Academic literature on the topic 'Modélisation des incendies'

Une etude a ete menee sur l'applicabilite des methodes de champs pour resoudre les problemes specifiques lies a l'eclosion d'incendies a bord de navires. Un modele mathematique complet permettant de representer les phenomenes physiques intervenant dans les feux a ete etudie et l'ecoulement turbulent reactif a ete caracterise en tenant compte des aspects de combustion turbulente et de formation des suies dans les flammes a bas nombre de froude qui caracterisent les incendies. Les phenomenes radiatifs et les transferts conductifs dans la paroi ont ete integres au modele afin de pouvoir tenir compte de la specificite des materiaux utilises dans la construction navale. Un algorithme adapte aux ecoulements convectifs a ete propose pour resoudre le systeme d'equations gouvernant le comportement d'un feu. Le modele utilise a ete developpe sur une configuration reelle de feu bidimensionnel, ce qui a permis d'etudier la degre de precision des modeles en fonction des phenomenes physiques pris en compte. Le modele complet a fourni des resultats satisfaisants par rapport aux mesures experimentales. Une etude a suivi permettant d'estimer le role des transferts parietaux dans les incendies selon la nature des parois du local. Les resultats obtenus ont montre que ce role variait en fonction du degre de confinement du feu. Le modele a ete ensuite applique a un ensemble de plusieurs locaux afin d'etudier la propagation de la chaleur d'un local a un autre pendant le deroulement d'un feu. Un bon accord a ete trouve entre les resultats experimentaux et le calcul.

Les grands incendies de forêts sont responsables de la quasi-totalité de la surface brulée et contribuent, par les émissions de particules et de gaz à effet de serre qu’ils génèrent, au réchauffement climatique. Des observations satellitaires ont mis en évidence un comportement fractal que l’on attribue aux hétérogénéités locales (topographie, végétation, conditions météorologiques) rencontrées par ces feux lors de leur propagation. Le présent travail a été consacré au développement et à la validation d’un modèle hybride de propagation d’incendie, capable de reproduire ce comportement. Ce modèle est une extension du modèle original de réseau de « petit monde » où les phénomènes qui se produisent à l’échelle macroscopique, comme le rayonnement du front de flammes et l’inflammation pilotée de la strate végétale sont traités de façon déterministe. Pour décrire le rayonnement, nous avons utilisé un modèle de flamme solide couplé à une méthode de Monte Carlo. La validation a porté sur des configurations simples, mais aussi plus complexes, comme le rayonnement d’un front hétérogène de flammes ou celui d’une flamme d’éthanol. Un modèle d’inflammation a ensuite été élaboré et appliqué à des litières d’aiguilles de pin. Les paramètres du modèle ont été optimisés par un algorithme génétique, conduisant au meilleur accord avec les résultats expérimentaux, en termes de temps d‘inflammation et de perte de masses. Il a été montré que l’oxydation du résidu charbonneux joue un rôle prépondérant sur l’inflammation à bas flux. Le modèle de propagation de petit monde a été validé sur un brûlage dirigé et sur un feu historique, montrant un bon accord en termes de surface brûlée, de vitesse de propagation, de contours de feu, et de propriétés fractales. On a montré qu’il pouvait être utilisé pour le dimensionnement d’ouvrages de défense, comme les coupures de combustible, ou pour expliquer le comportement atypique du feu dans certaines situations (talweg, ruptures de pente, etc.). Son application a également permis d’optimiser le nombre et l’emplacement d’un réseau de capteurs déployés dans la végétation dans le but de localiser précisément et détecter précocement le départ d’un feu<br>Most of the area burned by forest fires is attributable to the few fires that escape initial attack to become large. As a consequence large-scale fires produce a large amount of green-house gases and particles which contribute to the global warming. Heterogeneous conditions of weather, fuel, and topography are generally encountered during the propagation of large fires. This shapes irregular contours and fractal post-fire patterns, as revealed by satellite maps. Among existing wildfire spread models, stochastic models seem to be good candidates for studying the erratic behavior of large fires, due to the above-mentioned heterogeneous conditions. The model we developed is a variant of the so-called small-world network model. Flame radiation and fuel piloted ignition are taken into account in a deterministic way at the macroscopic scale. The radiative interaction domain of a burning cell is determined from Monte Carlo simulation using the solid flame model. Some cases are studied, ranging from relatively simple to more complex geometries like an irregular flame fronts or an ethanol pool fire. Then, a numerical model is developed to investigate the piloted ignition of litters composed of maritime pine needles. A genetic algorithm is used to locate a set of model parameters that provide optimal agreement between the model predictions and the experimental data in terms of ignition time and mass loss. The model results had shown the importance of char surface oxidation for heat fluxes close to the critical flux for ignition. Finally, the small-world network model was used to simulate fire patterns in heterogeneous landscapes. Model validation was achieved to an acceptable degree in terms of contours, burned area and fractal properties, through comparison of results with data from a small controlled bushfire experiment and a historical Mediterranean fire. Therefore, it has been proven to be a powerful tool in the sizing of fortifications as fuel break areas at the wildland urban interface or in the understanding of atypical behavior in particular configurations (talweg, slope breaking, etc.). It has also been used for the optimization of an in-situ sensor network whose purpose is to detect precociously and to locate precisely small fires, preventing them from spreading and burning out of control. Our objective was to determine the minimum number and placement of sensors deployed in the forest

