Contribution expérimentale et théorique pour la modélisation de la combustion dans les feux de forêt PDF Download
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Author: Virginie Tihay
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Book Description
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.
Author: Virginie Tihay
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Book Description
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.
Author: Nabil Laachfoubi
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Languages : fr
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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.
Author: Thierry Marcelli
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Languages : fr
Pages : 171
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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.
Author: Jean-Jacques Amigo
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Author: FREDERIC.. MORANDINI
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Languages : fr
Pages : 237
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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.
Author: Christine Dufour
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Languages : fr
Pages : 102
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Author: François Pimont
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Languages : en
Pages : 325
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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).
Author: HERVE-CLAUDE.. BIOLLAY
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Languages : fr
Pages : 273
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DANS LE DOMAINE DES INCENDIES EN TUNNEL, LA SIMULATION NUMERIQUE DEVIENT PREPONDERANTE COMPTE TENU DES PHENOMENES MULTIPLES ET COMPLEXES MIS EN JEU. A CAUSE DE CETTE COMPLEXITE SE REPERCUTANT AU NIVEAU DU CODE DE CALCUL, UNE PHASE DE VALIDATION ENTRE SIMULATION ET EXPERIENCE A ETE ENTREPRISE ET A FOURNI DES RESULTATS TRES ACCEPTABLES. CEPENDANT, AVANT D'EFFECTUER CETTE COMPARAISON, NOUS AVONS PROCEDE A UN CERTAIN NOMBRE DE TESTS NUMERIQUES POUR DEFINIR LA FACON LA PLUS ADEQUATE DE MODELISER UN INCENDIE EN TUNNEL. CETTE ETUDE DE SENSIBILITE NOUS A NOTAMMENT PERMIS DE MONTRER QUE DANS CERTAINE CONDITION DE MODELISATION, UN DOMAINE DE CALCUL A L'EXTERIEUR DU TUNNEL DEVAIT ETRE REPRESENTE. EN FONCTION DE LA COMPLEXITE DU PROBLEME MODELISE, LA DIMINUTION DES TEMPS DE CALCUL DEVIENT UN PROBLEME MAJEUR. POUR LIMITER LA DUREE D'UNE SIMULATION NUMERIQUE, LA PREMIERE METHODE ENVISAGEE CONSISTAIT A TRANSFORMER LE PROBLEME TRIDIMENSIONNEL EN UN PROBLEME BIDIMENSIONNEL EN CONSERVANT CERTAINES QUANTITES PHYSIQUES (FROUDE, REYNOLDS). CEPENDANT, ON A MONTRE QUE CETTE METHODE N'ETAIT PAS APPLICABLE NOTAMMENT EN PRESENCE D'UN RETOUR DE FUMEE A CONTRE COURANT DE LA VENTILATION. POUR CONTOURNER CETTE DIFFICULTE, NOUS AVONS DONC ETE AMENES A DEVELOPPER UNE SECONDE METHODE VALABLE DANS TOUTES LES SITUATIONS, ET BASEE SUR LE COUPLAGE AUTOMATIQUE DE SIMULATIONS NUMERIQUES BIDIMENSIONNELLES ET TRIDIMENSIONNELLES. DANS CETTE PROCEDURE DE COUPLAGE, ON DECOMPOSE LE TUNNEL EN TROIS ZONES DISTINCTES : LA ZONE DU FOYER MODELISEE EN 3D, ET LES ZONES SITUEES DE CHAQUE COTE MODELISEES EN 2D. CES TROIS SIMULATIONS EFFECTUEES SIMULTANEMENT, SONT COUPLEES PAR L'INTERMEDIAIRE DE DEUX ZONES DE RECOUVREMENT PERMETTANT DES ECHANGES PERMANENTS D'INFORMATIONS ENTRE LES DIFFERENTS CALCULS. LES RESULTATS PROVENANT DE CETTE PROCEDURE DE COUPLAGE SONT SIMILAIRES A CEUX OBTENUS EN MODELISANT LA TOTALITE DU TUNNEL EN 3D.
