Mai 2022 - Le projet GOLIAT présent à la conférence FireClimate
Mai 2022 - Le projet GOLIAT présent à la conférence Fire Behavior and Riskate
Décembre 2021 - Le projet GOLIAT présent à la conférence American Geophysical Union Fall Meeting
Décembre 2021 - Le projet GOLIAT présent à la conférence Association for Fire Ecology
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.
Numerical study of high intensity experimental field fires across Corsican shrubland vegetation
Jacky FAYAD(1), Lucile ROSSI(1), Nicolas FRANGIEH(1), Carmen AWAD(1), Gilbert ACCARY(2), François-Joseph CHATELON(1), Frédéric MORANDINI(1), Thierry MARCELLI(1), Valérie CANCELLIERI(1), Dominique CANCELLIERI(1), Dominique MORVAN(3), Antoine PIERI(1), Gilles PLANELLES(5,6), René COSTANTINI(5), Patrice BRIOT(7), Sofiane MERADJI(4), Jean-Louis ROSSI(1)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse - CNRS, 20250 Corte, France
(2) Scientific Research Center in Engineering, Lebanese University, Beirut, Lebanon
(3) Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(4) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University, 83160 Toulon, France
(5) SIS2B, Centre Administratif du Fango, 20200 Bastia, France
(6) Office National des Forêt – Corse - Unité Production Travaux - Responsable UP
(7) Service régional ingénierie DFCI FORSAP de la collectivité de Corse, Hôtel de Région, Ajaccio, France
Des expérimentations à l'échelle du terrain ont été menées sur des terrains en forte pente à Speluncatu et Letia, régions du nord-ouest et du sud de la Corse. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet GOLIAT et ont été assurés par le Service d'Incendie et de Secours de la Haute-Corse et le Groupement Corse DFCI (Défense de la Forêt Contre l'Incendie). Ces travaux ont fait état d'incendies de forte intensité se propageant à travers des zones de végétation arbustive (Genista Salzmannii) comprises entre 60 cm et 85 cm. Ces sites ont été sélectionnés en raison de la densité de la végétation, des fortes valeurs d'angle de pente avec une direction du vent alignée avec la pente principale, ce qui peut générer un feu proche du comportement d'un feu de forêt. Un protocole expérimental détaillé est utilisé afin de déterminer les conditions de propagation et le comportement du feu à l'aide de caméras sur drones et de capteurs de flux thermique. Afin d'étudier les différents phénomènes rencontrés dans ces types d'incendies, des simulations numériques ont été réalisées à l'aide d'un modèle physique complet d'incendie, basé sur une formulation multiphasique, à savoir FireStar2D. Des prédictions numériques ont été utilisées pour examiner la dynamique du front de feu liée au taux de propagation du feu et à l'intensité de la ligne de feu. Malgré les conditions de vent et d'humidité défavorables, l'analyse des résultats expérimentaux a montré que l'intensité de la ligne de feu était supérieure à 7 MW/m, ce qui signifie que ces incendies entrent dans la catégorie des incendies à très forte intensité. Les résultats numériques prédisant la vitesse de propagation du feu, l'intensité de la ligne de feu et l'impact du feu étaient en bon accord avec les données expérimentales.