Parmi les disciplines scientifiques qui sont utilisées pour prévoir la dynamique des incendies, la mécanique des fluides a un rôle particulier, car elle sert d'interface entre les disciplines, en propageant, si l'on peut dire, l'aléa vers les personnes et les biens. De plus, cette mécanique des fluides est tout sauf évidente : on rencontre des écoulements à masse volumique fortement variable qui conduisent souvent à utiliser les modèles bien au delà de leurs validations académiques. Cela peut en particulier conduire à des incertitudes non maîtrisées. L'objet du présent mémoire est de mettre en perspective ces enjeux et de proposer une vision des progrès récents et des pistes à explorer pour la recherche en mécanique des fluides dans le contexte des incendies en bâtiment.

Ce travail porte sur l'utilisation d'une caméra infrarouge pour la détermination des paramètres d'un modèle de propagation semi-physique. Pour cela, un modèle de propagation simplifié a été développé. Ce modèle est une simplification du modèle de propagation d'un feu de litière développé par l'équipe " feux " de l'Université de Corse. C'est un modèle à une équation représentant de manière globale les échanges entre la zone de combustion et son environnement immédiat. Il est qualifié de semi-physique car il a un noyau physique et contient une part d'empirisme pour l'identification des paramètres. La température est une variable importante pour notre démarche, il faudra connaître ses variations au cours du temps. Jusqu'à présent la température était mesurée par thermocouple. Notre équipe s'oriente vers un passage à l'échelle du terrain. En sachant que nos paramètres sont liés aux dimensions du feu et dans un but opérationnel, une simplification du modèle ainsi que de la méthode d'identification est donc nécessaire afin d'avoir un temps de calcul inférieur au temps réel. Cependant l'utilisation de thermocouples pour la mesure des températures présente des inconvénients évidents. C'est pour cette raison que l'emploi d'une caméra infrarouge paraît plus adapté. La caméra utilisée pour cette étude est une caméra matricielle. Elle fournit des données de sorties appelées niveaux numériques DL proportionnels aux flux. Une des difficultés rencontrées lors de mesure par thermographie est la conversion de niveau numérique en température. En effet, pour établir cette correspondance, il existe un formalisme qui découle de la loi de Planck. Une méthode originale a été proposée pour la mesure de température des flammes. Ainsi, pour une gamme de température ou une configuration donnée de la caméra infrarouge, nous pouvons représenter la réponse de l'appareil par une loi en T4 proportionnelle aux niveaux numériques. Cette conversion a été testée pour plusieurs types de flamme ce qui a permis de montrer qu'une caméra infrarouge peut-être utilisée comme mesureur de température dans le suivi de feux réels. Dans les flammes, il y a des zones de température quasi-constante, les paramètres de notre relation sont donc inchangés. Le calcul de la température de flamme pour quelques végétaux, nous a permis de valider notre relation de conversion des niveaux numériques en température. Cette température dépend de la concentration de dioxygène. Pour la déterminer, lors d'une réaction de combustion, le modèle stoechiométrique ne convient pas, les températures sont surestimées. Une évolution d'un modèle adiabatique est donc proposée, en tenant compte de l'excès de dioxygène contenu dans une forme géométrique conique. Ce modèle adiabatique amélioré est appliqué et validé par l'éthanol et quelques végétaux<br>This work consists in using an infra-red video in order to determine the parameters of a semi-physical model of propagation. To do that, a single model of propagation has been developed. This model is a simplification of the model of propagation of fire developed by the team "fire" of the University of Corsica. Such a model is supported by a single equation that indicates in a global way the exages between the burning zone and its nearest environment. It is known as "semi-physical model" because it is partially based on a part of empirism for the identification of a parameters. The temperature is an important parameter in the approach of the problem, it will be necessary to know its variations with time. So for, the temperature was determined by thermocouple. Our team tends to direct the size of the field. Knowing our parameters include the importance of the fire and to be efficient a simplification of the model as well the method of identification is therefore necessary in order to get a time of calculation inferior to real time. Nevertheless, using thermocouple to measure the temperatures has got obvious disadvantages. That's the reason why the use of an infra-res video seems more efficient. The video used for that study is matrix video. It provides data called digital levels DL which depend on heat flow. One of the problems when measuring by thermography is converting the digital levels into temperature. Indeed, on order to match the two, there is a formalism derived from the Planck'law. An original method has been proposed to measure the temperature flames. So, for a scale of temperature or a given outline frome the infra-red video, it's possible to produce the answer from the instrument by a law in T4 in proportion with the digital levels. That conversion has been tested for several types of flames which have enabled to show that an infra-red camera can be used to measure the temperature in case of real fires. In flames, there are quasi regular zones of temperature, so the parameters of our relation remain unchangeg. The degree of the temperature of the flames for some vegetation has enabled us to test our relation of the conversion digital levels into temperature. This temperature depends on the concentration of dioxygene. To calculate it, at the time of a reaction of combustion, the stoechiometric model is not appropriate, the temperatures are over evaluated. That is why an evolution of an adiabatic model is thus proposed, by holding account of the excess of dioxygene contained in a conical geometrical shape. The improved adiabatic model is practised and authenticated by ethanol and some vegetal samples