Author: Jean-Luc Dupuy
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Languages : fr
Pages : 311
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TROIS GROUPES D'EXPERIENCES DE PROPAGATION CONDUITES AU LABORATOIRE SUR DES DISPOSITIFS D'ECHELLES DIFFERENTES DANS DES LITIERES D'AIGUILLES DE PIN D'ALEP (PINUS HALEPENSIS) ET DE PIN MARITIME (PINUS PINASTER), DE CHARGES VARIABLES, ONT PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE DEUX SITUATIONS EXPERIMENTALES CONTRASTEES SELON L'INCLINAISON DU SUPPORT DE COMBUSTION. LES FEUX DESCENDANTS OU A PLAT, ISSUS D'UN ALLUMAGE EN LIGNE, PRESENTENT UNE PROPAGATION STATIONNAIRE ET UNIDIMENSIONNELLE ET L'AVANCEMENT DU FRONT DE FEU N'EST PAS INFLUENCE DES LORS QUE LA LONGUEUR INITIALE DU FRONT EXCEDE UNE VALEUR DE L'ORDRE DU METRE. EN REVANCHE, QUELLE QUE SOIT L'ECHELLE DU DISPOSITIF, LES FEUX ASCENDANTS PRESENTENT SYSTEMATIQUEMENT UN FRONT DE FEU QUI, ISSU D'UN ALLUMAGE EN LIGNE, SE DEFORME AU COURS DE LA DUREE D'OBSERVATION POUR CONDUIRE A UN CONTOUR EN FORME DE POINTE. DANS CE CAS, SELON L'ECHELLE DU DISPOSITIF, IL N'EST PAS TOUJOURS POSSIBLE D'ATTEINDRE UN REGIME DE PROPAGATION STATIONNAIRE ET UNIDIMENSIONNEL ET DE TROUVER UNE LIMITE A L'ACCROISSEMENT DE LA VITESSE AVEC LA LONGUEUR INITIALE DU FRONT DE FEU. LE SEUIL SEPARANT CES DEUX TYPES DE SITUATIONS EST PEU DEPENDANT DES AUTRES MODALITES ETUDIEES ET SE SITUE AUTOUR DE +10 DE PENTE. UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE DES MODELES DE PROPAGATION EXISTANTS PERMET D'EN DEGAGER LES HYPOTHESES, EN TERMES DE MECANISMES ET DE DIMENSIONS, ET DE MESURER LES DIFFICULTES ATTENDUES POUR LA REALISATION DE LEUR TEST. CES MODELES SONT TOUS FONDES SUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE CONSERVATION DE L'ENERGIE DU MATERIAU SOLIDE APPLIQUEE AU DOMAINE DE PRECHAUFFAGE, SITUE EN AVANT DU FRONT DE FEU, ET SE DONNENT LES PARAMETRES DECRIVANT LA ZONE DE COMBUSTION ET LA FLAMME, SOURCES DE CHALEUR. LES FAITS EXPERIMENTAUX OBSERVES EN PENTE ASCENDANTE S'OPPOSENT AUX HYPOTHESES DE DIMENSION COMMUNES A TOUS CES MODELES. L'ANALYSE CONDUIT A SELECTIONNER DEUX VERSIONS D'UN MODELE SEMI-EMPIRIQUE DE PROPAGATION (MODELE DE ROTHERMEL, 1972) ET DEUX VERSIONS D'UN MODELE PHYSIQUE R ADIATIF (MODELE D'ALBINI, 1986) DONT LES PREDICTIONS SONT CONFRONTEES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX RECUEILLIS AU LABORATOIRE. DE LEUR ANALYSE A PRIORI ET DE CETTE CONFRONTATION, IL RESSORT D'UNE PART QUE LES MODELES SEMI-EMPIRIQUES POSSEDENT UN CONTENU PHYSIQUE TRES INSUFFISANT POUR QU'ON PUISSE ETENDRE LEURS PREDICTIONS AU-DELA DU STRICT DOMAINE DE VALIDITE DES EXPERIENCES QUI ONT PERMIS LEUR ELABORATION, D'AUTRE PART QUE LE CONTENU PHYSIQUE DES MODELES RADIATIFS NE SUFFIT PAS A RENDRE COMPTE DE CERTAINS EFFETS DES FACTEURS DE PROPAGATION. AFIN DE LES AMELIORER, IL EST PROPOSE D'INTRODUIRE DANS LES MODELES PHYSIQUES RADIATIFS CERTAINS PROCESSUS SE DEROULANT DANS LA PHASE GAZEUSE. IL S'AGIT DE PRENDRE EN COMPTE DES ASPECTS JUGES ESSENTIELS POUR MIEUX COMPRENDRE LES EFFETS DES FACTEURS DE PROPAGATION, ASPECTS QUI SE MANIFESTENT NOTAMMENT PAR L'OBSERVATION DES VENTS INDUITS PAR LE FEU. LES DIFFICULTES DE L'INTEGRATION DE CES PROCESSUS SONT ILLUSTREES A TRAVERS LA PRESENTATION D'UNE DEMARCHE MECANISTE DONT LES POSSIBILITES, MAIS AUSSI LES LIMITES ACTUELLES, SONT MISES EN EVIDENCE. UN MODELE PHYSIQUE ET CINETIQUE, RADIATIF ET CONVECTIF, EST ALORS ELABORE. SA FORMULATION S'APPUIE SUR LA DEMARCHE MECANISTE. CE MODELE RESULTE DU COUPLAGE D'UN MODELE RADIATIF ET CONVECTIF QUI DECRIT LES PROCESSUS SE DEROULANT DANS LE DOMAINE DE PRECHAUFFAGE A L'AIDE DES EQUATIONS DE CONSERVATION DE L'ENERGIE DE LA PHASE SOLIDE ET DE LA PHASE GAZEUSE, ET D'UN MODELE D'ECOULEMENT INDUIT QUI DECRIT LES PROCESSUS SE DEROULANT DANS LA ZONE DE COMBUSTION A L'AIDE DES EQUATIONS DE CONSERVATION DE LA MASSE ET DE LA QUANTITE DE MOUVEMENT DE LA PHASE GAZEUSE. LES POSSIBILITES DE PREDICTIONS OFFERTES PAR LE MODELE SONT EXAMINEES AU REGARD DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. CECI MONTRE A LA FOIS LES AMELIORATIONS PORTEES NOTAMMENT PAR COMPARAISON AUX PREDICTIONS DES MODELES RADIATIFS ET SOULEVE LE PROBLEME DU FRONT DE FEU, CONSIDERE COMME UNE BARRIERE AUX ECOULEMENTS. LA NECESSITE DE CONFERER, DANS UNE ETAPE ULTERIEURE, UNE PART EMPIRIQUE AU MODELE OBTENU CONDUIT A ENVISAGER LA REALISATION DE NOUVELLES EXPERIENCES MIEUX INSTRUMENTEES ET MET EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DE LA DEMARCHE MECANISTE QU'ON PEUT ATTENDRE A CET EGARD.
Author: PAUL-ANTOINE.. SANTONI
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Languages : fr
Pages : 223
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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
