[ Machine à fumée et machine à brouillard ]

Les machines à fumée et à brouillard (ou machines à boucane chez nos amis québécois) sont des générateurs de fumée ou de brume utilisés notamment pour matérialiser les faisceaux des projecteurs dans les spectacles et les discothèques, donner de la matière et créer une ambiance au cinéma, créer des effets spéciaux dans les attractions, ou tout simplement pour simuler des incendies (entraînements d'évacuation, pompiers, aviation, tunnels, désenfumage, etc...)

Ces machines génèrent une fumée non toxique à la demande, avec des densités variables : du brouillard léger et diffus, jusqu'au paquet de fumée très dense.

Voici un petit aperçu des technologies employées dans ces générateurs. Ce n'est qu'un survol rapide qui tente de vulgariser le sujet en synthétisant les informations disponibles sur le net (agrémenté d'infos et de liens Wikipedia).
De ce fait, il se peut qu'il y ait des inexactitudes ou des omissions... (les fabricants étant tellement avares d'informations).

Principe de fonctionnement

Les générateurs de fumée fonctionnent sur le principe de l'aérosol : on diffuse dans l'air des particules très fines. Plusieurs méthodes sont généralement employées : la combustion, l'évaporation de liquide, la pulvérisation de liquide, la condensation gazeuse.
Pour des raisons évidentes, on évite les méthodes à base de combustion employées dans les fumigènes pyrotechniques, qui génèrent des dégagements nocifs. Se distinguent alors deux familles de machines : celles qui font s'évaporer un liquide par chauffage, et celles qui pulvérisent un liquide en micro gouttelettes.
La méthode par condensation est quand à elle cantonnée à un type d'usage spécifique (canon à CO₂ / azote).

Evaporation thermique

La plupart des machines du marché fonctionnent par évaporation : la vaporisation d'un liquide (à base d'eau, de glycol) est obtenue en le chauffant jusqu'à évaporation.
Typiquement, le liquide est composé pour moitié d'eau (déminéralisée), et pour l'autre moitié de propylène glycol. Le propylène glycol est habituellement utilisé comme additif alimentaire, et est considéré comme "non toxique".
D'autres dérivés peuvent être utilisés : Monopropylène glycol, Dipropylène glycol, Triéthylène glycol. L'ajout d'un peu de glycérine détermine la densité de fumée (glycérine ou glycérol).
Du parfum est éventuellement ajouté.
Certaines des autres substances utilisées ont paradoxalement des effets mal connus (voire inconnus) sur l'homme...

Ce liquide est pompé dans la machine à partir d'un réservoir, puis est chauffé dans un corps de chauffe où il se vaporise. La réaction gazeuse qui se dégage de cette vaporisation se propulse vers l'embouchure de sortie, d'où les panaches de fumée qui se dégagent malgré le peu de liquide injecté. Au contact de l'air ambiant, plus froid, la vapeur se manifeste par de la fumée (condensation).

Le corps de chauffe est composé d'une résistance électrique couplée à un thermostat, et d'un échangeur thermique (tube ou serpentin) dans lequel circule le liquide. Le thermostat, outre de réguler, n'autorise l'expulsion de fumée qu'à bonne température. Une télécommande permet en général de contrôler à distance ou d'automatiser l'émission de fumée (intervalle, durée). La majorité se pilotent aussi en DMX (protocole de télécommande lumière).

Il existe aussi des machines portables dont le corps de chauffe fonctionne sur batteries ou bien au gaz.

Pulvérisation mécanique

Un liquide (huile minérale ou eau) est pulvérisé et "cassé" pour qu'il se vaporise en fine brume. Ceci se fait au moyen d'une pompe électrique (pompe à piston : type cracker oil, ...) ou au moyen de gaz carbonique CO₂.