Fuelbreaks design: from CFD modelling to operational tools
Nicolas Frangieh(1) , Gilbert Accary(2) , Jean-Louis Rossi(1), Dominique Morvan(3) , François-Joseph Chatelon(1), Thierry Marcelli(1), Sofiane Meradji(4), Lucile Rossi(1), Carmen Awad(1), Jacky Fayad(1), Patrice Briot(5)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse - CNRS, 20250 Corte, France
(2) Scientific Research Center in engineering Lebanese University, Beirut, Lebanon
(3) Aix-Marseille Univ., CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(4) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University, 83160 Toulon, France
(5) Service régional ingénierie DFCI FORSAP de la collectivité de Corse, Hôtel de Région, Ajaccio, France
Le dimensionnement d'un coupe-feu reste toujours un problème difficile. Pendant longtemps, ce problème a été abordé selon une approche empirique à partir de l'expérience d'utilisateurs opérationnels tels que les pompiers et les forestiers. Au cours des dernières décennies, de nouvelles approches issues de l'ingénierie de la sécurité incendie ont complété l'ensemble des outils adaptés pour étudier ce problème. Ces outils sont tous basés sur des considérations physiques, plus ou moins sophistiquées. Les plus simples, consistent à assimiler la flamme à un panneau rayonnant, à calculer la répartition du flux de chaleur rayonnante en fonction de la distance séparant la flamme d'une cible potentielle et à définir à quelle distance ce flux de chaleur atteint un seuil critique susceptible de produire dommages sur cette cible (douleur pour les personnes ou inflammation pour les matériaux). Les plus complexes, consistent à résoudre les équations de conservation (masse, quantité de mouvement, énergie...) régissant le comportement d'un problème couplé complexe formé par la végétation, le front de flamme et l'atmosphère environnante. Cette nouvelle génération d'outil d'ingénierie, basée sur l'approche CFD, permet de prédire directement le comportement d'un front de feu se propageant vers une coupure de combustible, afin d'évaluer son efficacité en fonction de la quantité de combustible de surface (herbe, arbustes) enlevée pour réduire localement la charge de combustible et donc l'intensité d'un incendie entrant. Ces deux approches sont parfaitement complémentaires, seule la première a la potentialité d'être déployée opérationnellement sur le terrain, alors que la seconde peut contribuer à améliorer la première et à étudier plus en détail certaines situations très sensibles comme celles rencontrées dans les interfaces forêt habitat (WUI). L'essentiel de cette étude concerne des simulations numériques de la propagation d'un front de feu à travers une couche de végétation homogène (une prairie) au voisinage d'une coupure de combustible représentée par une bande plus ou moins large à l'intérieur de laquelle tout le combustible a été évacué. Les simulations ont été réalisées à l'aide d'un modèle de feux de forêt entièrement physique (FIRESTAR3D), trois paramètres variables ont été pris en compte dans cette étude : la vitesse du vent à 1 m (U1 variait entre 3 et 10 m/s), la hauteur de combustible (HFuel variait entre 0,25 et 1 m) et la largeur de coupure de carburant (LFB). Dans ces conditions, les simulations ont couvert une large gamme de valeurs du nombre convectif de Byram NC (0,3 < NC < 60) afin d'explorer les feux pilotés par le vent (NC < 2) et les feux dominés par le panache (NC > 10). Les 72 simulations réalisées dans cette étude ont été classées en trois catégories : 1/ Propagation (si le feu a traversé la coupure de combustible avec une propagation après) ; 2/ Dépassement ou Marginal (si le feu a franchi la coupure de combustible sans se propager ensuite) ; 3/ Non-propagation (si la coupure de combustible a arrêté le feu). L'objectif principal de cette étude était de déterminer la largeur optimale de rupture de combustible LFBx séparant les régimes de propagation et de non-propagation, afin de généraliser la conclusion, les résultats ont été présentés sous forme adimensionnelle (théorie de la similitude) en représentant à titre d'exemple le rapport LFBx/HFuel en fonction du nombre convectif de Byram NC.
GOLIAT, a project to develop tools for firefighting and land use planning
Thierry Marcelli(1), Lucile Rossi(1), Gilbert Accary(2), Carmen Awad(1), Antoine Burglin(1), Dominique Cancellieri(1), Valérie Cancellieri(1), François-Joseph Chatelon(1), Jacky Fayad(1), Lila Ferrat(1), Nicolas Frangieh(1), Hugo Grossi(1), Sofiane Méradji(3), Frédéric Morandini(1), Dominique Morvan(4), Antoine Pieri(1), Clément Wandon(1), Agence Arobase.fr(5), Jean-Louis Rossi(1)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse - CNRS, 20250 Corte, France
(2) Scientific Research Center in Engineering, Lebanese University, Museum Square, 1106 Beirut, Lebanon
(3) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University, 83160 Toulon, France,
(4) Aix-Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(5) Agence Arobase.fr, 1 Avenue de la République, 20250 Corte, France
Le projet GOLIAT est un consortium d'universitaires et d'opérateurs de lutte contre l'incendie et de professionnels de l'aménagement du territoire de Corse. L'un des objectifs du projet GOLIAT est de fournir quatre outils opérationnels d'aide à la décision. Pour atteindre cet objectif, une étude des incendies passés survenus en Corse depuis le début du XXème siècle est réalisée. Cet inventaire contribue à constituer une base de données avec une interface web de visualisation simple d'utilisation comme l'historique des schémas de feux. Un prototype de simulateur de comportement et d'impact du feu pour les feux de végétation, un outil de géolocalisation des points chauds à partir d'images prises par done et un guide de bonnes pratiques de feux dirigés en sous-bois sont en construction. Parallèlement, des feux expérimentaux sont réalisés pour améliorer les connaissances sur les feux de haute intensité et les résultats expérimentaux ont été comparés aux prédictions fournies par un modèle physique 3D complet, à savoir FireStar3D.
