Chaque année le feu brûle quelques dizaines de milliers d’hectares de forêts québécoises. Le coût annuel de prévention et de lutte contre les feux de forêts au Québec est de l’ordre de plusieurs dizaines de millions de dollars. Le présent travail contribue à la réduction de ces coûts à travers l’automatisation du processus de planification des opérations de suppression des feux de forêts majeurs. Pour ce faire, un modèle mathématique linéaire en nombres entiers a été élaboré, résolu et testé; introduisant un nouveau cas particulier à la littérature des Problèmes de Tournées de Véhicules (VRP). Ce modèle mathématique concerne le déploiement aérien des ressources disponibles pour l’extinction des incendies. Le modèle élaboré a été testé avec CPLEX sur des cas tirés de données réelles. Il a permis de réduire le temps de planification des opérations d’extinction des feux de forêts majeurs de 75% dans les situations courantes. / Each year, the fire burns large areas of forests in the province of Quebec. The annual costs of prevention and firefighting in Quebec may attain tens of millions of dollars. This project contributes to the decreasing of those costs through the computerization of the transportation planning process of material and human resources during major forest fires extinguishing. In order to achieve that, the resource transportation process was mathematically modeled. The integer linear mathematical model developed in this project has been resolved and tested; it introduces a new case to the literature of Vehicle Routing Problem (VRP). The model developed was tested with CPLEX based on data from real cases. It has reduced the planning time of extinguishing operations by 75%.

L'Algérie fait partie des pays qui subissent un risque important en matière d'incendies de forêts, elle perd en moyenne 30 000 ha de sa couverture végétale annuellement. Ce chiffre montre, à lui seul, le niveau du risque incendie de forêt dans ce pays et suscite une inquiétude concernant les conséquences de cet aléa à plus longue échéance. Afin de cerner les enjeux environnementaux actuels et futurs, nous avons opté pour l'étude de l'effet des incendies sur les écosystèmes forestiers algériens et la mise en relief des tendances actuelles. Dans cette perspective, nous avons choisi comme objet d'étude les forêts de la Kabylie maritime (nord algérien) qui connaissent des fréquences assez élevées d'incendies et une importante vulnérabilité, depuis maintenant plusieurs années. L'étude consiste à retracer l'évolution du risque incendie dans cet espace forestier et mettre en évidence les changements morphologiques, structuraux et floraux qui y sont intervenus à travers le temps, mais aussi à analyser les changements du climat et de l'occupation de l'espace par l'homme. Ceci, afin de saisir l'influence future du changement climatique et des comportements sociaux sur l'évolution de la forêt algérienne et de tenter d'esquisser des scénarios possibles permettant d'anticiper sur des situations à risques. / Algeria is among the countries that undergo a significant risk in terms of forest fires, it loses an average of 30 000 ha of its land cover annually. This figure shows, in itself, the forest fire risk level in this country and raises a concern about the consequences of this hazard in the longer term. To identify current and future environmental issues, we decided to study the effect of fires on forest ecosystems and Algerian highlighting current trends. In this perspective, we have chosen as a case study the forests of maritime Kabylia (Algeria North) experiencing relatively high frequency of fires and a significant vulnerability for several years now. The study is to trace the evolution of the fire risk in this forest area and highlight the morphological, structural and floral changes that have occurred there over time, but also to analyze climate change and occupation space by man. This, to capture the future impact of climate change and social behavior on the evolution of the Algerian forest and attempt to outline possible scenarios to anticipate risk situations.

