Investigation of aerodynamic effects of forest canopy on the behavior of experimental fires

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.