Propagation des feux de végétation : expérimentations à l’échelle du laboratoire et validation d’un propagateur

Wildland fire propagation : lab-scale experimentations and validation of a numerical simulator

• Auteur / Autrice : Alexis Lhuillier-Marchand
• Direction : Pascal Boulet, Anthony Collin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 23/09/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy) - Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique Appliquée / LEMTA
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Trouvé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aymeric Lamorlette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Porterie, Paul-Antoine Santoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Feu

Transfert de chaleur

Plan d'expérience

Feux de friches

Mots clés libres

Feux de végétation

Propagation

Essais en laboratoire

Propagateur

Front de flamme

Wildland fire

Propagation

Lab-Scale experimentation

Fire propagator

Fire front

Résumé

Ce travail est consacré à l’étude expérimentale et numérique de la propagation des feux de végétation à l’échelle du laboratoire. Une méthode de suivi de front de flamme par caméras visibles a été développée pour reconstruire et mesurer les propriétés du front au cours du temps. Les données recueillies comprennent la vitesse de propagation (Rate Of Spread), l’épaisseur du front, les longueurs du contour du front, les profils de hauteur et la puissance du feu. Une campagne expérimentale de 105 expériences de propagation sur de la frisure de bois a été réalisée sur la plateforme PROMETHEI (Plateforme de Recherche Opérationnelle en Métrologie Thermique dédiée aux Essais Incendies) du laboratoire LEMTA. Elle contient notamment une étude de l’effet de la largeur et de la charge sur la dynamique de propagation (sur la vitesse et l’épaisseur). Une base de données (en libre accès sur internet) dédiée aux feux de végétation a été créée et fournit les positions du front de flamme (avant et arrière) pour 85 expériences. Un modèle de propagation Petit Monde à réseau de cellules hexagonales a été également développé en parallèle. Plusieurs approches sont proposées pour déterminer l’évolution de l’état des cellules : la première modélise le transfert radiatif alors que la deuxième se base sur une fonction de distribution identifiée. Un algorithme d’optimisation par essaims particulaires (PSO) est employé pour estimer les différents paramètres du modèle à l’aide des résultats expérimentaux. Le modèle Petit Monde est ensuite comparé à des expériences de propagation comprenant des coupures de combustible ou des rétrécissements/élargissements de la largeur du lit

This work is devoted to the experimental and numerical study of wildland fire spread at laboratory scale. A tracking fire front method using visible cameras was used in order to follow the fire front positions during the propagation and to evaluate some fire front properties. The data include the Rate Of Spread (ROS), the fire front width, the length of fire, the profile of flames and the Heat Release Rate. An experimental campaign of 105 fire spread tests with wood shaving as fuel was conducted on the PROMETHEI plateform (Plateforme de Recherche Opérationnelle en Métrologie Thermique dédiée aux Essais Incendies) of the laboratory LEMTA. This campaign was essentially focused on the effect of the fuel bed width and the fuel loading on the fire dynamics (particularly on the ROS and fire width). An open-source data base provides the positions of the front and backing fire as a function of time. A fire spread model based on the small world concept with a hexagonal cell network was developed. Two approaches were studied: the first one is based on a radiative transfer model for the definition of the cell states and the other one is based on an estimated distribution function. A particle swarm optimization (PSO) algorithm was used for the identification of the different parameters of the model using the experimental results. Then, the model was compared to other experiments included fuel breaks or narrowing/widening of the fuel bed width