Impact of the bulk density on fire spread through a homogenous vegetation layer
Carmen Awad(1), Jacky Fayad (1), Nicolas Frangieh (1), Frédéric Morandini (1), Jean Louis Rossi (1), François Joseph Chatelon (1), Thierry Marcelli (1), Dominique Morvan (2), Gilbert Accary (3)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse, 20250 Corte, France
(2) Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(3) Scientific Research Center in Engineering, Lebanese University, Lebanon
La masse volumique apparente par définition représente le rapport entre la fraction volumique et la masse volumique de la végétation. Elle est donc directement liée à la charge en combustible, à la hauteur et à la porosité de la végétation. En fait, la masse volumique apparente joue un rôle important dans la propagation et le comportement du feu. En raison de sa dépendance à la porosité du combustible, la masse volumique apparente influence les transferts de chaleur à l'intérieur du lit de combustible, elle peut donc affecter directement la vitesse de propagation. Ou bien, elle influence également l'intensité du feu et les caractéristiques de la flamme (temps de résidence, hauteur et profondeur) en raison de sa dépendance à la charge de combustible et à la hauteur du lit de combustible. Cependant, malgré l'influence importante de la masse volumique apparente sur la propagation du feu, la littérature ne précise pas son impact sur le comportement du feu, différents points de vue peuvent être examinés.
Ainsi, le but de cette étude est d'étudier le rôle joué par la masse volumique apparente sur les paramètres de propagation et le transfert de chaleur d'un feu de surface à travers une couche de végétation homogène. Les investigations ont été menées numériquement à l'aide de « FireStar2D », un modèle physique complet basé sur une formulation multiphasique. Aussi, expérimentalement, des essais ont été construits à l'Université de Corse à l'échelle du laboratoire en condition de vent nul et de pente nulle. Afin d'étudier l'effet élémentaire de la masse volumique apparente sur le comportement du feu, trois cas différents ont été évalués : (a) charge de combustible variable avec une densité apparente constante, (b) charge de combustible variable et masse volumique apparente variable, (c) masse volumique apparente variable avec une charge de combustible constante.
Le cas (a) n'a été étudié que numériquement, les résultats obtenus sont en accord avec la littérature : la vitesse de propagation (ROS) augmente avec la charge de combustible jusqu'à une certaine valeur où le ROS en devient indépendant. Le cas (b) a été évalué numériquement et expérimentalement en utilisant une hauteur de lit de combustible fixe. Les résultats numériques et expérimentaux ont montré que le ROS est à peine affecté à la fois par la charge de carburant et la masse volumique apparente. Enfin, les résultats du dernier cas, avec une charge de combustible constante, ont montré numériquement la même tendance proposée par Rothermel : la vitesse de propagation atteint une valeur maximale à une fraction volumique optimale qui dépend du rapport surface-volume de la végétation. Ou, expérimentalement, le ROS diminue avec l'augmentation de la masse volumique apparente. Différentes variables telles que l'épaisseur optique, l'intensité du feu, le temps de résidence, les flux de chaleur par rayonnement et convection ont été analysés. .
