2023 - Article paru dans Journal of Thermal Analysis and Calorimetry
2023 - Article paru dans Atmoshpere
2022 - Articles parus dans le livre " Advances in forest fire research 2022 "
2022 - Article paru dans Journal of Analytical and Applied Pyrolysis
2022 - Article paru dans Fire safety Journal
2021 - Article paru dans Fire safety Journal
2021 - Article paru dans Fire safety Journal
2021 - Article paru dans Fire safety Journal
2020 - Article paru dans Fire safety Journal
2020 - Rapport European Science & technology Advisory Group
2023 - Article paru dans Journal of Thermal Analysis and Calorimetry
Les défis de ce travail portent sur une meilleure compréhension des caractéristiques de combustion et de leur importance pour le risque d'incendie en réalisant une analyse thermogravimétrique (TGA). L'objectif ultime est de fournir une méthodologie permettant de déterminer les indices les plus pertinents pour une classification robuste du risque d'incendie des espèces. Un des principes de cette méthodologie est l'utilisation d'une méthode de régression linéaire pour déterminer les indices et l'énergie d'activation. Pour atteindre cet objectif, des analyses chimiques, thermiques et cinétiques seront réalisées. Neuf indices de combustion ont été calculés et comparés pour évaluer des caractéristiques telles que l'allumage, la combustion et l'extinction. Les expériences ont été menées à trois taux de chauffage de 10, 15 et 20 °C min−1 sous atmosphère d'air. Une sélection de matériaux forestiers fréquemment dévastés par les incendies de forêt, c'est-à-dire le chêne pubescent (QP), le liège (QS), l'olivier (OE) et les aiguilles de Genista Salzmannii (GSN), ont été étudiés. Les courbes TG-DTG ont montré que le processus de combustion se compose de deux étapes : la dévolatilisation et l'oxydation du charbon. L'ensemble du processus était contrôlé par la libération de gaz volatils. Selon l'indice de l'inflammation spontanée relatif (RL), les échantillons ont été classés comme suit : OE > GSN ≥ QS > QP. OE semble être le plus réactif et propice à l'inflammation spontanée par rapport aux autres échantillons. Le même ordre a été obtenu pour l'indice caractéristique de combustion et, approximativement, pour l'inflammabilité intégrée. D'autre part, l'Ea moyen à la basse température du processus de combustion était faible pour GSN (147 ± 9 kJ mol−1) et OE (159 ± 4 kJ mol−1) et élevé pour QP (179 ± 14 kJ mol−1) et QS (174 ± 3 kJ mol−1). Enfin, ce travail apporte des informations précieuses sur la relation entre les propriétés chimiques et les indices de combustion, ainsi que sur les composants qui rendent certains indices plus efficaces que d'autres.
Une distance de séparation de sécurité (SSD) doit être prise en compte lors des activités de lutte contre les incendies (extinction des incendies ou évacuation des personnes) contre les incendies de forêt. La SSD est d'un intérêt critique pour les humains et les actifs situés dans les interfaces forêt-habitat (WUI). Dans la plupart des cas, les modèles et directives de zone de sécurité supposent un terrain plat et uniquement un chauffage par rayonnement. Néanmoins, les blessures ou dommages ne résultent pas exclusivement du rayonnement. En effet, la convection doit également être considérée comme une contribution importante du transfert de chaleur, en particulier en présence des effets combinés d'un terrain en pente et d'une vitesse de vent élevée. Dans ce travail, une étude de cas critique est considérée pour le village de Sari-Solenzara en Corse (France). L'emplacement du site a été choisi par les opérationnels car une propagation de feu de haute intensité est susceptible de se produire dans l'interface forêt-habitat en cas de vent. Cette étude a été réalisée pour un maquis de 4 m de haut, un terrain en pente de 12° et une vitesse de vent de 16,6 m/s. Les simulations numériques ont été réalisées à l'aide d'un modèle d'incendie physique complet, à savoir FireStar2D, pour étudier un cas de propagation d'incendie, considéré comme représentatif de la plupart des situations à haut risque d'incendie en Corse. Cette étude est basée sur l'évaluation du flux de chaleur total (radiatif et convectif) reçu par deux types de cibles (corps humains et bâtiments) situées en avant du front de feu. Les résultats obtenus ont révélé que le rayonnement était le mode de transfert de chaleur dominant dans l'évaluation de la SSD. De plus, les prédictions étaient conformes au critère établi par les experts opérationnels, qui suppose qu'en Corse, une SSD minimum de 50 m est requise pour maintenir un pompier équipé sans blessure dans une coupure de combustible nommée ZAL. Ce travail numérique fournit également des corrélations reliant le flux de chaleur total à la SSD.
