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

Mémoire (M.Ress.Renouv.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1994. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les forêts d'altitude connaissent une émergence croissante des feux. Via une analyse rétrospective des feux et du climat des dernières décennies dans le sud-est de la France, cette thèse montre d'abord que l'augmentation de l'activité des feux a été largement restreinte aux zones de montagne, les politiques de lutte contraignant les feux au sein des paysages méditerranéens. Les attributs d'inflammabilité et de résistance des forêts Alpines qui gouvernent ses effets et sa réponse au feu ont ensuite été analysés au sein des niches environnementales des espèces dominantes. Les résultats obtenus montrent que l'abondance et les propriétés d'inflammabilité des litières, des strates herbacées et arbustives varient en fonction de l'ouverture de canopée et la saisonnalité des précipitations. Par ailleurs, les traits de résistance au feu des arbres varient entre espèces en lien avec l'inflammabilité des communautés, selon un compromis entre tolérance (écorce épaisse en climat sec) et évitement (houppier haut en climat humide), suggérant une coévolution entre espèces et feux. Ces gradients biotiques et abiotiques gouvernent ainsi les niches d'inflammabilité des espèces, depuis les forêts denses et humides peu inflammables des Alpes externes du nord aux forêts ouvertes inflammables périméditerranéennes des Alpes du sud et subalpines des Alpes internes. Ainsi, du fait des propriétés de leur niche et de leurs traits d'histoire de vie, les arbres Alpins ne sont pas tous égaux face à l'émergence des feux au sein de la diversité des conditions de végétation et de climat des montagnes du sud de l'Europe. / Mountain forests are experiencing an increase in fire occurrence. Through a retrospective analysis over the past decades of fire and climate, this dissertation firstly shows that Mediterranean ecosystems have experienced a strong decrease in fire activity, emphasizing the strong efficiency of fire suppression policies, while fires have been more frequent and large in mountains like the southern Alps. I used vegetation and climate data to characterize the flammability and fire resistance traits of mountain forests of the western Alps that determine their effects and responses to fire. Then, assessing the vulnerability to fire of mountain ecosystems and tree species was carried out by simulating the behaviour of surface fires and their impacts (tree mortality) within the environmental niches of dominant tree species. Results show that tree cover and the seasonality of precipitation largely drive the amount and flammability properties of surface fuels (litter, grass and shrubs). Therefore, these environmental gradients govern the flammability niches of tree species, from the few flammable dense and moist forests of the northern Alps, to the open and highly flammable sub-Mediterranean and subalpine forests of the southern and inner Alps, respectively. Otherwise, fire resistance traits of trees vary according to community flammability through a trade-off between tolerance (thick bark in dry climates) and avoidance strategies (high crown in moist climates), suggesting a coevolution between species and surface fires. To conclude, the niche properties and the life history traits of Alpine trees make them unequally exposed to an increasing fire risk in southern European mountains.

Dans la quête de la mise en place d’une stratégie d’aménagement écosystémique (AE) dans la forêt boréale de l’est du Canada, nous avons réalisé une étude de faisabilité sur la viabilité économique, l’acceptabilité sociale et la pertinence écologique. À l’aide de modèles d’approvisionnement en bois, nous avons comparé une stratégie AE à une stratégie de normalisation des forêts (status quo) afin d’en évaluer sa robustesse et son l’adaptabilité face à l'augmentation du taux de brûlage et des anomalies de croissance induites par les changements climatiques. Les modèles d'approvisionnement en bois utilisent le plus souvent un modèle de croissance et de rendement calibré à l'échelle du peuplement (tables de production) pour projeter l’évolution du volume marchand des strates d’aménagement. Puisque les stratégies d'aménagement écosystémique ont tendance à repousser l'âge d'exploitabilité, il est pertinent d'évaluer jusqu'à quel degré les tables de production actuelles peuvent être utilisées comme intrant dans un contexte d'aménagement écosystémique. Lorsqu’une table de production est évaluée relativement à un modèle de croissance calibré à l’échelle de l’arbre, nous montrons que bien que le modèle à l’échelle d'arbre semble moins biaisé, aucun modèle performe de manière adéquate pour prédire la croissance en volume marchand dans notre aire d’étude, particulièrement lorsque nous subdivisons les données par les attributs qui peuvent jouer un rôle pendant la mise en place d’AÉ. Pour les deux modèles, la source majeure d’erreur est liée à la densité du peuplement. Grâce à leur simplicité relative, nous avons préféré utiliser les tables de production pour élaborer nos modèles d’approvisionnement en bois. La programmation linéaire standard a été utilisée pour tester les effets de quatre enjeux clefs sur le niveau d’approvisionnement en bois: (1) tendre vers une structure d’âge forestière établie à partir du régime naturel des feux et de la dynamique forestière, (2) agglomérer les blocs de récolte dans des chantiers de récolte afin de reproduire les patrons de perturbation naturelle à l’échelle du paysage, (3) maintenir les taux cumulés de coupe totale et de perturbation naturelle à l’intérieur du domaine historique de variabilité, et (4) exclure de la récolte les aires d’intérêt potentiel pour les peuples autochtones. Comparé à un scénario de status quo, l’inclusion des trois premiers enjeux résulte