L'un des axes importants de recherche du laboratoire de sciences, est la modélisation des incendies de forêt. Nous avons souhaité, par nos travaux, nous inscrire dans ce projet, à travers l'élaboration de deux outils : en premier lieu, nous avons cherché à estimer les vitesses et directions locales du vent, à partir de l'analyse du déplacement de la fumée sur une séquence d'images aériennes. Nous avons développé une méthode robuste, composée d'une succession d'algorithmes de traitement d'images, tels que la segmentation, la construction d'une variante du graphe de la ligne médiane et une technique de mise en correspondance locale des principaux nuds. Cette méthode a été approuvée avec succès sur des séquences d'images réelles et de synthèse. Dans un deuxième temps, nous avons développé un algorithme de simulation d'incendie, sur la base du modèle présenté par nos collègues physiciens. Par une légère modification apportée à ce modèle, nous avons pu obtenir une propagation plus circulaire. Nous proposons également une modélisation efficace des effets de pente, ce qui permet d'envisager une simulation des directions de pentes variables. Nous avons enfin développé deux logiciels conviviaux qui valident notre approche.

PARTIE 1 CE TRAVAIL PRESENTE UNE NOUVELLE APPROCHE DE LA MODELISATION DE LA PROPAGATION D'UN FEU, BASEE SUR L'INTERACTION ENTRE LE COMBUSTIBLE ET LA DYNAMIQUE DES GAZ ENVIRONNANTS. LE COMBUSTIBLE EST CONSIDERE COMME UN MILIEU MULTIPHASIQUE, CONSTITUE D'UNE PHASE GAZEUSE ET DE PLUSIEURS PHASES SOLIDES. UNE FORMULATION, BASEE SUR DES MOYENNES SPATIALES PONDEREES EST DEVELOPPEE ET CONDUIT A L'ETABLISSEMENT DE SYSTEMES D'EQUATIONS MULTIPHASIQUES, REACTIFS ET RADIATIFS. ON EFFECTUE DES SIMULATIONS NUMERIQUES MONODIMENSIONNELLES D'UN FEU A CO ET CONTRE-COURANT, DANS UN MILIEU HETEROGENE COMPOSE DE PARTICULES COMBUSTIBLES FIXES. ON PRESENTE ENSUITE UN MODELE QUASI-BIDIMENSIONNEL DEDUIT DIRECTEMENT DES EQUATIONS GENERALES ET RESOLU POUR SIMULER LA PROPAGATION D'UN FEU DANS DES LITIERES DE PIN MARITIME ET DE PIN D'ALEP, EN FONCTION DE LA PENTE ET DE LA CHARGE DU LIT DE COMBUSTIBLE. LES RESULTATS OBTENUS SONT COMPARES A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. PARTIE 2 UNE ETUDE NUMERIQUE D'UN ECOULEMENT DE PROPERGOL INDUIT PAR UN FEU DE PROPERGOL SOLIDE EN CAVITE EST PRESENTE. LA CAVITE POSSEDE UNE OUVERTE EN PLAFOND, OBTUREE PAR UN OPERCULE QUI SE ROMPT DES QUE LA PRESSION DEPASSE UN SEUIL LIMITE. LES CONDITIONS LIMITES PARTICULIERES QUI SONT LA ZONE DE COMBUSTION ET LA SECTION DE SORTIE AU NIVEAU DE L'OPERCULE SONT TRAITEES RESPECTIVEMENT PAR UN DEMI PROBLEME ET PAR UN PROBLEME DE RIEMANN. L'EVOLUTION DANS LE TEMPS DE LA TEMPERATURE ET DE LA PRESSION MOYENNE DU GAZ AINSI QUE DE LA DISPARITION D'OXYGENE EST EXAMINEE POUR DEUX CAS D'OUVERTURE DE L'OPERCULE.