En dépit de moyens importants consacrés à la lutte, certains feux de forêt, en Europe méditerranéenne, en Australie ou en Amérique du Nord, parcourent de grandes surfaces et développent des comportements violents qui piègent les pompiers. L’étude de rapports internes aux services d’incendie révèle ici les conditions météorologiques et topographiques dans lesquelles se produisent ces feux dangereux. En France, alors que le vent violent est le principal contributeur des feux les plus grands et les plus dangereux, les températures élevées mènent à un autre type d’incendies violents qui se propagent rapidement. En Australie, les pompiers sont souvent piégés par une bascule brutale de la direction du vent mais aussi par des vents forts en terrain accidenté. Au-delà des disparités intercontinentales, la recherche des comportements dynamiques de feu impliqués dans plus de 100 accidents de pompiers à travers le monde amène à distinguer trois types d’incendie. Lors des feux topographiques, en zone de montagne, les accidents sont généralement causés par l’attachement de la flamme sur des pentes supérieures à 20°. Lors des feux guidés par le vent, les zones les plus propices aux accidents sont les pentes déventées où des effets de vortex peuvent se produire. Enfin, lors des feux convectifs, les plus violents, les accidents peuvent se produire loin de toute configuration dangereuse. Pour tenir compte de ces résultats et améliorer leur sécurité, les pompiers doivent adapter leur formation et de développer des compétences d’analyste du feu. Ces experts intègreront les retours d’expérience des incendies passés pour proposer les stratégies de lutte les plus efficaces et sécurisées. / Despite the large expenditure that is dedicated to forest fire suppression in Euro-Mediterranean countries, Australia and North-America, firefighters still face large and severe fire events which eventually entrap them. Investigation of Fire Services’ internal reports addresses here the weather and terrain leading to these dangerous fires. In France, strong wind is the main driver of the largest fires and of the fires that entrap firefighters. However, high temperature is also a key contributor as it influences violent fires with high rates of surface spread. In Australia, a lot of firefighters’ entrapments are due to shifts in wind direction, but others are associated to strong winds in rugged terrain. Whatever the regional specificities, more than 100 firefighters’ entrapments across the world were investigated to find the contribution of dynamic fire behaviors in these entrapments. The results return three different types of fires. During topography-influenced fires, in mountainous area, almost all the entrapments happen on slopes steeper than 20°, prone to flame attachment. During wind-driven fires, leeward slopes prone to vorticity-driven lateral fire spread are the most prominent configurations associated with entrapments. Finally, during convective fires, which are the most violent, entrapments can happen far away from any dangerous configuration. Firefighters should adjust their training courses and promote fire behavior analysts (FBAN) capabilities to benefit from the results of this work and improve their safety. FBAN may consider feedbacks from previous fires to suggest the most efficient and secure firefighting strategies and locations.

La prévision des incendies de forêt reste un défi puisque vitesse et direction de propagation dépendent des interactions multi-échelles entre la végétation, la topographie du terrain et les conditions météorologiques. Un modèle à l’échelle régionale peut donc difficilement prendre en compte le détail des processus physiques mis en jeu. Toute modélisation est entachée de nombreuses incertitudes (modélisation incomplète, méconnaissance du terrain, de la végétation et des interactions flamme/atmosphère, etc.) qu’il est nécessaire de quantifier et de corriger. Ces travaux de thèse proposent ainsi une modélisation régionale des incendies qui a des meilleures capacités de simulation et prévision, basée sur une évaluation des modèles et l’assimilation de données. L’évaluation de modèles a consisté à développer des simulations multi-physiques à l’échelle de la flamme, incluant la résolution des équations de Navier-Stokes réactives, l’évaluation du transfert radiatif vers la végétation, la construction d’un modèle de pyrolyse de la végétation ainsi que la modélisation de l’interface flamme/végétation afin de mieux comprendre la dynamique des incendies. La seconde approche proposée a consisté à mettre en place un prototype d’assimilation de données pour le suivi de la propagation du front de feu. L’idée est de rectifier la trajectoire simulée du front au fur et à mesure que de nouvelles observations sont mises à disposition, la différence entre les positions observées et simulées du front étant traduite en une correction des paramètres de vitesse de propagation ou directement de la position du front via l’algorithme du filtre de Kalman d’ensemble. Ces approches, tenant compte des incertitudes à la fois sur la modélisation des incendies et sur les observations disponibles, permettent ainsi d’améliorer la prévision de la dynamique des feux ainsi que des émissions atmosphériques, ce qui constitue un enjeu de taille pour la protection civile et environnementale. / Because wildfires feature complex multi-physics occurring at multiple scales, our ability to accurately simulate their behavior at large regional scales remains limited. The mathematical models proposed to simulate wildfire spread are currently limited because of their inability to cover the entire range of relevant scales, because also of knowledge gaps and/or inaccuracies in the description of the physics as well as inaccuracies in the description of the controlling input parameters (i.e., the vegetation, topographical and meteorological properties). For this purpose, the uncertainty in regional-scale wildfire spread modeling must be quantified and reduced. In this context, the goals of this thesis are two-fold. First, multi-physics detailed simulations of fire propagation, solving for the flame structure using Navier-Stokes equations for multi-species reacting flow and including radiation heat transfer, biomass pyrolysis as well as a flame/vegetation interface, were performed at the flame scale. These simulations were compared to measurements to provide a comprehensive understanding of the mechanisms underlying fire propagation. Second, the use of a data-driven simulator that sequentially integrates remote sensing measurements and relies on an empirical spread model was explored for regional-scale fire front tracking. The idea underlying this data assimilation strategy was to translate the differences in the observed and simulated fire front locations into a correction of the input parameters of the empirical model or directly of the fire front location via the ensemble Kalman filter algorithm. Since these two approaches account for uncertainties in fire spread modeling and measurements, they improve our ability to forecast wildfire dynamics and plume emissions. These challenges have been identified as a valuable research objective with direct applications in fire emergency response for civil defense and environmental protection.

