Etude des mécanismes d'inflammation impliqués dans le développement des feux de végétation

A study of the ignition mechanisms involved in the development of wildland fires

• Auteur / Autrice : Pierrick Mindykowski
• Direction : Bernard Porterie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique énergétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences - Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI) (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forêts -- Incendies

Thèses et écrits académiques

Incendies

Mots clés libres

Feu de forêt

Inflammation pilotée

Brandons

Sautes de feu

Temps d'inflammation

Modèle numérique

Solution asymptotique

Expériences

Wildland fire

Piloted ignition

Firebrands

Spotting

Ingnition time

Numerical model

Asymptotic solution

Experiments

Résumé

L'inflammation pilotée du milieu végétal contrôle le développement d'un feu de végétation sous ses différentes formes : éclosion, propagation, transition feu de surface/feu de cime, sautes de feu, etc. . . Le présent travail est donc consacré à l'étude expérimentale, numérique et analytique des mécanismes d'inflammation de la végétation. Dans une première partie, le transport et la combustion de brandons, à l'origine des sautes de feu, sont modélisés afin d'évaluer le potentiel d'inflammation de ces particules lors de leur chute au sol. Les prédictions du modèle sont en bon accord avec les données expérimentales de la littérature, notamment en présence de vent. Des lois de similitude sont proposées permettant d'établir la correspondance entre les propriétés géométriques des brandons et les conditions de feux à échelle 1 et celles requises à échelle réduite. La réduction d'échelle repose sur la conservation du nombre de Froude. La deuxième partie est dédiée à l'inflammation pilotée d'une litière végétale exposée à un flux radiatif incident. Les expériences ont été menées en utilisant un FPA (Fire Propagation Apparatus) sur des litières d'aiguilles de pin. L'analyse comparative des données expérimentales et des résultats obtenus avec le code diphasique SAFIR, développé au laboratoire, nous a permis de mieux comprendre le mécanisme d'inflammation. Un modèle intégral est ensuite développé prenant en compte le caractère hétérogène du milieu végétal, les pertes radiatives et convectives, et utilisant un jeu de paramètres optimisé par algorithme génétique. Une solution asymptotique à haut flux, reliant linéairement l'inverse du temps d'inflammation du milieu au flux incident, est obtenue. De cette solution, une procédure simple permettant d'accéder au temps d'inflammation d'un lit de végétation à partir de quelques essais standards à haut flux est proposée.

The present work is an experimental, numerical and theoretical study of the mechanisms involved in the piloted ignition of wildland fuels. In the first part, the transport and combustion of firebrands, responsible for the spotting process, are modeled to determine the ignition potential of these particles at landing. Model results are in good agreement with literature data. Scaling laws based on the Froude modeling approach are proposed. The second part is devoted to the piloted ignition of wildland fuel beds exposed to a radiant heat flux. Experiments were conducted on pine needle fuel beds using the FPA. A comparative analysis between the experimental data and the results obtained using the two-phase model SAFIR, developed at IUSTI, is carried out to improve the knowledge of the ignition mechanism. An integral model is also proposed describing the transient heating of a fuel bed exposed to an incident heat flux and including convective and radiative losses. From this integral model, a relevant high-flux asymptotic solution is derived that relates linearly the inverse of the ignition time to the incident heat flux. Eventually we propose a procedure based on the asymptotic solution for the determination of the ignition time from a few experiments at high incident heat fluxes.