Physical modelling of fires spreading upslope, involved in fire eruption triggering
François Joseph CHATELON(1), Jacques-Henri BALBI(1), Jacky FAYAD(1), Jean-Louis ROSSI(1), Dominique MORVAN(2), Thierry MARCELLI(1), Nicolas FRANGIEH(1), Carmen AWAD(1), Gilbert ACCARY(3), Sofiane MERADJI(4)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse, 20250 Corte, France
(2) Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(3) Scientific Research Center in Engineering, Lebanese University, Lebanon
(4) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University. 83160 Toulon, France
Les incendies éruptifs sont une catégorie de comportement de feu extrême. Ils se caractérisent par un changement soudain et imprévisible du comportement du feu qui représente un danger extrême pour les personnes impliquées dans la lutte contre l'incendie. Le point majeur concerne le mécanisme qui transforme un comportement de feu habituel en un comportement de feu éruptif. Parmi les différentes explications trouvées dans la littérature, l'interprétation pionnière consistant en un effet de rétroaction causé par le flux convectif induit par le feu dans des conditions de vent et/ou de pente, n'a jamais été démentie avec un exemple d'incendie accidentel. L'objectif principal de ce travail est de proposer une modélisation physique de ce vent induit par le feu. Cette tentative de modélisation est dérivée de la toute nouvelle version du modèle de Balbi, qui est un modèle physique simplifié des feux de surface à l'échelle du terrain qui dépend explicitement du triangle du feu (lit de combustible, vent et pente). Ce travail est une première étape vers la modélisation de l'éruption du feu. Le modèle tente de représenter avec précision l'accélération de la vitesse de propagation du feu se propageant sur différents terrains inclinés dans des conditions de vent nul ou faible. Il est testé contre trois séries d'expériences réalisées à l'échelle du laboratoire sans vent extérieur et contre un feu expérimental de forte intensité se propageant sur un terrain en forte pente et conduit dans des conditions de vent faible dans le nord-ouest de la Corse. Certains outils statistiques sont utilisés pour comparer les taux de propagation prédits et observés (NMSE, Normalized Mean Square Error et MAPE, Mean Absolute Percentage Error) et pour comprendre les tendances de sous-prédictions ou de sur-prédictions du modèle (FB, Fractional Bias).
A simplified physical propagation model for surface fires designed for an implementation into fire decision making tools
François Joseph CHATELON(1), Miguel G. Cruz(2), Jacques-Henri BALBI(1), Jean-Louis ROSSI(1), Jacky FAYAD(1), Dominique MORVAN(3), Thierry MARCELLI(1), Nicolas FRANGIEH(1), Carmen AWAD(1)
(1) UMR SPE 6134. University of Corsica, 20250 Corte, France,
(2) CSIRO, GPO Box 1700, Canberra, ACT 2601, Australia
(3) Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
De nos jours, les besoins en outils d'aide à la décision utiles aux personnes impliquées dans la lutte contre les incendies et/ou dans la gestion du paysage deviennent de plus en plus cruciaux, notamment avec l'augmentation spectaculaire de la dangerosité et de la gravité des incendies. Ces outils doivent être suffisamment précis et plus rapides que le temps réel. Jusqu'à présent, les simulateurs et autres outils sont principalement basés sur des modèles empiriques ou semi-empiriques mais le manque de physique dans leur formulation est un défaut majeur. Le modèle de Balbi est un modèle physique simplifié de propagation des feux de surface qui dépend explicitement de la topographie, de la vitesse du vent et de plusieurs caractéristiques du combustible. Il s'agit d'un ensemble d'équations algébriques construites à partir de lois de conservation physiques usuelles (masse, quantité de mouvement, etc.) avec quelques hypothèses fortes. Ce travail vise à fournir une nouvelle version du modèle de Balbi dans laquelle la résolution de la vitesse de propagation (ROS) n'a plus besoin de méthode itérative. Cette simplification est utile pour mettre en œuvre les équations définies dans un simulateur de propagation d'incendie ou un simulateur couplé feu-atmosphère. Il a besoin d'un changement complet dans la structure du modèle et le ROS prédit a été testé à l'échelle du terrain contre 179 feux de maquis (brûlés en Australie, Afrique du Sud, Turquie, Portugal, Espagne, Nouvelle-Zélande) et 178 feux de prairie australiens avec un très bon accord avec le ROS observé. Deux outils statistiques sont utilisés pour vérifier cet accord (Normalized Mean Square Error, NMSE et Mean Absolute Percentage Error, MAPE) et le Fractional Bias (FB) vise à comprendre quand le modèle sur-prédit ou sous-prédit le ROS. Le modèle proposé est précis et ses paramètres de modèle sont calibrés par rapport à un petit ensemble de données d'entraînement qui le rend entièrement prédictif quelles que soient les conditions environnementales et topographiques et les caractéristiques du lit de combustible. Sa structure plus simple lui permet d'être un bon candidat pour le cœur d'un outil d'aide à la décision de simulation ou d'aménagement du territoire.
