Depuis plusieurs années, l'IRSN mène en parallèle des programmes de recherche expérimentaux et numériques sur les incendies en milieu confiné et ventilé mécaniquement. Plusieurs essais ont montré que dans certaines configurations, le niveau d'oxygène du local en feu décroît et se stabilise de telle manière que le débit massique de combustible s'adapte au niveau de ventilation du local. Cette situation peut conduire à la consommation de la totalité de combustible disponible initialement, mais à un débit massique très faible comparé à celui du même foyer en atmosphère libre. Il en résulte une durée de feu 2 à 3 fois supérieure à celle obtenue en milieu ouvert ce qui est susceptible de remettre en cause le dimensionnement d'éléments de sectorisation tels que des portes coupe-feu. L'objectif du travail de thèse est de déterminer une modélisation de l'évolution de la puissance du foyer jusqu'à son extinction. Les effets de la viciation de l'air ambiant par les produits de la combustion sur le débit massique de combustible (MLR) sont les principaux processus pris en compte dans le modèle. Ainsi, une approche théorique, basé sur le bilan énergétique à la surface de combustible, permettant de prédire le débit massique de combustible ainsi que de reformuler la corrélation de Peatross et Beyler, a été proposée. Le principal avantage de cette approche est de pouvoir quantifier l'évolution des composantes convectives et radiatives du flux thermique issus de la flamme vers le bac de combustible, en fonction de la viciation de l'air. Celle-ci a été validée avec le code CFD " ISIS ", développé par l'IRSN sur des résultats obtenus lors du programme expérimental PRISME, réalisé à l'IRSN. La comparaison des résultats a révélé que cette approche est en bon accord avec les données expérimentales. En parallèle à ce travail, des essais expérimentaux à échelle réduite ont été réalisés sur des feux d'heptane au laboratoire LCD (CNRS - Institut PPRIME), le principal but étant d'étudier les phénomènes prépondérants liés au confinement du local et au régime de la sous-ventilation. Ces données expérimentales ont servi à valider les approches théoriques développées durant la thèse pour prédire le MLR en milieu confiné. Une méthode expérimentale originale a été mise en oeuvre pour découpler les mesures des flux thermiques reçus à la surface du bac d'heptane sous l'effet d'un rayonnement externe. Ces essais ont également permis d'étudier l'influence de la ventilation et de la taille du foyer sur la dégradation de combustible. Cette étude ouvre certaines perspectives de recherche. Pour estimer la durée du feu, le phénomène d'extinction de la flamme doit être traité de façon plus détaillée en tenant compte de la chimie se déroulant dans la flamme. Du point de vue de l'expérience, l'étude d'autres combustibles liquides (alcènes, cétones,...) et solides, dont les essais sont plus difficilement reproductibles, serait nécessaire afin d'étendre les résultats de cette étude.

Thèse doctorat : Sciences et Techniques du Déchet : Villeurbanne, INSA : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. à la fin de chaque chapitre.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 janvier 2009). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 94-100. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1991. / Bibliogr.: f. 58-63. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Le feu de forêt est une perturbation naturelle extrêmement répandue sur la planète. Au Québec, les incendies de forêt ont affecté entre 1990 et 2013 une moyenne de 330 000 hectares par année contre une moyenne de 2,3 millions d’hectares pour le Canada. À l’heure des changements climatiques, dont les conséquences sont annoncées comme très coûteuses pour les sociétés humaines, il est important de développer des stratégies d’adaptations aux changements climatiques le plus tôt possible afin de minimiser les coûts, les impacts environnementaux et les impacts sur nos sociétés. Le climat et la météo influencent fortement les patrons spatiaux et temporels de l’activité des incendies de forêt. La couverture terrestre joue également un rôle important à court terme en modulant l’influence des conditions climatiques sur l’activité des feux et à plus long terme par des changements de composition dans la matrice forestière, graduels (succession forestière, changements climatiques) ou rapides (perturbations). Ainsi, il devient urgent de développer des projections fiables de l’activité future des incendies de forêt tout en réduisant l’incertitude autour de ces projections. Malgré le fait que ces besoins ont été identifiés depuis plus d’une décennie, les méthodes nécessaires à l’élaboration de ces projections restaient à être développées. La capacité de prédire ou de prévoir comment un système peut se comporter à l'avenir a toujours représenté un formidable défi pour la communauté scientifique. Dans mes deux premiers chapitres, j’ai modélisé l’influence des changements climatiques et de végétation sur la fréquence et la distribution des tailles des incendies de