Physique et modélisation des feux de forêts

Présentation Générale, Champs Scientifiques

Si on apporte une quantité de chaleur à de la végétation, elle sèche d'abord puis la cellulose pyrolyse i.e. se décompose en gaz inflammables. Si les conditions sont favorables, une flamme se développe et chauffe la végétation environnante, ainsi le feu se propage. Ces phénomènes ont lieu à des échelles différentes : l'échelle microscopique de la cellule pour le séchage et la pyrolyse, une échelle mésoscopique de la taille d'une feuille ou d'une petite branche échelle à laquelle le gaz combustible sort du bois, l'échelle macroscopique, échelle de la flamme développée qui apparaît et enfin l'échelle gigascopique qui est celle de la propagation du feu qui interagit avec le terrain et le vent. Un modèle décrivant les phénomènes à l'échelle macroscopique est ce qu'on pourrait appeler un modèle de combustion en milieu poreux, notons cependant que outre la chimie (la combustion) le transfert radiatif joue un rôle majeur et que les écoulements à cette échelle sont turbulents. Notre groupe a obtenu un modèle de propagation à l'échelle gigascopique, par développement asymptotique à partir du modèle de combustion macroscopique qu'il avait élaboré. Pour la combustion, ce travail est fait dans le contexte de l'homogénéisation. Le milieu macroscopique est alors caractérisé du point de vue de la quantité de mouvement, du transfert thermique et du transfert radiatif milieux non gris. Le modèle de propagation est obtenu par réduction de modèle soit par réduction de l'espace de phase (Automate cellulaire) ou par intégration asymptotique de l'équation du transfert radiatif (modèle continu). Des méthodes inverses sont mises en œuvre pour calibrer et valider le modèle. L'équipe se dotera d'une plateforme d'essais feux dans les années à venir de façon à asseoir sa modélisation.

Applications

La modélisation des feux de forêts doit servir avant, pendant et après le feu. Avant le feu il s'agira d'aménagement du territoire et de détermination d'indices de risque (où débroussailler, quoi planter comme essence...), pendant le feu d'aider les pompiers à la gestion de la crise (type de lutte, disposition des unités, plan des évacuations...), après la crise il s'agira d'évaluation des causes (lieu et heure de démarrage du feu), d'évaluation des dégâts (masses brûlées par espèce), d'évaluation de la pollution (masse de gaz à effets de serre rejetée...).

Sous axes

Combustion en milieux poreux

  • Modèle de turbulence, homogénéisation du transfert radiatif...
  • Etude des mécanismes d'allumage

Modélisation de la végétation permettant les calculs et l'identification des paramètres du milieu homogénéisé équivalent

  • Fermeture des équations de bilans de quantité de mouvement
  • Fermeture des équations de bilans de quantité d'énergie
  • Fermeture des équations de bilans du transfert radiatif.

Modèles de propagation : discrets (Automates cellulaires), modèles continus de type réaction diffusion

  • Mécanisme d'apparition des feux éruptifs
  • Densité de percolation en fonction des différents paramètres (humidité, vent...)
  • Mécanismes de propagation 2D1/2

Identification des paramètres et métrologie

  • Identification du front à partir de la mesure des flux ou méthode optique par contrôle optimal
  • Caractérisation radiative de la flamme et de la végétation

Collaborations scientifiques

  • Institut Pluridisciplinaire de Recherche - Ingénierie des Systèmes, Mécanique, Energétique, Institut PRISME, Université d'Orléans
  • Laboratoire Sciences Physiques Pour l'Environnement, SPE UMR CNRS 6134 Corte, Corse
  • Laboratoire Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels, IUSTI UMR CNRS 6595, Marseille
  • Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, LRGP UPR 3349, Nancy
  • Département de Mathématiques Université de Salamanque, Espagne
  • Département de Mécanique Université de Coimbra, Portugal

Collaborations autres

Centre d'Etude et de Recherche de l'Entente, « CEREN ».

Contact

Olivier Séro-Guillaume, olivier.sero-guillaume AT ensem.inpl-nancy.fr