettes Lucifer.

Quand les allumettes de sécurité ont-elles été inventées ?

En raison de la demande et de la dépendance du public à l’égard d’allumettes bon marché pouvant être allumées n’importe où, il a fallu plus de 50 ans après l’identification des dangers pour mettre fin à la fabrication des allumettes Lucifer. Une combinaison de couverture médiatique, de campagnes publiques et de changements législatifs a fait qu’en 1910, ces allumettes mortelles ont finalement été remplacées par une alternative plus sûre.

Pourquoi les allumettes sont-elles appelées allumettes de sûreté ?

Intéressant, les ingrédients actifs qui étaient présents dans les allumettes Lucifer étaient toujours utilisés dans les allumettes de sûreté, mais avec une différence qui change la donne : les produits chimiques combustibles étaient séparés entre la tête de l’allumette et le coussinet de frappe.

Le phosphore blanc a finalement été remplacé par un autre allotrope : le phosphore rouge. Le phosphore rouge ne s’enflamme pas dans l’air lorsque la température est inférieure à 240°C, contrairement à son prédécesseur qui pouvait s’enflammer spontanément à 30°C. Il s’agit donc d’un élément beaucoup plus stable à utiliser dans un article ménager banal, et c’est pourquoi les allumettes sont appelées allumettes de sécurité – elles sont beaucoup plus sûres de nos jours !

Qu’est-ce que des allumettes de sécurité ?

Nous avons déjà établi que ce qui constitue des allumettes de sécurité est le fait que les éléments combustibles sont séparés les uns des autres. Mais quels sont les objectifs derrière les ingrédients ?

La tête de l’allumette contient un agent oxydant, généralement du chlorate de potassium, et du soufre. Ces produits chimiques ne s’enflamment pas d’eux-mêmes, ce qui signifie que l’allumette ne s’allumera pas par friction normale. En effet, la surface de frappe contient le produit chimique nécessaire pour que le chlorate de potassium et le soufre s’enflamment : le phosphore rouge.

La tête d’allumette contient également de la colle, qui non seulement lie les matériaux entre eux mais sert également de combustible supplémentaire. Le bâton de bois est recouvert d’une couche de paraffine. Cela garantit que la flamme brûlera le bâton. Le bois est également imbibé de phosphate d’ammonium qui étouffe toute rémanence. La surface de frappe et la tête de l’allumette partagent un ingrédient majeur : du verre en poudre. C’est important car c’est ce qui déclenche tout le processus.

Comment fonctionnent les allumettes de sécurité ?

Lorsque la tête de l’allumette frappe le grattoir, la friction verre contre verre crée de la chaleur. Cette chaleur est suffisante pour convertir une petite quantité de phosphore rouge en vapeur de phosphore blanc.

Bien que le phosphore blanc s’enflamme spontanément, ce serait un affichage de courte durée s’il n’y avait pas l’agent oxydant de la tête d’allumette. La petite quantité de phosphore blanc commence à décomposer le chlorate de potassium, libérant de l’oxygène pour que la flamme puisse continuer à brûler. L’oxygène se combine ensuite avec le soufre pour qu’il puisse également commencer à brûler. Cela enflamme le bois de l’allumette, sur lequel la flamme va se coller à cause de la paraffine.

Tous ces composants sont ce qui permet à l’allumette de rester allumée suffisamment longtemps pour allumer votre bougie Yankee préférée.

La différence entre les allumettes de sécurité et les allumettes normales

La seule différence entre les allumettes de sécurité et les allumettes à gratter partout est que la tête d’allumette de ces dernières contient du phosphore rouge ainsi qu’un agent oxydant et du soufre. Cela lui permet de s’enflammer sur n’importe quelle surface lorsque la friction crée de la chaleur.

En revanche, si vous frappez une allumette de sûreté contre un mur de briques, par exemple, il n’y aura pas d’inflammation car le phosphore rouge n’est pas contenu dans la tête d’allumette.

À quoi ressemblent les allumettes de sûreté ?

Si les têtes d’allumettes sont généralement rouges, ce n’est pas à cause de la couleur des produits chimiques contenus. Le fait qu’elle soit de la même couleur que le phosphore rouge n’est qu’une coïncidence. Si la tête d’allumette est colorée, c’est parce qu’un colorant est ajouté à l’extrémité afin d’indiquer clairement quelle extrémité prend feu.

Il est évident que les allumettes ont connu une évolution assez macabre. C’est un soulagement de constater que les allumettes de sécurité ont fait des bonds en avant depuis l’époque de Lucifer, et de voir comment quelque chose d’aussi minuscule peut être aussi remarquable.

Ici, à ReAgent, nous aimons percer les mystères scientifiques et chimiques qui se cachent derrière des objets banals. Dans le passé, nous nous sommes penchés sur la chimie des feux d’artifice, et même sur la peur !