Il existe aussi de petits modules à ultrasons que l'on trouve souvent dans les fontaines décoratives. Ils se présentent sous la forme de petits cylindres à immerger dans l'eau, et fonctionnent au moyen de transducteurs piézos électriques qui vibrent à de très hautes fréquences (de l'ordre du méga hertz). L'eau est alors "excitée" par la membrane vibrante, qui laisse s'échapper des micro gouttelettes à sa surface.
C'est ce que l'on appelle aussi un nébuliseur ultrasonique dans le domaine médical.

Condensation

Le liquide (ou le gaz) utilisé possède des propriétés (thermiques notamment) qui font que des particules se diffusent et condensent la vapeur d'eau présente dans l'air ambiant.

Ce principe est utilisé dans les canons à CO₂ (gaz carbonique liquide) ou à nitrogène liquide (azote) : la détente du gaz à la pression ambiante fait qu'il se refroidit, et, ainsi libéré dans l'air, il se vaporise et condense l'humidité, créant une colonne de fumée qui s'évanouit dès que le gaz n'est plus libéré.
Le dispositif classique pour cet effet est une bouteille de CO₂ liquide, et une électrovanne télécommandée qui laisse échapper le gaz dans une tuyère de détente. Ce dispositif a l'inconvénient d'être encombrant (bouteilles + flexibles), d'être très bruyant, et son usage est totalement inadapté aux endroits confinés ! La commande de la valve est d'ailleurs en général couplée à un détecteur de gaz carbonique dans l'air ambiant. De plus, ce dispositif doit être monté et géré par des professionnels habilités étant donné la dangerosité inhérente aux bouteilles et flexibles sous pression.

D'autres systèmes à échangeurs thermiques existent, mais sont "rares".

Fumée ? / Brouillard ?

La différence tient dans la qualité de la fumée souhaitée.

• Le brouillard est diffus et peu dense. Il sert notamment à matérialiser les faisceaux des projecteurs dans les concerts.
• La fumée est plus dense et beaucoup moins diffuse, se répartissant par paquets. Elle sert surtout pour des effets ponctuels.

La différence est due au liquide utilisé, à la méthode d'expulsion de la fumée, et parfois à la méthode de chauffe. Là ou le corps de chauffe d'une à machine à fumée "classique" comporte un serpentin de plusieurs dizaines de centimètres (provoquant des jets de fumée plus ou moins contrôlés en quantité du fait de l'expansion gazeuse provoquée par l'évaporation), la machine à brouillard peut posséder un corps de chauffe plus court. Mais elle possèdera surtout un peu "d'intelligence" pour gérer la température et le débit de liquide. Selon les techniques utilisées par les fabricants, de l'air peut parfois être injecté dans le corps de chauffe, et le liquide n'est pompé qu'en petite quantité afin d'en contrôler l'évaporation.
Cette gestion intelligente permet de générer une fumée peu dense qui sera libérée et diffusée dans l'air au moyen d'un ventilateur (ou d'un mandrilloptère, qui brasse l'air).

Les différences de liquides entre machines à fumée et machines à brouillard (hors machines fonctionnant à l'huile minérale) sont réelles, mais pas forcément dans les latitudes auxquelles on s'attendrait : proportions eau/glycol différentes, simple ajout ou retrait de glycérine ou de glycérol. Mais dans la majorité des cas, les liquides ont la même base (à savoir propylène glycol).
Les appellations commerciales sont ensuite données par les constructeurs à titre informatif, pour éviter les inversions dans les liquides entre machines. Mais les liquides annoncés "water based" contiennent du glycol de la même manière que ceux annoncés "glycol".

Fumée lourde

La fumée lourde est une fumée qui reste au sol, formant un tapis d'une vingtaine de centimètres.
C'est une fumée (à base d'huile, de glycol, ou de vapeur d'eau) qui a été réfrigérée avant d'être libérée à l'air ambiant. Ainsi refroidie, elle reste au sol du fait de la convection naturelle : l'air frais va en bas, l'air chaud monte.
Le refroidissement peut se faire à partir de glace, de carboglace, ou à partir de la détente de CO₂ liquide ou de nitrogène liquide (azote) dans un refroidisseur.

