Les incendies de forêts et de végétation ont démontré au cours de la dernière décennie, leur pouvoir destructeur, le changement climatique exacerbant l'inflammabilité des combustibles et l'intensité des incendies qui les consument. Ils résultent de processus multi-physique multi-échelle, allant des effets locaux sur les écosystèmes et les populations à des effets globaux sur la dynamique atmosphérique et le climat. Pour mieux comprendre leur propagation et évaluer les risques associés, des simulations couplées feu-atmosphère peuvent être réalisées aux échelles géographiques. Ces simulations numériques simplifient l'incendie en le représentant comme un front de feu se déplaçant à travers un combustible hétérogène. Couplées à un modèle atmosphérique à micro-échelle, elles représentent des phénomènes physiques tels que les flux de chaleur de surface induits par le feu, le développement du panache de fumées et l'entraînement d'air en surface vers le front de feu. Bien qu’essentielles pour explorer ces phénomènes et répondre à des objectifs aussi bien scientifiques qu'opérationnels, ces simulations numériques nécessitent un étalonnage précis, notamment à l’aide de données issues de brûlages dirigés instrumentés.
Dans cette thèse, le modèle couplé feu-atmosphère Meso-NH/BLAZE a été mis en oe{}uvre à une résolution décamétrique, en conditions atmosphériques idéalisées, pour rejouer le feu de prairie expérimental FireFlux~I, dans le but d’évaluer l’impact des couverts forestiers environnants sur les mesures expérimentales acquises en deux tours instrumentées localisées dans la parcelle à brûler et sur le passage du front de feu.
Pour caractériser l’interaction entre le sillage turbulent des canopées forestières et la propagation du feu, une analyse en quadrants a été réalisée pour détecter les structures cohérentes générées par les instabilités. Habituellement, les fluctuations turbulentes sont décomposées par moyennage temporel, mais cette approche était inapplicable ici en raison du caractère transitoire des incendies. Une méthode basée sur les transformées en ondelettes a donc été proposée pour analyser les variables atmosphériques au passage du front de feu.
Les résultats montrent qu’une résolution atmosphérique horizontale de 10~m dans Meso-NH est suffisante pour représenter les tourbillons générés par la canopée forestière, et que ce sillage forestier modifie les mesures atmosphériques au niveau de la parcelle de prairie à brûler, qu’il s’agisse de conditions atmosphériques sans feu ou lors de la propagation du feu. De plus, la variabilité atmosphérique, source de variabilité intrinsèque sur la propagation du feu, est réduite sous l’influence de la canopée, alors que l’importance et l’étendue spatiale de cet effet sont souvent sous-estimées dans la littérature. |
Forest and vegetation fires have demonstrated their destructive power over the past decade, with climate change exacerbating the flammability of fuels and the intensity of the fires that consume them. These fires result from multi-physical, multi-scale processes, ranging from local effects on ecosystems and populations to global effects on atmospheric dynamics and climate. To better understand their spread and assess the associated risks, coupled fire-atmosphere simulations can be performed at geographical scales. These numerical simulations simplify the fire by representing it as a fire front moving through heterogeneous fuel. When coupled with a micro-scale atmospheric model, they represent physical phenomena such as surface heat fluxes induced by the fire, the development of the smoke plume, and the entrainment of air toward the fire front. Although essential for exploring these phenomena and addressing both scientific and operational objectives, these numerical simulations require precise calibration, notably using data from instrumented controlled burns.
In this thesis, the coupled Meso-NH/BLAZE fire-atmosphere model was implemented at a decametric resolution, under idealized atmospheric conditions, to simulate the experimental prairie fire FireFlux I, with the goal of evaluating the impact of surrounding forest cover on experimental measurements acquired in two instrumented towers located within the burn area and on the passage of the fire front.
To characterize the interaction between the turbulent wake of forest canopies and fire propagation, a quadrant analysis was performed to detect the coherent structures generated by instabilities. Typically, turbulent fluctuations are decomposed by temporal averaging, but this approach was not applicable here due to the transient nature of fires. Therefore, a method based on wavelet transforms was proposed to analyze the atmospheric variables during the passage of the fire front.
The results show that a horizontal atmospheric resolution of 10 meters in Meso-NH is sufficient to represent the vortices generated by the forest canopy, and that this forest wake modifies atmospheric measurements at the level of the prairie area to be burned, whether under fire-free conditions or during fire propagation. Furthermore, the atmospheric variability, which is a source of intrinsic variability in fire propagation, is reduced under the influence of the canopy, while the significance and spatial extent of this effect are often underestimated in the literature. |