Physical modelling of forest fire behaviour started about 10 years ago, with models solving Navier-Stokes equations, mass and energy balance for both the lower atmosphere and the fuel. The fuel is defined as a porous media, described through its physical characteristics and spatial structure. This work determines the spatial scale relevant for fuel description. It also entails to understand the effects of fuel heterogeneity on fire behaviour, as well as on radiative and convective transfers and the incident wind. These outputs improve the understanding of the effects of fuel structure on fuel-breaks, in order to improve their design. The fire behaviour model used and improved during this phd work is FIRETEC, developed at the Los Alamos National Laboratory (New Mexico, USA).

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.

Le changement climatique a un impact indéniable sur la compréhension et l'appréhension des incendies de forêts. Cet ouvrage en évalue les conséquences sur l'écosystème forestier et sur la conservation de la biodiversité. Il est essentiel d'organiser la cohabitation entre l'homme et l'aléa incendie de forêts par l'intermédiaire d'outils d'aménagement du territoire à différentes échelles géographiques. Cela constitue la prévention du risque. Une fois l'incendie déclaré, il est alors nécessaire de déployer un ensemble de méthodes et outils technologiques et d'aide à la décision permettant de faire face à l'incendie et d'en limiter les conséquences. C'est le domaine de la prévision et de l'opération. Incendies de forêts propose des pistes organisationnelles, méthodologiques et technologiques pour la gestion territoriale de ce risque et de ses crises.

La prédiction de la propagation des feux de forêts consiste à trouver l'évolution du front du feu. Cette thèse reprend le modèle monodimensionnel de propagation du feu sous forme d'ellipses de Richards afin de trouver l'expression intrinsèque de la vitesse de ce front. Une formulation équivalente variationnelle de ce modèle en utilisant les principes de l'optique géométrique est aussi dérivée. Un modèle tridimensionnel de la propagation du feu grâce a une homogénéisation par prise de moyennes et à l'utilisation de la thermodynamique des processus irréversibles est alors obtenu. Une simplification de ce modèle, suivie d'une réduction bidimensionnelle sur la surface gauche du sol, nous conduisent alors a un modèle bidimensionnelle, qui tient compte des principaux paramètres de la propagation des feux de forêts. Celui-ci permet d'obtenir des formes de corrélations utilisées par le modèle des ellipses. Le caractère non local de l'intervention du flux radiatif en provenance de la zone en feu qui se trouve au-dessus de la végétation est alors introduit. Des simulations numériques, de ce modèle bidimensionnel de propagation du feu avec terme de rayonnement non local, ont enfin été réalisées.

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.

LE BUT DE L'EQUIPE FEUX DE FORET DE L'UNIVERSITE DE CORSE EST DE PROPOSER UN SIMULATEUR DE FEUX QUI PUISSE SERVIR D'OUTIL D'AIDE A LA DECISION POUR LA LUTTE CONTRE LES INCENDIES. POUR CE FAIRE, NOUS AVONS DEFINI UN MODELE SIMPLE, QUALIFIE DE SEMI-PHYSIQUE CAR IL TRAITE LE PROBLEME DE LA PROPAGATION DES FEUX SOUS UN ANGLE PLUS PHYSIQUE QUE LES MODELE SEMI-EMPIRIQUES MAIS SES PARAMETRES SONT IDENTIFIES DE MANIERE DYNAMIQUE. CE MODELE A PERMIS DE PREDIRE LE DEVELOPPEMENT DE FEUX DE LITIERES D'AIGUILLES DE PIN EN LABORATOIRE, A LA FOIS POUR DES PENTES FORTES ET DES VENTS FAIBLES. DANS CE TRAVAIL, NOUS AVONS CHERCHE A LE FAIRE EVOLUER POUR QU'IL REPRESENTE LA PROPAGATION DE FEUX SOUMIS A DES VENTS FORTS. AFIN DE METTRE EN PLACE UNE METHODE GENERALE D'AMELIORATION DU MODELE, NOUS NOUS SOMMES INSPIRES DU MODELE MULTIPHASIQUE DE L'IUSTI DE MARSEILLE CAR IL EXPRIME DE MANIERE DETAILLEE L'ENSEMBLE DES PHENOMENES PHYSIQUES JOUANT DANS LA PROPAGATION. NOTRE DEMARCHE A CONSISTE A REDUIRE LE MODELE MULTIPHASIQUE AFIN DE LUI DONNER UNE EXPRESSION PROCHE DE CELLE DE NOTRE MODELE SEMI-PHYSIQUE, CETTE EXPRESSION DEVANT NOUS PERMETTRE, PAR COMPARAISON, D'AMELIORER LA FORMULATION DE NOTRE MODELE EN INCLUANT DES PHENOMENES PHYSIQUES NEGLIGES JUSQU'ALORS. LA METHODE A ENSUITE ETE APPLIQUEE A LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE VENT, CE QUI NOUS A CONDUIT A AJOUTER UN TERME DE CONVENTION DANS L'EQUATION D'ENERGIE DU MODELE ET A DEFINIR UN ECOULEMENT SIMPLIFIE PAR L'AJOUT DE DEUX EQUATIONS SUPPLEMENTAIRES. LES RESULTATS OBTENUS AVEC CE NOUVEAU MODELE SONT ENCOURAGEANTS CAR ILS PERMETTENT UNE AMELIORATION NOTABLE DE LA PREDICTION DES VITESSES DE PROPAGATION DU FEU, AINSI QUE LA PRISE EN COMPTE D'EFFETS NEGLIGES JUSQU'A PRESENT, COMME L'ASPIRATION DES GAZ FRAIS PAR LA ZONE DE COMBUSTION. ENFIN, UN APPORT IMPORTANT DE CE TRAVAIL RESIDE DANS LE FAIT QUE LA METHODE D'AMELIORATION DE MODELE PROPOSEE POURRA AUSSI S'APPLIQUER A D'AUTRES MODELES DEVOLUS AUX SIMULATEURS DE FEUX DE FORET.