Même avec la plus basique des machines à fumée, il est possible d'obtenir une fumée lourde qui reste (un peu) au sol. L'élément clé est l'échangeur de chaleur : il faut refroidir la fumée qui vient d'être chauffée au moyen d'une source de froid.
Par exemple dans une glacière modifiée, on placera un échangeur fait d'un tuyau d'aération souple, et on la rempliera de glace, ou mieux de carboglace.

De nombreuses réalisations "DIY" (bricolées) sont disponibles sur le net, notamment sous le terme "fog chiller".
Quelques exemples de réalisations d'échangeurs thermiques :

• The Ultimate budget ($8.20) Fog Chiller       [ Instructables.com ]
• Make a Fog Chiller for $10       [ Instructables.com ]
• Super Cheap and Easy Fog Chiller       [ Instructables.com ]
• Weekend Project: Ultimate Fog Chiller       (vidéo)       [ Make: ]

Carboglace

La carboglace (ou glace carbonique / neige carbonique / glace sèche / dry ice en anglais) n'est en fait que du dioxyde de carbone (gaz carbonique CO₂) mis sous forme solide. Il est obtenu à partir de CO₂ liquide solidifié en dessous de -78.51° C, puis compressé en pains ou en bâtonnets.

Un petit "effet spécial" simple consiste à utiliser de la carboglace dans un liquide quelconque (eau), à température ambiante. Le fait d'y plonger de la carboglace va libérer progressivement le gaz solidifié.
L'effet typique est le bouillonnement d'une marmite de sorcière !

Pour obtenir une grosse quantité de fumée à partir de bâtonnets ou de pains de carboglace, il faut les plonger dans un bain d'eau chaude (entre 35 et 70°C. Au delà il y a moins de brouillard). Mais attention, cela projette de l'eau dans un périmètre qu'il convient de délimiter. De plus, il faut le faire dans un endroit aéré, car le gaz carbonique libéré est nocif.

Innocuité

Le liquide de machine à fumée ou brouillard n'est pas si inoffensif que ça, mais il n'y a rien d'alarmant pour autant !

Quelques études sanitaires (voir sources) montrent qu'il existe des effets sur l'organisme suite à une exposition prolongée à une machine à fumée, particulièrement celles à base de liquide au glycol ou d'huile minérale.
Le principal effet néfaste atteint en premier lieu les poumons (irritation des muqueuses). Une gêne au niveau des yeux peut aussi être ressentie.
Les autres symptômes qui peuvent être ressentis sont : toux, gorge sèche, maux de tête, étourdissements, fatigue, somnolence (les particules respirées de glycol entrant dans le sang. Le glycol partage quelques propriétés avec les alcools, et provoque certains de ses effets).
Les personnes souffrant d'asthme sont plus sensibles à ces désagréments.
Il semblerait aussi qu'il y ait un effet cumulatif, s'aggravant avec le temps : sensations d'oppression thoracique, respiration sifflante. Et dans le pire des cas (en cas d'exposition directe à la machine à fumée) des effets à long terme sont observés, dont des réductions de la capacité pulmonaire et autres soucis liés aux voies aériennes supérieures.

Certaines machines génèrent une fumée à l'odeur âcre, qui a tendance à être rapidement irritante pour la gorge. Ceci peut être dû à un mauvais liquide (frelaté !) ou à une mauvaise régulation thermique du corps de chauffe : le liquide injecté n'est plus simplement évaporé, mais brûlé (combustion ou combustion incomplète, combustion de résidus ou impuretés).

