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.

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.

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.

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.

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).