forêt à l’aide de modèles statistiques. Mon troisième et dernier chapitre utilise les modèles développés dans les deux premiers pour projeter de quelle manière l’activité des incendies de forêt évoluera dans un contexte où le climat (ou la météo) et la végétation (ou la couverture terrestre) sont dynamiques. Grâce à ces travaux on peut aujourd’hui projeter quelle sera l’activité future des incendies de forêt dans un contexte de changements dans la matrice forestière et climatiques. / Abstract Wildfire is an extremely widespread natural disturbance on the planet. In Quebec, forest fires have affected between 1990 and 2013 an average of 330,000 hectares per year against an average of 2.3 million hectares for Canada. In these times of climate change, whose effects are reported as very costly to human societies, it is important to develop adaptation strategies to climate change as soon as possible to minimize costs, environmental impacts and impacts on our societies. Climate and weather strongly influence the spatial and temporal patterns of forest fires activity. Land-cover plays an important role in the short term by modulating the effect of weather on fire activity and longer-term changes in forest composition matrix, gradual (forest succession, climate change), or rapid (disturbances). Thus, it is urgent to develop reliable projections of future activity of forest fires while reducing the uncertainty surrounding these projections. Despite the fact that these requirements have been identified for more than a decade, the methods for the preparation of these projections remained to be developed. The ability to forecast or predict how a system might behave in the future has always been a formidable challenge for the scientific community. In my first two chapters, I modeled the influence of climate change and vegetation on the frequency and size distribution of forest fires using statistical models. My third and final chapter uses models developed in the first two to project how the activity of forest fires will evolve in a context where the climate (or weather) and vegetation (or land-cover) are dynamic. Thanks to this work, we can now project what will be the future activity of forest fires in the context of climate and forest changes.

Au Québec, le domaine bioclimatique de la pessière à mousses se caractérise d'ouest en est par des changements topographiques, climatiques et écologiques marqués. Une approche biogéographique et paléoécologique a été utilisée pour étudier le rôle des feux d'une part dans la mise en place de ce gradient écologique longitudinal et, d'autre part, dans la dynamique à long terme de ses peuplements forestiers représentatifs. Les changements des conditions du climat, du régime des perturbations naturelles, du relief et du couvert forestier ont été documentés le long d'un transect de 1000 km, à partir de différentes sources de données cartographiques. Dans la portion ouest du domaine, le climat continental et plus sec favorise les feux. Les pessières à épinette noire et celles à épinette noire et à pin gris y constituent les peuplements dominants. Les pessières à épinette noire et sapin baumier augmentent en importance dans la portion centrale du domaine, tandis que sur la Côte-Nord, les feux moins fréquents et le climat plus humide favorisent les sapinières. La reconstitution de l'histoire des feux et de la végétation à partir de l'identification et la datation ¹⁴C des charbons de bois de taille >2 mm enfouis dans les sols de quatre peuplements forestiers représentatifs dans les portions ouest et est du domaine (pessière à épinette noire, sapinière à épinette noire, sapinière à bouleau à papier, pessière à lichens) a montré que cette différenciation du régime des feux aurait cours depuis au moins l'Holocène moyen. Malgré ces différences, les peuplements des deux régions ont été principalement caractérisés par une dynamique de récurrence qui entraîne le renouvellement de forêts de même composition. La composition forestière est ainsi demeurée relativement stable au cours du temps. La dynamique de succession semble être un phénomène rare chez les peuplements étudiés, sauf dans le cas de ceux dominés par le bouleau à papier et le sapin baumier. La transformation de la pessière à épinette noire vers la sapinière à épinette noire semble être un long processus successionnel qui survient au cours de périodes de temps sans feu pouvant s'étendre sur plusieurs siècles. L'état d'équilibre des paysages de la pessière à mousses est parfois rompu par la transformation de forêts fermées en forêts ouvertes à la suite d'un feu. Il s'agit du plus important changement qui est survenu au cours des derniers millénaires. L'identification et la datation 14C des charbons de bois enfouis dans les sols est une méthode qui permet de reconstituer un portrait réaliste des feux survenus à l'échelle des peuplements pendant l'Holocène. Cette approche permet d'améliorer notre compréhension de la dynamique forestière passée et actuelle des écosystèmes du domaine bioclimatique de la pessière à mousses.

