Les interactions vent – forêt en condition de tempête : un modèle couplé prenant en compte la rupture des arbres

Wind forest interactions in windstorm conditions : a coupled model with account for tree breakage

• Auteur / Autrice : David Pivato
• Direction : Yves Brunet, Sylvain Dupont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, atmosphère et surfaces continentales
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets du vent

Arbres

Effets des tempêtes

Forêts

Mots clés libres

Dégât

Interaction fluide-structure

Mouvement de l'arbre

Simulation des grandes échelles

Tempête

Turbulence

Vent

Résumé

La connaissance de la réponse au vent des arbres est importante pour mieux comprendre l'impact d'une tempête sur un massif forestier et identifier des stratégies visant à limiter les dégâts. Pour améliorer notre compréhension de l'interaction vent-plantes à l'échelle du paysage, la modélisation mathématique et mécanique de cette interaction est indispensable, la multiplication de mesures ponctuelles dans un environnement hétérogène étant difficilement réalisable. Ainsi, cette thèse présente d'abord le développement d'un modèle original et novateur du mouvement de l'arbre permettant de simuler les grandes déflexions se produisant lors de tempêtes, et ce jusqu'à la rupture, le tout avec suffisamment de simplicité dans la simulation du mouvement de forêts contenant un grand nombre d'arbres. Ensuite, ce modèle a été couplé à un modèle d'écoulement atmosphérique pour représenter les conditions de tempêtes et a permis de simuler l'interaction vent-forêt à l'échelle du paysage. Pour la première fois, la création dynamique et l'expansion de trouées dans une forêt, avec la modification de l'écoulement du vent qui en résulte, ont été simulées de manière réaliste. La suite de ce travail a montré le potentiel de notre modèle pour étudier l'impact des pratiques de gestion forestière sur la vulnérabilité des forêts face aux tempêtes. En conclusion, ce nouveau modèle apporte des avancées significatives dans la modélisation du mouvement de forêt et dans la compréhension des phénomènes en jeu lors d'une tempête. Cette connaissance devrait être une bonne base pour la définition de meilleures pratiques de gestion des forêts.

To know how trees behave under windload is important to understand the impact of a windstorm on a forest and identify strategies for limiting wind damage. In order to improve our understanding of wind-tree interaction at the landscape scale, mathematical and mechanical modelling of this interaction is essential, as performing numerous specific measurements in a heterogeneous environment is not feasible. Thus, this thesis first presents the development of an original and innovative tree motion model able to simulate large deflections occurring during storms. This model allows trees to break and has sufficient simplicity to allow simulations of forest motion containing a large number of trees. This model was then coupled to an atmospheric flow model in order to represent wind storm conditions. It has been used to simulate wind-forest interaction at landscape scale. For the first time, the dynamic creation and propagation of gaps in a forest have been simulated realistically, along with the resulting wind flow modifications. Finally, further studies have demonstrated the efficiency of our model for studying the impact of forest management practices on forest vulnerability to storms. In conclusion, this new model has allowed significant advances in forest motion modelling and in the understanding of the phenomena involved during a windstorm. This knowledge should be a good basis for defining best practices in forestry management.