Astuce de nettoyage

La plupart des machines fonctionnant à base de glycol ont la fâcheuse tendance à se boucher avec des liquides "bas de gamme" (dont l'eau déminéralisée peut parfois ressembler plus à de l'eau... du robinet !) Des produits de nettoyage et de prévention existent. Mais il existe aussi une alternative à bas coût : le mélange eau déminéralisée + vinaigre blanc.

Pour les cas compliqués, laisser agir "à froid" un mélange plus riche en vinaigre, avec un temps d'action suffisant pour dissoudre les dépôts (demie journée, voire journée entière).
Selon l'état d'encrassement, il peut être nécessaire d'injecter la solution à base de vinaigre en sens inverse : par le tuyau d'évacuation. Ceci dans le but d'éviter d'envoyer trop de dépôts vers les zones déjà encombrées.

Pour les cas désespérés, l'insertion d'un fil de métal rigide (style corde à piano ou guitare) pour "casser" les dépôts peut ramener à la vie une machine totalement bouchée. L'aventure est délicate et risquée, voire inefficace à cause du corps de chauffe torsadé (hélicoïdal).
Au pire des cas, c'est à un changement complet du corps de chauffe qu'il faudra procéder.

      Attention : toutes ces manipulations sont à vos risques !

Les sels à fumée

Si on évite en général d'utiliser des fumigènes (pyrotechniques / chimiques) surtout dans des lieux clos ou mal ventilés, il y a cependant un cas particulier : les "sels à fumée".

Le mélange de plusieurs "sels", dont le chlorure d'ammonium et le lactose, permet d'obtenir une fumée blanche qui se dégage en les chauffant. Attention aux apprentis chimistes : les vapeurs du chlorure d'ammonium seul sont toxiques. Aussi le mélange incorpore du lactose afin de les neutraliser.

Les sels s'utilisent dans un récipient métallique placé sur une plaque chauffante électrique. Leur utilisation nécessite une grande attention du fait de la présence de la plaque chauffante (zone de sécurité avec les personnes et les décors + surveillance + extincteur à proximité). La présence de quelqu'un à proximité est d'autant plus nécessaire qu'il faut ajouter régulièrement de petites quantités de sels pour entretenir le brouillard. Selon les fabricants, les sels sont donnés en général pour un dégagement de fumée légère de 4 minutes pour une cuillère à café. Réservée aux professionnels, cette méthode s'utilise surtout dans les théâtres et les petites salles de spectacles.

Là, il faut clairement éviter de respirer directement la fumée au dessus de la plaque. Mais une fois diluée dans l'air, la nocivité est considérée comme "négligeable" par les constructeurs, tout en mettant en garde cependant sur la concentration et le volume à remplir de brouillard...

Certificat d'homologation (sels Safex)

Infos

Tous les constructeurs fournissent une fiche "sécurité" MSDS (Material Safety Data Sheets) pour leurs liquides de machine à fumée/brouillard.
Le site Lightfool regroupe de nombreuses informations :

Des tableaux informatifs sont disponibles, regroupant les types de machines et les liquides correspondants :

Pour savoir comment se fabrique la carboglace.


Et pour faire soi-même sa carboglace.

Le site de l'INRS (Institut national de recherche et de sécurité) donne des fiches récapitulatives sur la toxicologie des substances.

• Fiche toxicologique du Propylène-glycol       [Lien direct fiche PDF]
• Fiche DEMETER (évaluation des produits toxiques sur la reproduction) Propylène glycol (Propanediol) (PDF)

Fiches de renseignements du Service du répertoire toxicologique. Commission de la santé et de la sécurité du travail (CSST) [Québec] :

• Chlorure d'ammonium
• Lactose

Sources :

Wikipedia

• Machine fumigène (fr)
• Fog machine (eng)
• Theatrical smoke and fog (eng)
• Ethylène glycol
• Dioxyde de carbone (et carboglace)

Etudes sanitaires sur l'exposition aux fumées à base de glycol et d'huile minérale :

Un site vendeur représentatif de ce qui existe sur le marché : www.smokemachines.net.