Comprehensive Characterization of Pyrolysis and Combustion of Genista Salzmannii Needles (GSN) for Fire Hazard Analysis
Yassine Rahib, Valérie Leroy-Cancellieri, Dominique Cancellieri, Carmen Awad, Jean-Louis Rossi
SPE Laboratory, UMR-CNRS 6134, Campus Grimaldi, University of Corsica, BP 52, 20250 Corte, France
Cet article présente une méthodologie, à l'échelle du laboratoire, visant à décrire le comportement de la dégradation thermique et l'analyse de composés volatils de combustibles végétaux. Pour sa mise en œuvre, cette méthodologie a été appliquée sur des aiguilles de Genêt de Salzmann, espèce impliquée dans des feux de haute intensité des forêts méditerranéennes. Les expériences ont été réalisées en TG-IRTF sous atmosphère inerte (N2) et oxydante (air). L’étude s’intéresse également à l’influence du conditionnement du combustible (broyé vs. intact) et de la vitesse de chauffe (lentes : 20 et 40 °C/min et quasi rapides : 60, 80 et 100 °C/min). L’objectif étant de fournir des informations fiables et utiles pour améliorer la compréhension d’allumage et de la combustibilité des végétaux. Les résultats montrent que les échantillons intacts sont caractérisés par un taux de perte de masse plus élevé. En outre, les analyses TG sont aussi effectuées pour évaluer la réactivité thermique et les indices de combustion (indices d'allumage, de volatilisation, de combustion et d’épuisement) des échantillons broyés et coupés au cinq taux de chauffage. L'ensemble des indices thermiques utilisés sont considérés comme des propriétés importantes à déterminer pour une gestion efficace des feux de forêt. Lorsque le taux de chauffage augmente, la réactivité et l’indice de combustion augmentent linéairement. À faibles taux de chauffage (20 et 40 °C/min), ces paramètres sont quasi similaires pour les deux échantillons, tandis que l'écart devient de plus en plus significatif à des taux de chauffage élevés (60, 80 et 100 °C/min). Des coefficients de corrélation élevés (R2 > 0,96) sont obtenus, indiquant un degré de fiabilité satisfaisant entre les caractéristiques de combustion et les taux de chauffage testés. Il est à noter que le coefficient directeur de chaque courbe de linéarisation peut être utilisé pour comparer et classer l'allumage et la combustibilité des végétaux en fonction du risque d'incendie. Concernant l’analyse de gaz, les spectres 3D issus de l’IRTF révèlent que les principaux gaz libérés pendant la pyrolyse sont : CO2, composé carbonylé C=O, liaison C-H et C-O, CH4 et H2O. Durant la combustion, CO2 et H2O sont les principaux produits. Pour les études cinétiques, l'énergie d'activation (Ea) est calculée au moyen de deux méthodes d'iso-conversion. La variation de Ea avec le taux de conversion pour les échantillons broyés et intacts a montré un comportement assez similaire pendant les processus de la pyrolyse/pyrolyse oxydative et de la combustion. Il apparaît également que la formation de char (carbone fixe + cendres) est le processus le plus complexe. L'oxydation du char restant est caractérisée par une diminution significative de (Ea), ce qui signifie que cette étape n'est donc pas considérée comme un événement majeur dans le processus de la combustion. Ce résultat pourrait être une bonne indication d’un faible risque de feu couvant après le passage du front de flammes.
Simulation of induced-wind-dominated fire on sloping terrain
Gilbert Accary(1), Jacky Fayad(2), Franc?ois-Joseph Chatelon(2), Nicolas Frangieh(2), Carmen Awad(2), Sofiane Meradji(3), Thierry Marcelli(2), Jean-Louis Rossi(2), Dominique Morvan(4), Lucile Rossi(2)
(1) Scientific Research Centre in Engineering, Lebanese University. Museum Square, 1106 Beirut, Lebanon
(2) UMR CNRS SPE 6134, Universite? de Corse – CNRS. 20250 Corte, France
(3) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University. 83160 Toulon, France
(4) Aix-Marseille University, CNRS, Centrale Marseille, M2P2. Marseille, France
À l'aide du modèle entièrement physique FireStar3D, des simulations numériques de feux de prairie ont été réalisées sur un terrain en pente (inclinaisons de 10°, 25° et 40°) pour une vitesse de vent de 1, 2 et 3 m/s à 10 m. Pour reproduire le comportement d'un front de feu quasi infini, des conditions périodiques ont été considérées dans la direction de la ligne de feu. Les simulations mettent en évidence le rôle joué par le vent additionnel induit par le feu (qui atteint environ 10 m/s à 10 m au-dessus du sol) et son action de rétroaction sur le comportement du feu. Cette interaction entraîne la transition du comportement du feu vers un feu dominé par le vent induit, et cela s'accompagne d'une augmentation substantielle du taux de dégagement de chaleur de la ligne de feu qui atteint 20 MW/m. De plus, les simulations mettent en évidence l'accélération de la propagation du feu résultant de l’attachement des flammes observée pour les inclinaisons de 25° et 40°. Le régime du feu était caractérisé par le nombre de convection de Byram, basé sur la vitesse effective du vent, qui chute de deux ordres de grandeur une fois que le vent induit par le feu agit sur le comportement du feu.
