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.

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.

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.

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 MEMOIRE PRESENTE DEUX APPROCHES POUR MODELISER LA PROPAGATION D'UN FEU AU TRAVERS D'UNE LITIERE DE PINUS PINASTER. DANS LA PREMIERE PARTIE, NOUS REMPLACONS LA LITIERE PAR UN SOLIDE HOMOGENE EQUIVALENT. CETTE HYPOTHESE NOUS PERMET DE PROPOSER UN MODELE BIDIMENSIONNEL INSTATIONNAIRE AVEC UNE VARIABLE D'ETAT. NOUS DONNONS ENSUITE UNE METHODE POUR IDENTIFIER LES PARAMETRES DU MODELE A PARTIR DE LA DYNAMIQUE DU SYSTEME. APRES AVOIR FORMULE LE PROBLEME MATHEMATIQUE EN SPECIFIANT DES CONDITIONS AUX LIMITES, NOUS ABORDONS SA RESOLUTION NUMERIQUE PAR PLUSIEURS METHODES. NOUS EXPOSONS NOTAMMENT UN ALGORITHME POUR LA CREATION D'UN DOMAINE DE CALCUL EVOLUTIF. ENFIN, NOUS TESTONS LE MODELE POUR PLUSIEURS CONFIGURATIONS DE FEUX DE LITIERE: ALLUMAGE EN LIGNE, ALLUMAGE PONCTUEL AVEC ET SANS PENTE. LES CARACTERISTIQUES DE LA PROPAGATION (FRONT DE FEU, VITESSE DE PROPAGATION ET CHAMP DE TEMPERATURE) RELEVEES LORS DES EXPERIENCES SONT REPRODUITES. CEPENDANT, CE MODELE NE PREND PAS EN COMPTE LES TRANSFERTS DE CHALEUR CONVECTIFS. DANS UNE SECONDE PARTIE, AFIN DE CORRIGER CETTE FAIBLESSE, NOUS COPLONS LE MODELE PRESENTE DANS LA PREMIERE PARTIE A UN MODELE DE FLAMME DE DIFFUSION TURBULENTE. NOUS OBTENONS UN MODELE INSTATIONNAIRE NOUS PERMETTANT DE CALCULER LA FLAMME. NOUS POUVONS AINSI DETERMINER LES FLUX DE CHALEUR RECUS PAR LA LITIERE INERTE (RAYONNEMENT PROVENANT DE LA FLAMME ET FLUX CONVECTIF). NOUS FORMULONS LE PROBLEME MATHEMATIQUE EN SPECIFIANT LES CONDITIONS AUX LIMITES PUIS NOUS LE RESOLVONS PAR LA METHODE SIMPLEC. AFIN DE TESTER LE CODE DE CALCUL NOUS ETUDIONS D'ABORD UNE FLAMME STATIONNAIRE TURBULENTE DE PROPANE. NOUS SIMULONS ENSUITE LA PROPAGATION DU FEU DANS UNE LITIERE POUR PLUSIEURS CONFIGURATIONS (ALLUMAGE EN LIGNE AVEC ET SANS PENTE). LES RESULTATS DE LA SIMULATION SONT EN ACCORD AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES POUR L'ANGLE D'INCLINAISON, LA HAUTEUR ET LA PROFONDEUR DE LA FLAMME AINSI QUE LA VITESSE DE PROPAGATION

L'évaluation de performance de modèles est une étape fondamentale de leur développement et amélioration. Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit est consacré l'évaluation des modèles de propagation des incendies des forêts. Une revue des travaux a montré que si de nombreux éléments étaient disponibles, aucune solution normalisée et automatisable était proposée dans ce champ applicatif. Une solution à ce problème est proposée en déclinant une approche formelle développée dans le cadre de la théorie de la modélisation et simulation. Cette étape a permis de déterminer conceptuellement quels composants devaient être développés et comment les interconnecter.La réalisation de ce cadre a requis premièrement la normalisation de données disponibles pour les incendies de forêts, aucun standard de fichier ou même nomenclature n'étant disponible et/ou utilisé par les modélisateurs ou ingénieurs (observations ou simulation). Un ensemble de nom, notation et format d'encodage des données dans un conteneur NetCDF a pour cela été proposée. Une seconde étape a consisté à déterminer les métriques nécessaires à quantifier les erreurs de simulation (score de simulation). Si quatre méthodes standard ont pu être identifiées dans la littérature, nous avons pu montrer qu'elles se limitaient à la comparaison à un instant donné, ne pouvant donc rendre compte de la performance de la dynamique d'une simulation incendie. Cette problématique a été traitée en proposant deux nouvelles méthodes de calcul de score spécifiques. Ces différentes méthodes d'évaluations ont étés implantées au sein d'une bibliothèque de calcul. Enfin la réalisation d'une évaluation de modèles a été réalisée à l'aide d'une implantation du cadre définit précédemment. Cette évaluation a consisté à confronter quatre formulations de modèles de vitesse de front de flammes effectué sur 80 simulations d'incendies réels de manière complètement automatique. L'automatisation, et le non ajustement de paramètres, a ainsi permis de se rapprocher au plus près du contexte opérationnel où peu d'information locale est disponible, peu de temps après l'alerte de l'éclosion d'un incendie. Les résultats ont démontrés que cette approche est de nature à laisser apparaître une hiérarchie des performances de paramétrisations ou formulation relativement à une autre, sans toutefois être en mesure de donner une mesure absolue et objective de l'erreur modèle.