2023 - Article paru dans Atmoshpere
Cet article présente deux feux expérimentaux menés à l'échelle du terrain en Corse, dans une zone de végétation arbustive de montagne. L'orientation des parcelles expérimentales a été choisie de manière à ce que le vent soit aligné avec la direction de la pente principale afin d'obtenir un feu de forte puissance. Le premier objectif était d'étudier le comportement de ce type de feux en évaluant les conditions de propagation liées à sa vitesse, son intensité ainsi que la géométrie du front de flammes et son impact sur des différentes cibles. Un protocole expérimental a donc été conçu pour déterminer la propagation du feu à l'aide des drones et son impact à l'aide des fluxmètres radiatifs et totaux. Un autre objectif était d'étudier ces expériences numériquement en utilisant un modèle physique complet FireStar3D. Les résultats numériques concernant la dynamique du feu, en particulier le ROS, ont également été comparés aux autres prédictions du modèle FireStar2D. La comparaison avec les mesures expérimentales a montré la robustesse de l'approche 3D avec une différence maximale de 5,2 % pour le ROS. Les intensités des feux obtenues ont révélé que ces expériences sont représentatives de feux de forte intensité, qui sont très difficiles à contrôler dans le cas des feux de forêt réels. D'autres paramètres étudiés numériquement (géométrie de la flamme et flux de chaleur) étaient également cohérents avec les mesures expérimentales et confirment la capacité de FireStar3D à prédire des feux de surface de forte puissance.
2022 - Articles parus dans le livre " Advances in forest fire research 2022 "
Plusieurs chercheurs de l’équipe-projet « Feux » du laboratoire de recherche UMR CNRS SPE de l'Université de Corse, d'Aix-Marseille Université, et de l’Université Libanaise, ont présenté les travaux qu’ils ont réalisés dans le cadre du projet GOLIAT lors du 9ème congrès « International Conference on Forest Fire Research » qui s'est tenu du 11 au 18 novembre 2022 à Coimbra, Portugal. Dans le cadre de cette conférence 8 articles sont parus dans le livre " Advances in forest fire research 2022 ".
Numerical study of high intensity experimental field fires across Corsican shrubland vegetation
Fayad, J., Rossi, L., Frangieh, N., Awad, C., Accary, G., Chatelon, F.-J., Morandini, F., Marcelli, T., Cancellieri, V., Cancellieri, D., Morvan, D., Pieri, A., Planelles, G., Costantini, R., Briot, P., Meradji, S., & Rossi, J.-L. (2022).
Impact of the bulk density on fire spread through a homogenous vegetation layer
Awad, C., Fayad, J., Frangieh, N., Morandini, F., Rossi, J. L., Chatelon, F. J., Marcelli, T., Morvan, D., & Accary, G. (2022).
Chatelon, F. J., Cruz, M. G., Balbi, J.-H., Rossi, J.-L., Fayad, J., Morvan, D., Marcelli, T., Frangieh, N., & Awad, C. (2022).
Rahib, Y., Leroy-Cancellieri, V., Cancellieri, D., Awad, C., & Rossi, J.-L. (2022).
Fuelbreaks design: from CFD modelling to operational tools
Frangieh, N., Accary, G., Rossi, J.-L., Morvan, D., Chatelon, F.-J., Marcelli, T., Meradji, S., Rossi, L., Awad, C., Fayad, J., & Briot, P. (2022).
Simulation of induced-wind-dominated fire on sloping terrain
Accary, G., Fayad, J., Chatelon, F.-J., Frangieh, N., Awad, C., Meradji, S., Marcelli, T., Rossi, J.-L., Morvan, D., & Rossi, L. (2022).
GOLIAT, a project to develop tools for firefighting and land use planning
Marcelli, T., Rossi, L., Accary, G., Awad, C., Burglin, A., Cancellieri, D., Cancellieri, V., Chatelon, F.-J., Fayad, J., Ferrat, L., Frangieh, N., Grossi, H., Méradji, S., Morandini, F., Morvan, D., Pieri, A., Wandon, C., Agence Arobase, A., & Rossi, J.-L. (2022).