Mai 2022 - Le projet GOLIAT présent à la conférence FireClimate
François-Joseph Chatelon, Maître de conférences en Mathématiques, et Thierry Marcelli, Maître de conférences en Physique, membre de l’équipe-projet « Feux » du laboratoire de recherche UMR CNRS SPE 6134 ont présenté les travaux qu’ils ont développés dans le cadre du projet GOLIAT lors de la conférence « Fire & Climate : Impacts, Issues & Futures » qui s'est tenu du 23 au 27 mai 2022 à Pasadena, Californie.
Leurs présentations ont porté sur l’amélioration du modèle de comportement de feu qu’ils développent depuis plus de 15 ans et le travail sur l’étude de feux de forte intensité associée à une expérience de terrain réalisée dans le cadre du projet GOLIAT. Elles ont eu pour titre « The brand-new Balbi Model, a simplified physical propagation model, applied to different fuel types at field scale and laboratory scale » et « Numerical study of a high intensity winter prescribed fire across Corsican Genista salzmannii vegetation ».
Experimental and numerical study of a high intensity prescribed winter fire across Corsican Genista salzmannii vegetation
Thierry MARCELLI(1), Nicolas FRANGIEH(1), Jacky FAYAD(1), Carmen AWAD(1), Gilbert ACCARY(2), François-Joseph CHATELON(1), Frédéric MORANDINI(1), Valérie CANCELLIERI(1), Dominique CANCELLIERI(1), Dominique MORVAN(3), Antoine PIERI(1), Sofiane MERADJI(4), Lucile ROSSI(1), Jean-Louis ROSSI(1)
(1) UMR CNRS SPE 6134, Université de Corse - CNRS, 20250 Corte, France
(2) Scientific Research Center in Engineering, Lebanese University, Beirut, Lebanon
(3) Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
(4) IMATH laboratory, EA 2134, Toulon University, 83160 Toulon, France
Le brûlage dirigé est couramment utilisé en Corse, et dans ce contexte, une expérimentation à l'échelle du terrain a été menée dans la région nord-ouest de la Corse lors d'une campagne de brûlage dirigé en mars 2021. Le Service d'incendie et de secours de la Corse du Nord a fourni l'opportunité et les moyens de mener cette expérimentation avec la collaboration du groupement corse DFCI (Défense de la Forêt Contre l'Incendie). Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet GOLIAT dont les objectifs sont de développer des outils de lutte contre l'incendie et l’aménagement du territoire. La parcelle de végétation consistait en une zone de 130 m de long et 30 m de large, avec le côté long aligné dans la direction de la pente principale (28°) et couverte de genêt de montagne de 0,6 m de haut. La méthodologie et le protocole présentés ont montré qu'ils caractérisaient avec succès le comportement du feu à l'aide de caméras UAV (thermiques et visibles) et de capteurs de flux thermique. Afin de comprendre et d'étudier les différents phénomènes rencontrés dans ce type d'incendies, les résultats expérimentaux sont comparés à la prédiction fournie par un modèle physique complet, à savoir FireStar2D. Le modèle mathématique utilisé dans FireStar2D est basé sur une formulation multiphasique, il consiste dans une première étape à moyenner dans l'espace les équations de conservation (énergie, masse, quantité de mouvement…) régissant le comportement du système couplé formé par la végétation et l’atmosphère environnante. Ces prédictions ont été utilisées pour examiner la dynamique du front de feu, en particulier pour évaluer l'intensité du feu qui était difficile à évaluer avec précision au cours de l'expérience. Une vitesse de propagation d'environ 0,45 m/s a été enregistrée et l'analyse des résultats a montré que l'intensité du feu était supérieure à 7 MW/m plaçant ce feu dans la catégorie « très élevée » en sévérité de feu malgré les conditions de vent et d'humidité défavorables. De plus, la vitesse de propagation et les flux de chaleur radiatifs et totaux ont été prédits numériquement et étaient en accord total avec les données expérimentales.