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30.07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe.

La plupart des espèces végétales impliquées dans les feux de forêts produisent et émettent des composés organiques volatils (COV). Les modèles physiques de propagation des feux n'intègrent pas jusqu'à présent la combustion de ces composés et l'objectif de cette étude est de fournir des données expérimentales et numériques afin d'améliorer ces modèles pour mieux prévoir et contrôler les incendies. Les émissions de cinq espèces végétales ont été analysées en fonction de la température à l'aide d'un pyrolyseur flash : Thymus vulgaris, Rosmarinus officinalis, Lavandula stoechas, Cistus albidus et Pinus pinea. Les vitesses fondamentales de flamme, longueurs de Markstein et épaisseurs de flamme de mélanges avec l'air de trois COV majoritaires (-pinène, limonène et p-cymène) sont déterminées expérimentalement en fonction de la richesse et de la température à l'aide de la technique des flammes à expansion sphérique. Des simulations numériques avec le code PREMIX de la bibliothèque CHEMKIN sont également effectuées pour des molécules proches. Différentes études ont montré que les feux de forêts peuvent se comporter de manière surprenante, la vitesse de propagation et l'énergie libérée augmentant brutalement. Ce phénomène est connu sous le nom de feux de forêts accélérés. Une approche d'explication thermochimique, basée sur l'inflammation d'un prémélange COV/air accumulé au bas d'un canyon, a été proposée. Les données présentées dans ce travail permettent aussi d'étudier la validité de cette hypothèse. Des études expérimentales et théoriques sur le sens de diffusion des COV et leurs limites d'inflammabilité sont également menées afin d'étudier en détail cette hypothèse.

Dans le cadre de la sécurité incendie, et de la prévention de départ d'un feu en environnement confiné, un objectif majeur consiste en l'amélioration des procédés d'extinction et plus précisément de la pulvérisation de brouillards d'eau qui est un moyen de lutte largement utilisé. Les simulations numériques doivent prévoir l'efficacité des brouillards en évaluant précisément l'évolution spatiotemporelle des caractéristiques du foyer incendie en présence d'un champ pulvérisé de gouttelettes. Pour déterminer les fractions massiques d'eau sous forme liquide ou vapeur, les concentrations des produits formés ainsi que les niveaux de températures en tout point du local, nous présentons ici le développement d'un modèle apte à décrire un milieu réactif dans lequel la stabilité de la flamme est altérée par la présence de gouttelettes d'eau. Un formalisme diphasique eulérien-eulérien est utilisé pour modéliser le transport des gouttelettes qui interagissent avec le milieu réactif en le refroidissant et en le diluant via l'introduction de vapeur d'eau issue du processus d'évaporation. Le modèle sousjacent est une approche de combustion à multi-fractions de mélange avec un diagramme de reconstitution des espèces mettant en compétition un domaine inflammable et un domaine non inflammable. Les modèles finalement obtenus ont été implantés dans Code_Saturne, un logiciel de mécanique des fluides qui a récemment été adapté à l'étude des incendies. La validation de ces modèles a été effectuée à partir de données expérimentales issues de la littérature, et sur des cas test d'échelle intégrale.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