Physical modelling of fires spreading upslope, involved in fire eruption triggering
Chatelon, F. J., Balbi, J.-H., Fayad, J., Rossi, J.-L., Morvan, D., Marcelli, T., Frangieh, N., Awad, C., Accary, G., & Meradji, S. (2022).
2022 - Article paru dans Fire Safety Journal
Cet article rend compte d'un feu expérimental de haute intensité réalisé lors d'une expérience grandeur nature sur un terrain en forte pente (28°) dans le cadre d'une campagne hivernale de brûlages dirigés gérée par le service local des sapeurs-pompiers dans la région nord-ouest de la Corse. La vitesse de propagation (ROS) du feu, mesurée à l'aide de caméras thermiques et visibles, a été évaluée à 0,45 m/s. L'expérience a été reproduite numériquement à l'aide d'un modèle 2D entièrement physique, à savoir FireStar2D, et la comparaison avec les mesures expérimentales a principalement porté sur le ROS et les flux de chaleur reçus par trois cibles distantes placées en bout de parcelle. L'analyse des résultats montre que le feu considéré a un régime de propagation dirigé par le vent avec une intensité de feu supérieure à 7MW/m. Les résultats numériques sont en assez bon accord avec les mesures expérimentales, à 11% près pour le ROS et 5% pour les flux de chaleur, validant par conséquent la pertinence de l'approche numérique pour lutter contre ces feux de forêt de haute intensité. Malgré les conditions de vent et d'humidité défavorables à la propagation du feu (U=1.67m/s et HR=82%), cette expérience confirme qu'un tel feu peut présenter un comportement dangereux en raison de la forte pente du terrain.
2022 - Article paru dans Journal of Analytical and Applied Pyrolysis
Le présent article vise à améliorer la compréhension du comportement de la dégradation thermique à l'état solide et de la cinétique de la pyrolyse des aiguilles de genêt de salzmann (GSN) méditerranéennes pour soutenir la recherche sur les incendies de forêt. Des analyses immédiates, ultimes et des microstructures ont été réalisées pour caractériser les GSN. De plus, un système thermogravimétrique couplé à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (TG-IRTF) a été utilisé pour analyser le comportement pyrolytique et les produits gazeux dégagés. L’étude a également pris en compte l’effet du conditionnement du combustible (broyé et intact). L’objectif est de fournir des informations fiables et utiles sur les modèles de pyrolyse. Dans les expériences TG-IRTF, des vitesses de chauffage lentes (20 et 40 °C/min) et quasi rapides (60, 80 et 100 °C/min) ont été appliquées pour simuler des conditions réelles des feux de végétation (préchauffage/smoldering et région de flammes, respectivement). En outre, le couplage entre deux modèles d’iso-conversion (FWO et KAS) avec le modèle de Coats-Redfern a été étudié pour déterminer le triplet cinétique. Une simulation numérique a été appliquée pour estimer de manière adéquate ces paramètres cinétiques. Les résultats indiquent que le GSN possède une teneur élevée en composés volatils et en carbone. La zone de pyrolyse rapide (200–600 °C) est considérée comme l'étape principale de la perte de masse. Les échantillons intacts se caractérisent par un taux de perte de masse plus élevé. Les gaz dominants libérés lors de la pyrolyse sont : CO2, composés carbonylés C=O, liaisons C=C, C–H et C–O, C-H aliphatique (présence de CH4) et H2O. De plus, entre 180 et 650 °C, l'analyse cinétique a révélé que l'énergie d'activation apparente moyenne (Eα) des GSN intacts (206,7, 242,2 et 376,6 kJ/mol pour les étapes 1, 2 et 3, respectivement) est légèrement supérieure à celle des échantillons broyés (176,9, 203,7 et 360,1 kJ/mol pour les étapes 1, 2 et 3, respectivement). La distribution différente de Eα avec le taux de conversion est principalement due à la structure physique compacte de l’échantillon intact. La décomposition thermique de l'hémicellulose (0,05<α<0,35) et de la cellulose (0,35<α<0,75) sont mieux caractérisée par les mécanismes de nucléation et de croissance (A1/3 et A1/2, respectivement). La formation de char (α>0,75) est le processus le plus complexe et est conforme au modèle de réaction chimique d'ordre plus élevé. Enfin, les données de conversion simulées basées sur les triplets cinétiques obtenus concordaient bien avec les données expérimentales.