L'objectif de cette these est la determination du ou des mecanismes essentiels a l'etape de modelisation de la propagation d'une flamme sur une litiere vegetale plane, en l'absence de vent. Apres avoir realise les trois types d'experiences suivantes : ecobuages, experiences de laboratoire a ciel ouvert et experiences de laboratoire, une representation approchee du probleme a ete retenue. Cette derniere consiste a utiliser une litiere composee d'un vegetal mort (frisure de bois) dans un environnement non soumis aux variations des conditions meteorologiques. L'essentiel de l'instrumentation mise en place est compose de thermocouples et de cameras video. Trois parametres : la compacite, la hauteur de litiere et l'inclinaison du banc de combustion sont testes pour solliciter les phenomenes physiques. Tous les resultats obtenus sont confrontes au modele de rothermel et en soulignent les limites. Un modele de contamination thermique permettant de dissocier le rayonnement de la flamme, la conduction dans la litiere et la convection est developpe. Un bon accord est obtenu lors du couplage des trois transferts. Enfin, en s'appuyant sur l'hypothese d'une cinetique limitee par la nature heterogene du combustible et sur l'analyse des resultats experimentaux, un modele de combustion par filtration opposee a ete developpe et teste numeriquement. Il s'avere capable de predire le comportement de la vitesse de propagation d'une flamme sur une litiere vegetale en fonction de la compacite. Ce modele de propagation d'ondes thermiques en retro-combustion permet de mettre en evidence l'existence d'une zone d'ondes de reaction-diffusion. Cependant une etude complementaire pour conforter cette these semble necessaire.

Nous proposons de traiter dans cette thèse, une partie du vaste domaine de la recherche dans le domaine des incendies de forêt. Nous nous intéressons plus particulièrement à la formalisation des connaissances (structuration des connaissances et de leurs interrelations) pour l'analyse du comportement des feux de forêt et plus précisément pour la modélisation de la vitesse de propagation d'un front de flammes. Le système incendie de forêt, de par sa complexité, doit être appréhendé par une démarche modélisatrice du phénomène (expérimentation, modélisation et validation). Nous proposons dans cette thèse, par la formalisation du corpus de connaissances issues d'expérimentations en milieu naturel, d'apporter une aide à la modélisation du comportement des incendies de forêt. Un prototype de système de gestion des connaissances est élaboré afin d'assister les scientifiques chargés de conduire des expérimentations en milieu naturel. Ce système de gestion des connaissances étant partie intégrante des outils informatiques à mettre en œuvre dans une zone atelier, nous nous permettrons d'imaginer ce que pourrait être une zone atelier pour la modélisation du comportement des incendies de forêt en France. La première partie de la thèse a pour objet de présenter le système incendie de forêt, la démarche de modélisation pour l'analyser ainsi que le recours à la démarche de formalisation de connaissance pour assister le modélisateur. La deuxième partie présente l'acquisition des connaissances dans le domaine de l'expérimentation en milieu naturel pour l'étude du comportement d'un incendie de forêt et leur formalisation à l'aide du langage de modélisation UML. La troisième partie présente, un prototype d'un système de gestion des connaissances issues d'expérimentations en milieu naturel : MODELLIS (MODELLed-Information System). Nous voyons comment celui-ci pourrait être intégré à ce que pourrait être une zone atelier pour l'étude du comportement des incendies de forêt dans le Sud de la France.