L’objectif de cette recherche était d’évaluer les dynamiques de retour à court et à long terme des propriétés physico-chimiques et microbiologiques des sols incendiés et d’étudier le devenir des communautés végétales brûlées. Pour l’étude du sol nous avons analysé les propriétés physiques, chimiques et microbiologiques de 25 échantillons de sol prélevés dans la Forêt de Fénouane (Wilaya de Saida, Algérie) le long d’une chonoséquence de 2, 4, 8, 13 et 20 ans après le dernier feu. Cette étude a permis de montrer la vulnérabilité des sols forestiers de l’étage semi-aride de l’Atlas tellien aux fréquences d’incendies supérieures à 1 feu tous les 20 ans. Pour l’étude de l’effet du feu sur la composition des pinèdes à Pinus halepensis Mill.de la forêt de Fénouane (Algérie) on a utilisé les mêmes placettes et chronoséquence que celle choisie pour l’étude du sol. Des relevés floristiques ont été réalisés selon la méthode sigmatiste en fonction du dernier feu. La méthode comparative a montré une reconstitution progressive des pinèdes sans grande variation dans leur composition floristique. Ce sont pratiquement les mêmes espèces qui existaient avant le feu qui réapparaissent après. Il ressort de l’étude phytoécologique que la forêt de Fénouane est très fragile et le peu d’espèces végétales qu’elle renferme pourrait diminuer pour atteindre un niveau critique à cause de l’aridité climatique et édaphique accentuée par les incendies et le surpâturage. / Within this research was to evaluate dynamic return to short and long-term of the physicochemical and microbiological properties of the burnt grounds and to study to become to it burned vegetable communities. For the study of the ground we analyzed the physical properties, chemical and microbiological of 25 samples of ground taken in the Forest of Fénouane (Wilaya of Saida, Algeria) along a chono-sequence of 2,4,8,13 and 20 years after last. This study made it possible to show the vulnerability of the forest grounds of the semi-arid stage of the Tellian Atlas at the frequencies of fires higher than 1 fire every 20 years. For the study of the effect of fire on the composition of the pine forests with Pinus halepensis Mill.de the forest of Fénouane (Algeria) one used the same small squares and chrono-sequence that selected for the study of the ground. Floristic statements were carried out according to the method sigmatist according to the last fire. The comparative method showed a progressive reconstitution of the pine forests without much variation in their floristic composition. In fact practically the same species existed before fire which reappears afterwards. It arises from the phyto-ecological study that the forest of Fénouane is very fragile and the little of plant species which it contains could decrease to reach a critical level because of the climatic and edaphic aridity accentuated by the fires and the overgrazing.

Au cours des dernières décennies, le nombre d'occurrences de catastrophes naturelles a augmenté sensiblement. Cette augmentation a des conséquences catastrophiques sur les espaces verts, les propriétés et les êtres vivants. L'énorme quantité de dommages a attiré l'attention des chercheurs, des organisations et des secteurs gouvernementaux et non-gouvernementaux vers l'analyse de ces phénomènes, leurs causes et leurs effets. Le but est de pouvoir reconnaître leurs comportements et prédire leur occurrence pour mieux aborder la phase de gestion des risques qui contribue à empêcher leur incidence ou limiter les conséquences. Le risque de d'incendie existe souvent et la présence de dangers est également possible. D'où l'importance de tout effort pour lutter contre de telles crises. Dans cette contribution, le phénomène des incendies de forêt est étudié. Au Liban, les espaces verts ont considérablement diminué au cours des dernières années, ce qui impose une intervention urgente des politiques et le soutien des organisations gouvernementales et non gouvernementales. L'orientation globale est d’aller vers des techniques qui permettent de prédire les risques élevés d'incendie permettant ainsi de prendre des précautions pour empêcher les occurrences d'incendie ou tout au moins limiter leurs conséquences. La prévision des incendies de forêt contribue à prévenir d'une part la fréquence des incendies et d'autre part, à réduire ses impacts sur les êtres vivants, les propriétés et la richesse forestière.... / During the last decades, the number of occurrences of natural disasters has increased noticeably which lead to catastrophic results on human as well as properties and green areas. But despite the huge amount of damages, this helps to draw the attention of researchers, organizations and the various governmental and non-governmental sectors towards analyzing these phenomena, their causes & effects, allowing to recognize their behaviors and the methods to predict their occurrence and thus reaching the phase of risk management contributing to prevent their incidence or limit the consequences. As the risk of happening often exists, the instantaneous presence of dangers is also possible. Here appears the importance of any effort that serves to tackle such crises. In this contribution, the phenomenon of forest fires is studied. In Lebanon, green areas declined dramatically during the last decades, what imposes an urgent intervention with strict governmental policies and support of non-governmental organizations. The global orientation is towards techniques that predict high fire risks, allowing for precautions to preclude fire occurrences or at least limit their consequences. Forest fire prediction proves to contribute in preventing fire occurrence or reducing its catastrophic impacts in worst cases on human lives, properties and green forestry....