Mots-clés
Combustibles végétaux ; Conditions opératoires ; Comportement de pyrolyse ; Analyse TG-IRTF ; Paramètres cinétiques ; Fonction de mécanisme
2021 - Article paru dans International Journal of Wildland Fire
Le modèle de Balbi est un modèle physique simplifié de propagation de feux de surface dont le but est de fournir des simulations rapides et précises qui peuvent être utilisées dans des conditions opérationnelles. Ce modèle décrit la vitesse de propagation d’un feu de surface en prenant en compte les phénomènes d’échanges radiatif et convectif et donne également les principales caractéristiques physiques du front de flamme (hauteur/longueur de flamme, profondeur du front, angle d’inclinaison de la flamme, température etc.). Dans ce travail, le modèle original de Balbi, développé pour les conditions de laboratoire, est amélioré en considérant les spécificités d’un feu de plein air, tels que les combustibles complexes avec un mélange de vivants et de morts, une plus grande échelle et un environnement ouvert. Le modèle est calibré sur un petit nombre d’expériences (n = 25) de feu de maquis réalisées en Turquie. Une étude de sensibilité sur la sortie du modèle est présentée et sa capacité prédictive face à un plus grand nombre de feux expérimentaux de maquis de différentes régions du monde (Europe, Australie, Nouvelle Zélande et Afrique du Sud) est testée. Une comparaison avec des anciennes versions du modèle de Balbi et un modèle empirique (Anderson et al., 2015) est également menée avec des résultats encourageants. Le modèle amélioré reste à base physique, plus rapide que le temps réel et pleinement prédictif.
2021 - Article paru dans Fire safety Journal
L'efficacité d'une coupure de combustible, créée dans une prairie homogène sur un terrain plat, a été étudiée numériquement. L'analyse repose sur des simulations numériques 3D qui ont été réalisées à l'aide d'un modèle physique détaillé (FIRESTAR3D) basé sur une formulation multiphasique. Pour éviter les effets de bord, les calculs ont été effectués en imposant des conditions aux limites périodiques le long des deux côtés latéraux du domaine de calcul, reproduisant ainsi un front de feu quasi infiniment long. Au total, 72 simulations ont été effectuées pour différentes vitesses de vent, hauteurs de combustible et largeurs de coupures de combustible, ce qui a permis de couvrir un large spectre de comportement du feu, allant des feux dominés par le panache aux feux pilotés par le vent. Les résultats ont été classés en trois grandes catégories : 1- « Propagation » si le feu a traversé la coupure avec un front de feu continu, 2- « Dépassement » et « Marginal » si le feu traverse marginalement la coupure avec formation de poches enflammées, et 3- « Pas de propagation » si le feu ne traverse pas du tout la coupure de combustible. Le rapport entre la largeur de coupure de combustible et la hauteur de la végétation, marquant la transition « Propagation »/« Pas de propagation », s'est avéré être mis à l'échelle avec le nombre de convection de Byram Nc comme 75,07 × Nc0,46. Les résultats numériques ont également été comparés à un outil d'ingénierie opérationnelle des feux de forêt (DIMZAL) dédié au dimensionnement des coupures de combustible.
2021 - Article paru dans Fire safety Journal
La sécurité lors des brûlages dirigés est assurée en conduisant ces opérations pour des conditions de propagation du feu dites marginales. Ce type de feux peut se propager ou s'arrêter en fonction d’un léger changement des conditions de propagation. Cette propagation est particulièrement sensible aux variations de la vitesse du vent, de la charge surfacique et de la teneur en eau du combustible.
Dans ce contexte, des simulations numériques, reproduisant des feux de prairies, ont été réalisées pour des conditions de propagation marginales, afin de relier le seuil d’extinction de la teneur en eau du combustible déterminant la réussite de la propagation, à la vitesse du vent et à la charge surfacique du combustible. Les simulations ont été réalisées à l'aide de FireStar2D, un code physique complet 2D, basé sur une modélisation multiphasique. La vitesse du vent considérée à 10 m d’altitude a été considérée comme variant entre 0 et 10 m/s et la charge surfacique entre 0,1 kg/m2 et 0,7 kg/ m2. Les effets de la vitesse du vent et de la teneur en eau du combustible sur le comportement du feu et sur les paramètres de la flamme sont discutés dans cet article.