en une baisse de 3 à 22% de l’approvisionnement périodique et une période de restauration requérant que la coupe totale soit exclue sur 43 à 67% de la superficie productive pour les prochains 50 ans. Une validation des filtres bruts utilisés dans cette étude (les trois premiers enjeux) a été faite en utilisant les besoins en habitats du caribou des bois (Rangifer tarandus caribou). Pratiquement tous les scénarios induisaient un taux de perturbation susceptible de permettre le maintien du caribou des bois d’ici 25 ans. Enfin, nous avons intégré le taux de brûlage et la sensibilité des tables de production au climat dans nos modèles d’approvisionnement afin de quantifier les incertitudes induites par le climat et les feux pour les deux stratégies d’aménagements. Les deux modèles suggèrent une réduction de l’approvisionnement périodique en bois entre 13 et 79%. Même si les indicateurs écologiques favorisent l’AE par rapport la normalisation des forêts, juste un changement de stratégie n’est pas suffisant faire face aux impacts du risque de feu et des changements climatiques en forêt boréale. Mots clefs: Forêt boréale, aménagement écosystémique, croissance et rendement, faisabilité, adaptation, feux de la forêt, changements climatiques / In the quest of implementing an ecosystem-based management (EBM) in a boreal forest in eastern Canada, we conducted a feasibility study focusing on ecological suitability, economic viability and social acceptability. Through timber supply models, we compared the outputs of EBM with a business as usual (BAU) management to determine former’s robustness and adaptability to the increase in wildfire and growth anomalies induced by climate changes. Timber supply analyses use yield models, most often at the stand-level to project harvestable volume over the planning horizon. Since EBM tend to delay harvesting age, the question may be raised on to what extent existing yield tables can be used with such strategies. When a yield table is rated against a tree-level model, we show that although the tree-level model is less biased, none of the models performed adequately to predict the volume growth of our study area, especially when subdividing the data by attributes that may have an important role while implementing EBM. For both models, the major source of error was related to stand density. Due to its relative simplicity, we chose stand-level yield tables to build our timber supply models. We then carried out a feasibility study of implementing an EBM strategy in a boreal forest in eastern Canada. With standard linear programming, we tested four policy issues; age structure, harvest agglomeration; limit of cumulative disturbance, and land base of aboriginal interest. These issues were dealt with 3% – 22% reduction in periodic wood supply and a transition period of 50 years where clear-cut needs to be excluded in 43% – 67% of the productive area. Validation of the outputs through habitat requirement of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) as a fine filter showed that most of the scenarios should likely allow a self-sustaining caribou population within next 25-years. Finally, we integrated climate sensitive fire burn rates and yield tables in the timber supply models to quantify the uncertainty induced by climate and fire under both management strategies. Both models responded with a reduction of periodic wood supply by 13% – 79%. Although ecological indicators are relatively better under EBM, merely switching the management strategy is not enough to address the impacts of fire and climate change in the boreal forests. Key words: Boreal forest, ecosystem-based management, growth and yield, feasibility, adaptation, wildfire, climate change

Les feux sont un phénomène naturel dans la forêt boréale du Canada. Ils sont étroitement liés à la croissance et au développement de cet écosystème. Cependant, l’augmentation des activités anthropiques associées au changement climatique graduel peuvent provoquer un accroissement des épisodes de feux. Un tel accroissement pourrait avoir des effets indési-rables sur l'industrie forestière en raison d’une rupture de l'approvisionnement en bois sur une période de planification à long terme. Cette thèse explore une approche alternative pour concevoir des stratégies qui réduiront l'impact potentiel des feux de forêt sur les revenus à long terme générés par la vente de produits forestiers ciblés, et ce, au moyen d’une politique d’aménagement forestier spécifique. L'étude est basée sur les données de trois unités d’aménagement forestier localisées dans la région boréale de la province de Québec au Ca-nada. Les modèles de politique de planification de la récolte forestière ont été résolus en utilisant la programmation linéaire intégrée avec un taux de brûlage constant. Les options de récolte prescrites par les modèles de planification ont été évaluées à l’aide d’un modèle de simulation de paysage intégré avec un taux de brûlage stochastique. Parmi les quatre modèles pris en compte, le modèle verticalement intégré (modèle 4) a géné-ré les revenus les plus élevés tout en ayant les variations les moins importantes de revenu au sein et entre les périodes pour l'horizon de planification. Ce modèle a permis de maximiser la valeur actuelle nette des recettes provenant de la vente de produits de première transfor-mation pour les deux premières périodes soumis à une récolte forestière constante et à des volumes de bois récupérés durant une période de planification complète. Les revenus plus élevés et les variations plus faibles suggèrent que le modèle peut réduire le risque des im-pacts des feux de forêt sur les revenus comparativement aux trois autres modèles, y compris le modèle de rendement soutenu qui maximise le volume de la récolte soumis à des flux constants du volume de récolte durant une période de planification (modèle 1). L'analyse des dépenses de gestion