LA PROPAGATION D'UN INCENDIE DE VEGETATION EST LA REALITE QUE NOUS AVONS SOUHAITE PREDIRE. L'OBJECTIF A LONG TERME QUE NOUS NOUS SOMMES FIXE EST DE FOURNIR UN OUTIL DE PREDICTION DE LA PROPAGATION D'UN FEU DE VEGETATION BASE SUR LE PRINCIPE DE CONSERVATION DE L'ENERGIE. POUR REPONDRE AUX CRITERES DE RAPIDITE DE CALCUL QU'UN TEL OUTIL NECESSITE, ET ETANT DONNE LE GRAND NOMBRE DE FACTEURS QUI INFLUENCENT DE FACON SIGNIFICATIVE LA PROPAGATION DU FEU, NOUS NOUS SOMMES ORIENTES VERS UNE REPRESENTATION GLOBALE DU PHENOMENE. LES MECANISMES DE PRODUCTION ET DE TRANSFERT DE CHALEUR SONT ALORS MODELISES D'UNE FACON SIMPLE ET CERTAINS PROCESSUS ELEMENTAIRES SONT GLOBALISES AU MOYEN D'UN SEUL TERME DANS LE BILAN D'ENERGIE. AINSI, LES COEFFICIENTS QUI CARACTERISENT CES MECANISMES NE SONT ACCESSIBLES QU'A PARTIR DE MESURES EXPERIMENTALES. NOTRE APPROCHE EST DONC UNE DEMARCHE INTERMEDIAIRE SITUEE ENTRE LES FORMULATIONS EMPIRIQUE ET PHYSIQUE, QUE NOUS POUVONS QUALIFIER DE SEMI-PHYSIQUE. LES PREDICTIONS DU MODELE ONT ETE CONFRONTEES A PLUSIEURS SERIES D'EXPERIENCES CONDUITES SUR DES LITIERES D'AIGUILLES DE PIN. SUR LA BASE DES CONCLUSIONS DE L'ETUDE PRELIMINAIRE, LA MODELISATION DU TERME DE RAYONNEMENT DES FLAMMES DANS LE BILAN D'ENERGIE A ETE AMELIOREE. LE FRONT DE FLAMME EST ALORS ASSIMILE A UN PANNEAU RADIANT. LA FRACTION D'ENERGIE RAYONNEE PAR UNE SURFACE ELEMENTAIRE DE LA FLAMME, QUI EST INTERCEPTEE PAR LE COMBUSTIBLE IMBRULE SITUE DEVANT LE FRONT, EST CALCULEE PAR UN FACTEUR DE FORME. LE RAYONNEMENT DES FLAMMES EST SUPPOSE ETRE LE MODE DE TRANSFERT DE CHALEUR DOMINANT EN PRESENCE D'UNE PENTE ET/OU DE VENT ET LES MECANISMES CONVECTIFS SONT NEGLIGES. LE MODELE AMELIORE A PERMIS DE RENDRE COMPTE DE MANIERE SATISFAISANTE DES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE LA PROPAGATION D'UN FEU A L'ECHELLE D'UNE LITIERE D'AIGUILLES DE PIN. LES PREDICTIONS DU MODELE PERMETTENT AUSSI D'IDENTIFIER LES CAS DANS LESQUELS L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT EST SIGNIFICATIVE.

Cette étude présente une analyse du comportement au feu de différentes espèces végétales. Elle a pour but de définir le rôle des propriétés des végétaux sur leur combustion et de proposer un modèle d'oxydation en phase gazeuse suffisamment simple pour servir de point de départ à un modèle de propagation. Les espèces végétales sont broyées pour limiter l'influence du rapport surface-volume sur leur comportement au feu. La combustion de ces broyats engendre des flammes laminaires. L'étude expérimentale comprend la caractérisation des propriétés thermophysiques et physico-chimiques des combustibles, l'analyse des gaz de dégradation et la détermination du comportement des phases solide et gazeuse et de leur couplage. Dans l'étude numérique, différents mécanismes squelettiques et globaux sont testés afin de définir un modèle simple d'oxydation des gaz de dégradation. Ce modèle est appliqué aux flammes de combustibles végétaux.