Références :
[1] N. Frangieh, G. Accary, J.L. Rossi, D. Morvan, S. Meradji, Th. Marcelli, F.J. Chatelon, “Fuelbreak effectiveness against wind-driven and plume dominated fires: a 3D numerical study”, Fire Safety Journal, 124 (2021) 103383.
[2] J.L. Rossi, A. Simeoni, B. Moretti, V. Leroy-Cancellieri, “An analytical model based on radiative heating for the determination of safety distances for wildland fires”, Fire Safety Journal, 46(8) (2011) 520-527.
The brand-new Balbi Model, a simplified physical propagation model, applied to different fuel types at field scale and laboratory scale
F.J. Chatelon, J.H. Balbi, M.G. Cruz, J.L. Rossi, D. Morvan, N. Frangieh, T. Marcelli, J. Fayad, C. Awad.
En raison du changement climatique qui implique des températures ambiantes plus élevées et des végétaux plus secs, et du fait du développement de la WUI, les incendies, partout dans le monde, deviennent de plus en plus dangereux pour les personnes et leurs biens. Pour les gestionnaires d'incendie ou/et les pompiers, le besoin d'outils d'aide à la décision rapides et précis (pour prévoir la propagation du feu ou pour mettre en place des zones de sécurité par exemple) est crucial. Jusqu'à présent, des modèles empiriques construits sur de grandes campagnes de feux expérimentaux ou des modèles semi-empiriques (comme le fameux modèle de Rothermel) sont utilisés dans des simulateurs d'incendie ou dans des simulateurs couplés feu-atmosphère car ils sont beaucoup plus rapides que le temps réel, ce que les modèles physiques complets ne peuvent réaliser. Le modèle de Balbi est un modèle physique simplifié pour les feux de surface qui combine les avantages des modèles empiriques (rapides et simples) et des modèles physiques complets (basés sur la physique) mais sans leurs défauts (coûteux à construire pour les modèles empiriques et trop lent pour les modèles physiques) . Ce travail présente une toute nouvelle version du modèle de Balbi dans laquelle la structure du modèle est modifiée afin d'éviter une résolution par une méthode itérative. Le modèle prend explicitement en compte les conditions météorologiques (température de l'air ambiant, vitesse du vent), la topographie (angle de pente du terrain), plusieurs propriétés du carburant (teneur en humidité du carburant, rapport surface/volume, charge de carburant, hauteur de carburant, densité de carburant, etc.) et fournit les principales caractéristiques physiques du front de feu (vitesse de propagation, angle d'inclinaison de la flamme, hauteur et longueur de la flamme, profondeur de la flamme, etc.). La modélisation du rayonnement provenant de la zone des particules en combustion, de la flamme libre et de la convection, qui sont les trois principaux mécanismes de transfert de chaleur, implique le calcul de la vitesse de propagation. Ce nouveau modèle est testé contre un large ensemble de feux expérimentaux à l'échelle du laboratoire (plus de 400 feux avec des lits de combustibles horizontaux ou verticaux) et à l'échelle du terrain (plus de 300 feux d'arbustes et de prairies). Certains outils statistiques usuels (Normalized Mean Square Error, Mean Absolute Percentage Error, Fractional Bias) sont utilisés pour évaluer la précision du modèle. De plus, le modèle proposé n'a pas de paramètres de modèle, ce qui le rend entièrement prédictif et un bon candidat pour une intégration dans des simulateurs couplés feu-atmosphère.