Les résultats montrent que le seuil d’extinction de la teneur en eau augmente avec la charge surfacique jusqu’à une certaine valeur critique au-delà de laquelle ce seuil d’extinction devient moins dépendant de la charge. Une tendance similaire est également observée pour la variation du seuil d’extinction en fonction de la vitesse du vent. Enfin, une formule empirique est proposée pour relier le seuil d’extinction de la teneur en eau à la vitesse du vent et à la charge surfacique de manière implicite par l’intermédiaire du nombre convectif de Byram.
2020 - Article paru dans Fire safety Journal
La lutte contre les incendies de forêt commence très en amont des départs de feux par une politique volontariste de prévention du risque. Une des méthodes la plus utilisée est la réduction de la charge du combustible en utilisant la technique des feux contrôlés appelés aussi feux dirigés. Ces feux sont souvent menés en forêt et doivent être à faible intensité pour ne pas causer des dégâts importants sur les arbres et sur le sol. Ainsi, ils sont la plupart du temps conduits sous des conditions de propagation marginales. Une légère modification de ces conditions peut provoquer leur extinction. En effet, la probabilité de succès de ce type de feux dépend de plusieurs facteurs naturels (température ambiante, humidité relative, vitesse de vent…) et également des propriétés physico-chimiques du couvert végétal (teneur en eau, forme, taille, densité, chaleur spécifique de combustion…).
Une étude a été réalisée pour identifier les principales propriétés du combustible permettant une propagation du feu dans des conditions particulières, ainsi que l’influence de certaines propriétés du combustible (densité, charge, …), et des conditions météorologiques (vitesse de vent, température ambiante, …) sur le comportement des feux marginaux. La valeur seuil de la teneur en eau provoquant une extinction sera plus particulièrement investiguée.
Les résultats de cette étude qui s'inscrit dans le projet GOLIAT sont encourageants et peuvent intéresser les opérationnels qui travaillent dans les domaines de l'aménagement du territoire et de la lutte contre les incendies, vu l’importance des applications des feux marginaux dans ces deux domaines. Ils ont été publiés dans le journal Fire Safety Journal sous le titre "Fuel moisture content threshold leading to fire extinction under marginal conditions" et l'article est accessible via le lien https:/ /doi.org/10.1016/j.firesaf.2020.103226
Mots clés : feux marginaux, simulation numérique, extinction des feux, modélisation des feux, combustion, teneur en eau d’extinction, dynamique des feux, feux dirigés.
2020 - Rapport European Science & technology Advisory Group
Un des objectifs du projet GOLIAT est de fournir un outil d’aide à la décision aux opérationnels en phase de lutte. Avant, d’aborder la phase de conception du cahier des charges de l’outil opérationnel un travail préliminaire a été effectué.
Dans le but d’avoir une idée plus précise du problème lié au nouveau contexte mondial du risque incendie et plus particulièrement celui touchant la Corse, des chercheurs du projet GOLIAT ont étudié comment le changement climatique et certains comportements humains pouvaient jouer un rôle dans cet accroissement du risque. Ils ont aussi étudié des exemples de bonnes pratiques actuelles et même formulé une liste de recommandations.
Cette étude s’est insérée dans un travail mené sous la coordination de notre collègue Jean-Louis Rossi à la demande du groupe d’experts « European Science & Technology Advisory Group » (E-STAG) qui a impliqué 12 experts internationaux (Allemagne, Croatie, Italie, Etats-Unis, France et Slovaquie) dont 3 membres du projet « GOLIAT », que sont François Joseph Chatelon, Thierry Marcelli et Dominique Morvan et une doctorante de l’Université de Corse en la personne de Carmen Awad.
Le premier août 2020, l’UNDRR a publié un rapport rédigé par ce groupe de travail et intitulé « Evolving Risk of Wildfires in Europe ». Rapport disponible en ligne sur le site : https://www.undrr.org/publication/evolving-risk-wildfires-europe-thematic-paper-european-science-technology-advisory
Ce rapport thématique va également être largement diffusé par le « United Nations Office for Disaster Risk Reduction - Regional Office for Europe » aux autorités locales et nationales en Europe mais aussi aux instances comme la Commission Européenne ou l’OCDE.
Afin d’introduire ce travail l’UNDRR a publié une interview thématique sous le titre « Dry winter and COVID-19 spell dangerous fire season in Europe » du coordinateur dans son journal mensuel d’août : https://www.preventionweb.net/experts/oped/view/72971.