Ce travail porte sur la modélisation de la transition feu de surface-feu de cime. Pour cela, nous avons développé un modèle semi-physique de transition. Ce modèle est basé sur le modèle de propagation d'un feu de litière développé à l'Université de Corse ; ce modèle ne prenant en compte les échanges vers une strate supérieure de combustible nous avons décidé d'utiliser une méthode d'amélioration basée sur la réduction de modèle complet, en particulier celui de l'IUSTI de Marseille. Cette réduction a fait apparaître un terme d'échange entre la colonne chaude convective et le combustible de la strate supérieure, et a permis l'amélioration de notre modèle par l'ajout d'un terme supplémentaire représentant ces échanges. Afin d'évaluer ce terme, nous avons mis en place une campagne de mesure à l'échelle du laboratoire. Etant les premiers à effectuer ce genre d'expériences à l'Université de Corse, nous avons dû tout d'abord mettre au point un protocole afin d'accéder aux données caractéristiques du feu : température, vitesse de propagation. Les mesures de température ont été réalisées à l'aide de thermocouples, dans la zone de combustion et de panache. Nous avons développé une méthode originale de compensation numérique de température dans la zone de flamme, car les thermocouples utilisés ne donnent pas une bonne représentation des fluctuations de température. Cette compensation a permis de restituer la dynamique des phénomènes, et ainsi, à l'aide du calcul du temps de transit entre deux capteurs, de calculer la vitesse ascensionnelle des gaz de combustion. Une autre série d'expériences réalisée sur la transition a permis de calculer le terme d'échange afin d'effectuer des simulations de notre modèle. Les résultats obtenus sont encourageants, ils représentent bien les étapes et les tendances de la transition d'un feu de surface vers un feu de cime.

TROIS GROUPES D'EXPERIENCES DE PROPAGATION CONDUITES AU LABORATOIRE SUR DES DISPOSITIFS D'ECHELLES DIFFERENTES DANS DES LITIERES D'AIGUILLES DE PIN D'ALEP (PINUS HALEPENSIS) ET DE PIN MARITIME (PINUS PINASTER), DE CHARGES VARIABLES, ONT PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE DEUX SITUATIONS EXPERIMENTALES CONTRASTEES SELON L'INCLINAISON DU SUPPORT DE COMBUSTION. LES FEUX DESCENDANTS OU A PLAT, ISSUS D'UN ALLUMAGE EN LIGNE, PRESENTENT UNE PROPAGATION STATIONNAIRE ET UNIDIMENSIONNELLE ET L'AVANCEMENT DU FRONT DE FEU N'EST PAS INFLUENCE DES LORS QUE LA LONGUEUR INITIALE DU FRONT EXCEDE UNE VALEUR DE L'ORDRE DU METRE. EN REVANCHE, QUELLE QUE SOIT L'ECHELLE DU DISPOSITIF, LES FEUX ASCENDANTS PRESENTENT SYSTEMATIQUEMENT UN FRONT DE FEU QUI, ISSU D'UN ALLUMAGE EN LIGNE, SE DEFORME AU COURS DE LA DUREE D'OBSERVATION POUR CONDUIRE A UN CONTOUR EN FORME DE POINTE. DANS CE CAS, SELON L'ECHELLE DU DISPOSITIF, IL N'EST PAS TOUJOURS POSSIBLE D'ATTEINDRE UN REGIME DE PROPAGATION STATIONNAIRE ET UNIDIMENSIONNEL ET DE TROUVER UNE LIMITE A L'ACCROISSEMENT DE LA VITESSE AVEC LA LONGUEUR INITIALE DU FRONT DE FEU. LE SEUIL SEPARANT CES DEUX TYPES DE SITUATIONS EST PEU DEPENDANT DES AUTRES MODALITES ETUDIEES ET SE SITUE AUTOUR DE +10 