L'objectif de ce travail est double, il s'agit : -d'utiliser un modèle hybride (dynamique et de connaissance) des systèmes thermochimiques en phase liquide afin de déterminer les paramètres thermocinétiques et le comportement en température. -d'étudier la dégradation thermique d'un combustible végétal concerné par la propagation des incendies afin de proposer des sous-modèles à insérer dans les modèles de propagation. Dans la prmière partie du travail, une approche simple des systèmes thermochimiques est proposée et un programme d'optimisation paramétrique implémenté sous Matlab est développé. La méthode de modélisation ainsi que le programme de recherche des paramètres sont appliqués à deux réactions chimiques exothermiques en phase liquide. Le comportement en température est très bien simulé par le modèle non-linéaire et les quatre paramètres thermocinétiques des deux réactions sont déterminés. Dans la seconde partie, l'utilisation de l'analyse thermique et calorimétrique s'est avérée utile pour la caractérisation du comportement du végétal à faible vitesse de chauffe, les paramètres cinétiques sont identifiés. Afin de se rapprocher des conditions réelles d'incendie, la mise au point et l'exploitation d'une expèrience de propagation du feu sur un lit de combustible au laboratoire est réalisée. Les résultats sont comparés aux données d'analyse thermique et calorimétrique et un sous modèle de perte de masse en condition d'incendie est proposé.

Les travaux de modélisation des feux de forêts menés sur le plan international montrent que la problématique liée à la chimie des végétaux en condition de feu était mal connue. L’objectif de cette thèse était donc d’apporter une contribution à la compréhension de : la cinétique de dégradation thermique des végétaux, la cinétique de combustion des gaz émis lors de la pyrolyse. La dégradation thermique de végétaux méditerranéens a été étudiée par thermogravimétrie. L’utilisation d’une méthode cinétique hybride a apporté des connaissances sur la quantification de la perte de masse et le modèle cinétique de dégradation thermique des combustibles. D’autre part, la combustion d’un mélange CH4/CO/CO2 a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux. Nous avons développé, dans un premier temps, un mécanisme squelettique à partir d’un mécanisme cinétique détaillé connu traduisant l’oxydation du méthane. Puis, l’application de l’AEQS a abouti à un mécanisme réduit comprenant 4 réactions globales. Ce mécanisme réduit peut désormais être introduit dans un code de simulation plus vaste d’écoulement réactif<br>On the international plan, the works of forest fires modelling show that the chemistry of lignocellulosic fuels, in fire condition, was badly know. The scope of this pHD thesis was to bring a contribution to the understanding of : Thermal kinetics degradation of plants,Combustion kinetics of gases emitted during the pyrolysis. The use of a hybrid kinetic method brought knowledge on the quantification of the mass loss during degradation, and the kinetic model of thermal degradation of fuels. On the other hand the combustion of a mixture CH4/CO/CO2 was studied in a perfectly stirred reactor. At first, a skeletal mechanism was developed from a detail known mechanism of methane oxidation. In a second time, the application of steady state assumption ended a reduced mechanism including only 4 global reactions. The reduced mechanism can be henceforth introduced in a computational fluid dynamic code