Les incendies de forêt sont l'un des phénomènes les plus complexes auxquels sont confrontées nos sociétés. Le Liban, faisant partie du Moyen-Orient, est en train de perdre dramatiquement ses forêts vertes principalement en raison de graves incendies. Cette thèse étudie le phénomène des incendies de forêt. Elle propose des nouveaux modèles et méthodologies pour remédier à la crise des incendies de forêts, en particulier au Liban et en Méditerranée. Elle est divisée en deux parties principales: nouvelles approches de la prévision des incendies de forêt et développement d'un nouveau modèle de diffusion du feu plus fidèle du cas réel. La première partie est subdivisée en 3 chapitres. Le premier chapitre présente une étude analytique des modèles métrologiques les plus utilisés qui permettent de prédire les incendies de forêt. Dans le deuxième chapitre, nous appliquons cinq méthodes de techniques d’exploration de données: Réseaux de neurones, arbre de décision, floue logique, analyse discriminante linéaire et méthode SVM. Nous cherchons à trouver la technique la plus précise pour la prévision des incendies de forêt. Dans le troisième chapitre, nous utilisons différentes techniques d'analyse de données corrélatives (Régression, Pearson, Spearman et Kendall-tau) pour évaluer la corrélation entre l'occurrence d'incendie et les données météorologiques (température, point de rosée, température du sol, humidité, précipitation et vitesse du vent). Cela permet de trouver les paramètres les plus influents qui influencent l'occurrence de l’incendie, ce qui nous amène à développer un nouveau Indice Libanais de Risques d'Incendie (IL). L'indice proposé est ensuite validé à partir des données météorologiques pour les années 2015-2016. La deuxième partie est subdivisée en 3 chapitres. Le premier chapitre passe en revue les caractéristiques du comportement de feu et sa morphologie; il se concentre sur la validité des modèles mathématique et informatique de comportement de feu. Le deuxième chapitre montre l'importance des automates cellulaires, en expliquant les principaux types et examine certaines applications dans différents domaines. Dans le troisième chapitre, nous utilisons des automates cellulaires pour élaborer un nouveau modèle de comportement pour prédire la propagation de l’incendie, sur des bases elliptiques, dans des paysages homogènes et hétérogènes. La méthodologie proposée intègre les paramètres de la vitesse du vent, du carburant et de la topographie. Notre modèle développé est ensuite utilisé pour simuler les incendies de forêt qui ont balayé la forêt du village d'Aandqet, au nord du Liban. Les résultats de simulation obtenus sont comparés avec les résultats rapportés de l'incident réel et avec des simulations qu'on a iv effectuées sur le modèle de Karafyllidis et le modèle de Karafyllidis modifié par Gazmeh. Ces comparaisons ont prouvé l'ambiguë du modèle proposé. Dans cette thèse, la crise des feux de forêt a été étudiée et de nouveaux modèles ont été développés dans les deux phases: pré-feu et post-feu. Ces modèles peuvent être utilisés comme outils préventifs efficaces dans la gestion des incendies de forêt . / Wildland fires are one of the most complex phenomena facing our societies. Lebanon, a part of Middle East, is losing its green forests dramatically mainly due to severe fires. This dissertation studies the phenomenon of forest fires. It proposes new models and methodologies to tackle the crisis of forest fires particularly in Lebanon and Mediterranean. It is divided into two main parts: New Approaches in Forest Fire Prediction and Forest Fire modeling. The first part is sub-divided into 3 chapters. First chapter presents an analytical study of the most widely used metrological models that can predict forest fires. In the second chapter we apply five data mining techniques methods: Neural Networks, Decision Tree, Fuzzy Logic, Linear Discriminate Analysis and Support Vector Machine. We aim to find the most accurate technique in forecasting forest fires. In the third chapter, we use different correlative data analysis techniques (Regression, Pearson, Spearman and Kendall-tau) to evaluate the correlation between fire occurrence and meteorological data (Temperature, Dew point, Soil temperature, Humidity, Precipitation and Wind speed). This allows to find the most influential parameters that affect the occurrence of fire, which lead us to develop a new Lebanese fire danger Index (LI). The proposed index is then validated using meteorological data for the years 2015-2016. The second part is sub-divided into 3 chapters. The first chapter reviews the fire behavior characteristics and its morphology; and focuses on the validity of mathematical and computer fire behavior models. The second chapter manifests the importance of cellular automata, explains the main types of cellular automata and reviews some applications in various domains. In the third chapter, we use cellular automata to develop a new behavior model for predicting the spread of fire, on elliptical basis, in both homogeneous and heterogeneous landscapes .The proposed methodology incorporates the parameters of wind speed, fuel and topography. The developed model is then used to simulate the wildfire that swept through the forest of Aandqet village, North Lebanon. Obtained simulation results are compared with reported results of the real incident and with simulations done on Karafyllidis model and Gazmeh-Modified Karafyllidis model. These comparisons have proven the outperformance of the proposed model. In this dissertation, the crisis of forest fires has been studied and new models have been developed in both phases: pre-fire and post-fire. These models can be used as efficient preventive tools in forest fire management.

Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.

Cette étude vise à décrire l’état naturel des communautés de huit familles de coléoptères saproxyliques, reconnues pour être associées aux brûlis, à partir d’un échantillonnage fait au niveau des souches et à l’intérieur de peuplements commerciaux d’épinettes noires (Picea mariana (Mill)) résiduels à la coupe de récupération (état naturel) provenant de brûlis de 1995, 2003, 2005, 2007, 2009 et 2010. L’étude vise également à comparer ces communautés à celles retrouvées dans des peuplements d’épinettes noires récupérés et répartis dans les brûlis de 1995, 2003, 2005 et 2007. Les coléoptères ont été inventoriés durant l’été 2010 et plus de 6 000 spécimens répartis dans les huit familles étudiées ont été capturés. À l’état naturel, quatre phases de colonisation se sont succédées pendant les cinq premières années après feu. Les assemblages des communautés de coléoptères saproxyliques sont quant à eux altérés par la récupération et ce, pour une période d’au moins sept ans. / Cette étude vise à décrire l’état naturel des communautés de huit familles de coléoptères saproxyliques, reconnues pour être associées aux brûlis, à partir d’un échantillonnage fait au niveau des souches et à l’intérieur de peuplements commerciaux d’épinettes noires (Picea mariana (Mill)) résiduels à la coupe de récupération (état naturel) provenant de brûlis de 1995, 2003, 2005, 2007, 2009 et 2010. L’étude vise également à comparer ces communautés à celles retrouvées dans des peuplements d’épinettes noires récupérés et répartis dans les brûlis de 1995, 2003, 2005 et 2007. Les coléoptères ont été inventoriés durant l’été 2010 et plus de 6 000 spécimens répartis dans les huit familles étudiées ont été capturés. À l’état naturel, quatre phases de colonisation se sont succédées pendant les cinq premières années après feu. Les assemblages des communautés de coléoptères saproxyliques sont quant à eux altérés par la récupération et ce, pour une période d’au moins sept ans. / This study aims to describe the natural state of communities of eight saproxylic beetle families known to be associated with burned forest from a sample done at stump level and in commercial black spruce (Picea mariana (Mill)) stands residual to salvage logging (natural state) from burns of 1995, 2003, 2005, 2007, 2009 and 2010. The study also aims to compare these communities to those found in salvaged black spruce stands distributed in burns of 1995, 2003, 2005 and 2007. Beetles were sampled during summer 2010 and over 6 000 specimens among the eight studied families were captured. In its natural state, four colonization phases have succeeded along the first five postfire years. Saproxylic beetle assemblages were affected by salvage logging for a period of seven years. / This study aims to describe the natural state of communities of eight saproxylic beetle families known to be associated with burned forest from a sample done at stump level and in commercial black spruce (Picea mariana (Mill)) stands residual to salvage logging (natural state) from burns of 1995, 2003, 2005, 2007, 2009 and 2010. The study also aims to compare these communities to those found in salvaged black spruce stands distributed in burns of 1995, 2003, 2005 and 2007. Beetles were sampled during summer 2010 and over 6 000 specimens among the eight studied families were captured. In its natural state, four colonization phases have succeeded along the first five postfire years. Saproxylic beetle assemblages were affected by salvage logging for a period of seven years.