Use of fire safety engineering tools for fuel break design
N. Frangieh(1), G. Accary(2), F.J. Chatelon(1), Th. Marcelli(1), S. Meradji(3), L. Rossi(1), C. Awad(1), J. Fayad(1), J.L. Rossi(1), D. Morvan(4)
(1) UMR CNRS SPE 6134 Université de Corse, Corte, France
(2) Scientific Research Center in Engineering Lebanese University, Beirut, Lebanon
(3) IMATH Laboratory, EA 2134, Toulon University, Toulon, France
(4) Aix-Marseille Univ., CNRS, Centrale Marseille, M2P2, Marseille, France
Deux outils d'ingénierie de la sécurité incendie (à savoir FIRESTAR3D et DIMZAL) basés sur deux approches différentes sont présentés, testés et comparés afin de concevoir des coupures de combustible sur des bases physiques. Le premier outil (FIRESTAR3D) est basé sur une approche de type CFD qui consiste à résoudre l'ensemble des équations de conservation (masse, quantité de mouvement, énergie…) régissant l'évolution temporelle du système couplé formé par un couvert végétal et l'atmosphère environnante [1]. Le deuxième outil (DIMZAL) est également basé sur une approche physique avec quelques hypothèses supplémentaires faites afin d'obtenir une formulation plus simple à implémenter dans un outil opérationnel [2]. En raison des nombreuses données expérimentales et numériques disponibles dans la littérature pour cet écosystème particulier, les simulations ont été réalisées sur un terrain plat recouvert d'une prairie homogène. Un large ensemble de vitesses de vent (U1 variait de 3 à 10 m/s) et de hauteur de carburant (HFuel variait de 0,25 à 1 m) a été considéré, afin de couvrir une large gamme de nombre convectif de Byram NC (de 1,3 à 50,5). Ces conditions ont permis de couvrir à la fois les feux poussés par le vent et les feux dominés par le panache, c'est-à-dire les deux régimes de propagation des feux de surface identifiés dans la littérature. Selon la capacité de l'incendie incident à franchir ou non la rupture de combustible, les résultats numériques ont été classés en quatre catégories : Propagation, Marginal, Overshooting et Non Propagation. La séparation entre Propagation et Non-Propagation a permis d'évaluer une largeur critique de rupture de combustible LFBx qui peut être exprimée en fonction de l'intensité initiale de la ligne de feu. Afin d'étendre les résultats obtenus à d'autres configurations, une analyse non dimensionnelle a également été réalisée en traçant par exemple le rapport LFBx / HFuel en fonction du nombre convectif de Byram NC [1]. Les résultats numériques obtenus à l'aide de FIRESTAR3D ont été comparés à la prédiction de l'outil opérationnel DIMZAL pour différents flux de chaleur radiatifs critiques [2].
References:
[1] N. Frangieh, G. Accary, J.L. Rossi, D. Morvan, S. Meradji, Th. Marcelli, F.J. Chatelon, “Fuelbreak effectiveness against wind-driven and plume dominated fires: a 3D numerical study”, Fire Safety Journal, 124 (2021) 103383.
[2] J.L. Rossi, A. Simeoni, B. Moretti, V. Leroy-Cancellieri, “An analytical model based on radiative heating for the determination of safety distances for wildland fires”, Fire Safety Journal, 46(8) (2011) 520-527.
Mai 2022 - Le projet GOLIAT présent à la conférence Fire Behavior and Risk
Carmen Awad, attachée temporaire d'enseignement et de Recherche, et Jacky Fayad, doctorante, toutes deux membres de l'équipe-projet "Feux" de l'Unité Mixte de recherche SPE Université de Corse - CNRS et développant des recherches dans le cadre du projet GOLIAT, ont présenté leurs travaux au "Third International Conference on Fire Behavior and Risk" qui s'est tenu à Aghero en Italie du 3 au 6 Mai 2022.
Les exposés portaient sur une étude numérique des feux de jonction qui se propagent sur un terrain en pente sans vent, sur le code physique complet FireStar3D et sur l'impact de la densité apparente sur la propagation du feu à travers d’une couche de végétation homogène.
Décembre 2021 - Le projet GOLIAT présent à la conférence American Geophysical Union Fall Meeting
J. Fayad, L. Rossi, N. Frangieh, C. Awad, G. Accary, F.J. Chatelon, F. Morandini, T. Marcelli, V. Cancellieri, D. Cancellieri, D. Morvan, A. Pieri, G. Planelles, R. Costantini, S. Meradji, J.L. Rossi, Experimental and numerical study of high intensity prescribed fire across Corsican Genista salzmannii vegetation. American Geophysical Union Fall Meeting, New Orleans LA, 2021
Wildfires represent the main cause of natural capital damage in Mediterranean countries and one of the main drivers of landscape. In the French Mediterranean area, prescribed fires are not only used to reduce fuels and to provide training opportunities for firefighters, but are also a way of managing forests and pasture. As the need for accurate and r