DE PENTE. UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE DES MODELES DE PROPAGATION EXISTANTS PERMET D'EN DEGAGER LES HYPOTHESES, EN TERMES DE MECANISMES ET DE DIMENSIONS, ET DE MESURER LES DIFFICULTES ATTENDUES POUR LA REALISATION DE LEUR TEST. CES MODELES SONT TOUS FONDES SUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE CONSERVATION DE L'ENERGIE DU MATERIAU SOLIDE APPLIQUEE AU DOMAINE DE PRECHAUFFAGE, SITUE EN AVANT DU FRONT DE FEU, ET SE DONNENT LES PARAMETRES DECRIVANT LA ZONE DE COMBUSTION ET LA FLAMME, SOURCES DE CHALEUR. LES FAITS EXPERIMENTAUX OBSERVES EN PENTE ASCENDANTE S'OPPOSENT AUX HYPOTHESES DE DIMENSION COMMUNES A TOUS CES MODELES. L'ANALYSE CONDUIT A SELECTIONNER DEUX VERSIONS D'UN MODELE SEMI-EMPIRIQUE DE PROPAGATION (MODELE DE ROTHERMEL, 1972) ET DEUX VERSIONS D'UN MODELE PHYSIQUE R ADIATIF (MODELE D'ALBINI, 1986) DONT LES PREDICTIONS SONT CONFRONTEES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX RECUEILLIS AU LABORATOIRE. DE LEUR ANALYSE A PRIORI ET DE CETTE CONFRONTATION, IL RESSORT D'UNE PART QUE LES MODELES SEMI-EMPIRIQUES POSSEDENT UN CONTENU PHYSIQUE TRES INSUFFISANT POUR QU'ON PUISSE ETENDRE LEURS PREDICTIONS AU-DELA DU STRICT DOMAINE DE VALIDITE DES EXPERIENCES QUI ONT PERMIS LEUR ELABORATION, D'AUTRE PART QUE LE CONTENU PHYSIQUE DES MODELES RADIATIFS NE SUFFIT PAS A RENDRE COMPTE DE CERTAINS EFFETS DES FACTEURS DE PROPAGATION. AFIN DE LES AMELIORER, IL EST PROPOSE D'INTRODUIRE DANS LES MODELES PHYSIQUES RADIATIFS CERTAINS PROCESSUS SE DEROULANT DANS LA PHASE GAZEUSE. IL S'AGIT DE PRENDRE EN COMPTE DES ASPECTS JUGES ESSENTIELS POUR MIEUX COMPRENDRE LES EFFETS DES FACTEURS DE PROPAGATION, ASPECTS QUI SE MANIFESTENT NOTAMMENT PAR L'OBSERVATION DES VENTS INDUITS PAR LE FEU. LES DIFFICULTES DE L'INTEGRATION DE CES PROCESSUS SONT ILLUSTREES A TRAVERS LA PRESENTATION D'UNE DEMARCHE MECANISTE DONT LES POSSIBILITES, MAIS AUSSI LES LIMITES ACTUELLES, SONT MISES EN EVIDENCE. UN MODELE PHYSIQUE ET CINETIQUE, RADIATIF ET CONVECTIF, EST ALORS ELABORE. SA FORMULATION S'APPUIE SUR LA DEMARCHE MECANISTE. CE MODELE RESULTE DU COUPLAGE D'UN MODELE RADIATIF ET CONVECTIF QUI DECRIT LES PROCESSUS SE DEROULANT DANS LE DOMAINE DE PRECHAUFFAGE A L'AIDE DES EQUATIONS DE CONSERVATION DE L'ENERGIE DE LA PHASE SOLIDE ET DE LA PHASE GAZEUSE, ET D'UN MODELE D'ECOULEMENT INDUIT QUI DECRIT LES PROCESSUS SE DEROULANT DANS LA ZONE DE COMBUSTION A L'AIDE DES EQUATIONS DE CONSERVATION DE LA MASSE ET DE LA QUANTITE DE MOUVEMENT DE LA PHASE GAZEUSE. LES POSSIBILITES DE PREDICTIONS OFFERTES PAR LE MODELE SONT EXAMINEES AU REGARD DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. CECI MONTRE A LA FOIS LES AMELIORATIONS PORTEES NOTAMMENT PAR COMPARAISON AUX PREDICTIONS DES MODELES RADIATIFS ET SOULEVE LE PROBLEME DU FRONT DE FEU, CONSIDERE COMME UNE BARRIERE AUX ECOULEMENTS. LA NECESSITE DE CONFERER, DANS UNE ETAPE ULTERIEURE, UNE PART EMPIRIQUE AU MODELE OBTENU CONDUIT A ENVISAGER LA REALISATION DE NOUVELLES EXPERIENCES MIEUX INSTRUMENTEES ET MET EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DE LA DEMARCHE MECANISTE QU'ON PEUT ATTENDRE A CET EGARD.