Multiscale simulation of wildfire spotting

Modélisation multiéchelle des sautes de feu Les incendies de végétation comptent parmi les événements naturels les plus dangereux affectant les activités humaines et constituent une perturbation écologique majeure. Les feux de forêt se propagent selon quatre mécanismes principaux : le rayonnement électromagnétique, la convection thermique, la conduction thermique et le transport de brandons (les sautes de feu). Les brandons sont des fragments de végétation détachés, tels que des branches ou de l’écorce. Transportés par le vent ou le panache, ils peuvent déclencher des feux secondaires bien en amont du front principal de l'incendie. Prédire avec précision les zones où ces brandons peuvent retomber et potentiellement provoquer des départs de feu est essentiel pour améliorer les stratégies de lutte contre les incendies de forêt.Le transport des brandons dépend à la fois de leurs caractéristiques propres et des conditions atmosphériques. La représentation de ces deux aspects est indispensable pour intégrer le transport des brandons dans les systèmes de prévision en temps réel. Le principal défi abordé dans cette étude est l’identification, plus rapide que la progression réelle du feu, des zones susceptibles d’être affectées par des départs de feu par sautes.Dans un premier temps, cette étude a évalué l’influence des modèles représentant les forces aérodynamiques exercées sur les brandons et la combustion. En représentant les brandons comme des masses ponctuelles transportées par un flux de vent, un premier ensemble de simulations numériques a été réalisé. Les résultats ont montré que les exigences numériques des modèles lagrangiens ne sont pas compatibles avec les contraintes des modèles couplés Feu-Atmosphère utilisés pour les prévisions d’incendie en temps réel.Dans un second temps, un modèle réduit de transport de brandons a été développé afin d’augmenter le pas de temps d’intégration numérique. Les résultats ont montré que les densités de brandons au sol produites par le modèle simplifié étaient comparables à celles de modèles plus complexes intégrant des représentations aérodynamiques et de combustion. Le modèle repose aussi sur des données expérimentales. Afin d’étudier le comportement des brandons d’Eucalyptus obliqua et d’obtenir des données pour le modèle réduit, une série d’expériences a été menée dans une soufflerie verticale, afin de quantifier l’effet de la taille des brandons sur leur potentiel de saute à longue distance. Les résultats ont mis en évidence la durée de combustion relativement courte, suggérant que cette espèce contribue peu aux sautes de longue portée.Enfin, une méthode numérique basée sur une formulation Eulérienne est proposée pour intégrer les sautes de feu dans un modèle couplé Feu-Atmosphère. Elle a été évaluée à partir d’un incendie réel survenu en février 2016 dans la région du mont Bolton (Victoria, Australie). Le modèle reproduit la dynamique spatio-temporelle des sautes en identifiant avec précision les zones potentielles dans une fenêtre temporelle raisonnable. La simulation a nécessité de 173 minutes pour générer une prévision complète de l’incendie sur 8 heures, démontrant ainsi à la fois son efficacité numérique et sa capacité prédictive. L’approche proposée présente des résultats prometteurs pour une utilisation opérationnelle dans la prévision des projections lors d’incendies à grande échelle.En conclusion, cette thèse apporte des éléments clés pour la simulation du transport des brandons et propose une formulation eulérienne pour intégrer les sautes de feu dans des modèles prédictifs couplés Feu-Atmosphère. Ceci permet des prévisions opérationnelles plus précises de la propagation des incendies et des risques associés.