Prédiction de la vulnérabilité des constructions lors des incendies à l’interface milieu naturel/constructions

Prediction of the vulnerability of constructions during wildfires at the wildland urban interface

• Auteur / Autrice : Karina Meerpoel-Pietri
• Direction : Paul-Antoine Santoni, Virginie Tihay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, Energétique, Thermique, Combustion, Acoustique
• Date : Soutenance le 29/11/2021
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Tihay, Anthony Collin, Jean-Pierre Garo, Olivier Vauquelin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anthony Collin, Jean-Pierre Garo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Haies

Habitations

Forêts -- Incendies

Mots clés libres

Interfaces forêt/habitat

Réaction au feu

Combustion

Haie

WFDS

Wildland-Urban Interface

Flammability

Combustion

Hedge

WFDS

Résumé

Les “interfaces forêt/habitat”, zones où l’urbanisation et les espaces naturels se rencontrent, posent de sérieux problèmes dans la gestion du risque incendie en raison d'une augmentation des sources d'inflammation et de la vulnérabilité des infrastructures. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans ce contexte et ont pour objectif d’étudier la vulnérabilité des constructions afin de définir des préconisations d’aménagement aux abords des habitations. Dans un premier temps, la vulnérabilité au feu de deux types de dalles de terrasse face à une source radiative et aux brandons a été étudiée. Face au rayonnement, deux dispositifs expérimentaux ont été utilisés et les critères de réaction au feu ont été analysés. L’échelle produit a montré que la forme des dalles influence l’inflammabilité. Les dalles thermoplastiques se sont avérées plus combustibles et émettrices de fumées que les dalles en bois. Pour caractériser l’inflammabilité des dalles face aux brandons, nous avons utilisé des copeaux de bois de différentes tailles et formes. Les brandons, enflammés ou incandescents, ont été disposés au contact des dalles à différentes positions. Notre étude a montré que les brandons incandescents ne permettaient pas d’allumer les dalles de terrasse étudiées. En revanche, avec les brandons enflammés, l’allumage des dalles intervient suivant plusieurs positions pour une masse minimale de brandons de 0,31 g pour le bois et 0,28 g pour le thermoplastique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux sollicitations thermiques engendrées par la combustion d’une haie et à son impact sur la dégradation des matériaux de construction. Pour cela une étude multi-échelle a été réalisée. A l’échelle du laboratoire, nous avons reconstituée une haie à l’aide de branches de ciste de Montpellier. La puissance dégagée, la perte de masse et la densité de flux de chaleur mesurée à 1,15 m de la haie ont été examinées. Les résultats obtenus lors du brûlage de la haie ont démontré qu’avec une forte vitesse de croissance au feu (FIGRA) et une puissance de feu (HRR) importante, les haies pouvaient significativement participer au développement d’un incendie aux interfaces forêt/habitat. Afin de se rapprocher de conditions réelles, la combustion de haies de ciste de surface (6 × 1 m²) a été étudiée à l’échelle du terrain en considérant deux hauteurs (1 et 2 m). Des fluxmètres radiatifs et totaux ont été positionnés à 3 m de la haie. Il a été mis en évidence que la densité de flux de chaleur mesurée pour la haie de 2 m est environ 1,6 fois plus importante que celle obtenue pour la haie de 1 m. Nous avons également reproduit une configuration d’interface forêt/habitat. Une haie (6 × 1 × 1 m³) a été placée au bord d’une terrasse faite de dalles en bois et à 3 m de différents types de menuiserie (PVC et aluminium). Les résultats ont montré que la densité de flux de chaleur générée par la haie était suffisante pour endommager les ouvrants et les dalles de terrasse en bois. Par la suite, nous avons utilisé le code de calcul WFDS (code CFD 3D) pour modéliser les expériences de combustion des haies de ciste à l’échelle du laboratoire. Les prédictions ont été confrontées aux résultats expérimentaux, montrant un très bon accord pour le HRR, la perte de masse et la géométrie du front de flamme.

“The Wildland-Urban Interface (WUI)”, area where houses meet wildland vegetation, rises serious problems in fire risk management due to an increase in ignition sources and the vulnerability of infrastructure. The aim was to study the vulnerability of constructions in order to define recommendations for development in surronding dwellings. Firstly, flammability of two kinds of decking slabs, by focussing on radiant exposure and firebrand attack, was studied. Radiant experiments were performed with two experimental devices. At product scale, fire performance properties highlighted that the shape of the slabs influence their ignitability. The thermpolascitcs slabs were more combustible and emitted more smoke than the wood slabs. The conditions leading to the ignition of decking slabs by firebrands were performed with wood chips with different sizes and shapes. Flaming or glowing firebrands were placed in contact with the slabs at different positions. Our study showed that glowing firebrands did not lead to slab ignition. However, slabs ignition occurred in several positions with critical mass of flaming firebrands of 0.31 g for the wooden slabs and 0.28 g for the thermoplastic ones. Secondly, the thermal stresses generated by the combustion of a hedge and its impact on the degradation of construction materials was studied with a multi-scale approach. At the laboratory scale, hedge using branches of cistus was reconstrcuted. The heat release rate, the mass loss and total and radiant heat flux were measured at 1.15 m from the hedge. The burning of the hedge exhibits a high fire growth rate (FIGRA) and a high heat released rate (HRR) showing that the hedge could significantly participate in the development of a fire at WUI. In order to get closer to actual conditions, hedge burning with a surface of (6 × 1 m²) was studied at field scale for two hedge heights (1 and 2 m). Radiative and total flux heat flux were positioned 3 m from the hedge. It has been shown that the heat flux density generated by the 2 m hedge is approximately 1.6 times greater than for the 1 m hedge. A WUI configuration was also reproduced. For this, a hedge (6 × 1 × 1 m³) was placed at the edge of a terrace made of wooden slabs and at 3 m from different types of windows (PVC and aluminum). Experiments highlighted that the heat flux density generated by the hedge was sufficient to damage the openings and the wooden terrace slabs. Finaly, WFDS code (3D CFD) was used to simulate the burning hedge at laboratory scale. Experimental results were compared with simulations. The predicted HRR, mass loss and fire front geometry were very close to the experimentale results.