L'une des causes qui favorise les incendies de grande envergure est le manque de précision de l'alerte. En effet, les services de secours avouent avoir besoin d'outils capables de détecter et de préciser le siège d'un feu. Une nouvelle génération d'outil est apparue : les réseaux de capteurs sans fil. Dans une application de surveillance environnementale, ces réseaux de capteurs, possédant une architecture décentralisée et déployés dans une zone, doivent transmettre leurs informations, par une communication sans fil de proche en proche (ou multisauts), à une station de base. Pour cette communication multisauts, les techniques de routage s'attachent à réaliser une transmission efficace des données, tout en essayant d'économiser les ressources énergétiques. Dans le cadre de la problématique de lutte contre les feux de forêt, les réseaux de capteurs semblent capables d'aider les services de secours. Cependan, nous identifions trois axes de reflexion auxquels il faut fournir des réponses : ces réseaux sont-ils capables de prévoir, détecter et suivre un feu ? Pour répondre à ces questions, les outils de simulation existants s'avèrent incomplets ou inutilisables dans le cadre de notre étude. Dans cette dissertation, nous introduisons une nouvelle application, DEVS-WSN, basée sur une description à l'aide du formalisme DEVS. Elle permet d'étudier les performances et les stratégies de déploiement des réseaux de capteurs sans fil dans un feu. De plus, nous présentons un nouvel algorithme de routage VOX, qui améliore l'économie d'énergie et par conséquent augmente la durée de vie du réseau dans le contexte particulier de phénomènes destructeurs. Nous complétons cette étude théorique par une expérimentation en feu réel. Tous ces travaux avancent les conditions d'utilisation d'un réseau de capteurs sans fil dans la problématique des feux de forêt<br>One of the causes which supports large scale wildfires is the alarm precision lack. Indeed, firemen need tools able to detect fast and specify a sit of a fire. A new generation of tool is appeared : Wireless Sensor Network. In environemental monitoring, these sensors networks, having decentralized architecture and deployed in a zone, must to transmit their information, by a multi-hop communication, towards a base station. For this communication, the routing protocols attempt to carry out reliable data transmission, while testing to save the energy resources. In the problems of forest fires, the networks of sensors are able to help them firemen. However, we identify three axes for which it is necessary to provide answers : these networks, are they able to envisage, detect and follow a fire ? To answer these questions, the existing simulation tools are incomplete or unusable in our context study. In this essay, we introduce a new application, DEVS-WSN, based on a DEVS description. It allows to study performance and the deployment stratégies of the Wireless Sensor Networks. Moreover, we present a new algorithm of routing VOX, which improves the energy saving and increases lifetime of the network in the particular context of destroying phenomenons. We supplement this theoretical study by a test of Wireless Sensor Network on real fire. All these work advances the conditions of use of Wireless Sensor Network in the fire problems

Les changements climatiques et socio-économiques dans la région méditerranéenne constituent une menace importante pour les écosystèmes forestiers en affectant leur fonctionnement direct (augmentation de la sècheresse) et le régime des perturbations (incendies). Les interactions entre végétation, sécheresse, régime des feux et activités anthropiques ont été étudiées à l'échelle régionale sur la région Languedoc-Roussillon (LR) à partir des observations durant les dernières décennies (1971-2006) et de scénarios climatiques pour la fin du 21ième siècle (2071-2100). Les résultats montrent que l'évolution récente du climat dans la région LR est caractérisée par une augmentation des conditions de sècheresse présentant une variabilité spatiale importante. Ces tendances climatiques ont entrainé des modifications des caractéristiques de la période de sècheresse des écosystèmes (augmentation de l'intensité, décalage de la saisonnalité). Malgré cette augmentation des conditions favorables à l'occurrence et au développement des incendies, un nouvelle politique de suppression des incendies initié en 1987 a entrainé une diminution du nombre de départs de feux et des surfaces brulées. Cette politique a également modifié les facteurs explicatifs du développement des feux qui, auparavant majoritairement contrôlés par l'état hydrique de la végétation, sont désormais déterminés par la cooccurrence de la sècheresse et d'épisodes venteux. D'autre part, nos résultats ont pu quantifier la contribution relative des caractéristiques spatiales des activités humaines (densité des infrastructures, interface habitat forêt), de la végétation (composition, continuité) et des conditions météorologiques sur la distribution spatiale des incendies. Ainsi, les prédictions de l'évolution du régime des feux sur le siècle prochain sont fortement dépendantes des futures trajectoires de l'activité anthropique, des stratégies d'occupation du territoire mais également de l'incertitude liée à la régionalisation des modèles climatiques<br>Climate and socio-economic changes in the Mediterranean region are expected to affect the functioning of forested ecosystems (increased drought) and the disturbance regime (wildfire). The interactions between vegetation, drought, fire regime and human activities were studied at regional scale in the Languedoc-Roussillon region (LR; Southern France) from observations over recent decades (1971-2006) and climate scenarios for the end of the 21st century (2071-2100). Recent climate changes in the LR region are characterized by an increase in drought conditions with a high spatial variability. These climate changes modified the features of the major drought period in forested ecosystems (increasing intensity, shifting seasonality). However, despite this increase in fire prone conditions, a new policy of fire suppression started in 1987 led to a decrease in the number of fire starts and burnt areas in LR region. This policy also changed the relative contribution of factors explaining fire spread, which previously mainly controlled by the water status of vegetation, are now determined by the co-occurrence of drought and windy events. Furthermore, our results could quantify the relative contribution of the spatial patterns of human activities (infrastructure density, forest habitat interface), vegetation (composition, fuel continuity) and weather on the regional distribution of fires. Thus, predictions on the future fire regime in the region should be mainly controlled by changes in human activities and settlements, as well as climate forecasts and their related uncertainty in downscaling methods, which have a significant impact on predictions of drought of forested ecosystems