des incendies a démontré que l’augmentation de telles dépenses peut réduire le coût de lutte contre les feux et augmenter les revenus de la récolte tout en diminuant la variabilité. Cependant, il y a un niveau optimal de dépense qui dépend de la structure forestière et des régimes de feux. Par conséquent, une répartition optimale des dépenses de prévention peut réduire le risque d'impact du feu sur l’économie forestière à long terme. La pérennité des écosystèmes est importante en gestion forestière. Par conséquent, l'intégri-té écologique est de plus en plus préoccupante en ce qui concerne les forêts publiques cana-diennes qui sont aménagées à des fins commerciales. La mise en œuvre d’une politique de récolte exigeant la conservation des vieilles forêts tout en tenant compte de l'impact poten-tiel du feu peut avoir des effets négatifs sur les revenus. Les impacts peuvent être réduits en choisissant une politique de gestion forestière alternative. La réduction des revenus à court terme peut être compensée par des retours à long terme générés par la valeur ajoutée asso-ciée à l'âge du bois en utilisant des politiques alternatives. Finalement, les résultats démontrent que le modèle de planification de la récolte intégrée verticalement et l’optimisation des efforts de gestion du feu peuvent accroître les revenus à moyen et à long terme de l'industrie forestière. Le modèle réduit le risque de perte de reve-nus lié à la rupture de l'approvisionnement lorsque l'impact du feu est inclus dans le proces-sus de planification. De plus, les solutions prescrites dans ce modèle aident à réduire le taux de récolte et à augmenter le volume des stocks qui peut être un coussin en prévision des feux qui surviennent de façon très variable au cours des périodes de l’horizon de planification. / Forest fire is a natural process in the boreal forest region of Canada and it is strongly con-nected to forest growth and development. Yet, increasing anthropogenic activities coupled with gradual climate change can increase fire occurrence and area burned. Such an increase may cause adverse impacts on the forest-based economy by the potential disruption of tim-ber supply over a long-term planning horizon. This thesis explores an alternative approach to designing strategies to reduce the potential impact of fire on long-term revenues generated by the sale of prescribed harvest products using a specified forest management policy. The study is based on data from three commercially-managed forests located in the boreal forest region of the province of Quebec, Canada. The harvest planning policy models were solved using a constant average annual burn rate-embedded in a linear programming model. The harvest solutions prescribed by the planning model were evaluated by implementing them in a stochastic landscape simulation model. Among the four policy models examined, vertically integrated model (model 4) generated the highest revenue with the least within- and among-period variation in revenue over the planning horizon. This model maximized the net present value from the sale of primary-processed wood products for the first two periods subjecting to the constant flows of har-vest timber and recovered lumber volumes for an entire planning horizon. The higher reve-nue and lower variation suggest that the model can have lower risk of fire impacts on reve-nue compared with the other three models including the status quo sustained-yield policy model (model 1) that maximizes harvest timber volume subject to constant flows of the harvest volume over the planning horizon. Analysis of fire management expenditures demonstrated that increased presuppression ex-penditure can reduce suppression costs and increase the revenue from the harvest while lowering the variability. However, there is an optimal level of expenditure, which depends on the structure of the forest and fire regimes. Hence, an optimal allocation of presuppres-sion expenditure can reduce the risk of the fire on the long-term economics of the forest. Ecosystem sustainability is important for forest management. Therefore, ecological integrity is of increasing concern with respect to commercially-managed public forests in Canada. Implementation of a harvest policy with strict requirement of old-growth forest area con-straint while accounting for the possible impact of fire can have adverse impacts on reve-nue. The impacts can be reduced by selecting alternative forest management policies. The short-term reduction in revenue from harvests can be compensated for by long-term eco-nomic returns provided by age-related value accumulation of the harvest timber using alter-native policies. Finally, based on the results, the vertically integrated harvest planning model coupled with optimal fire management efforts can increase long-term average revenue to wood industry. The model lowers the risk of loss of revenue due to supply disruptions when the impact of fire is accounted for in the planning process. In addition, the solutions prescribed by this model help reduce the harvest rate and increase stock volume which can act as a buffer for the highly variable potential fires in the successive periods over a planning horizon.

Les travaux menés dans cette thèse concernent le développement d’un dispositif de vision permettant l’estimation de caractéristiques géométriques d’un feu de végétation en propagation. Ce dispositif est composé de plusieurs systèmes de stéréovision multimodaux générant des paires d’images stéréoscopiques à partir desquelles des points tridimensionnels sont calculés et les caractéristiques géométriques de feu tels que sa position, vitesse, hauteur, profondeur, inclinaison, surface et volume sont estimées. La première contribution importante de cette thèse est la détection de pixels de feu de végétation. Tous les algorithmes de détection de pixels de feu de la littérature ainsi que ceux développés dans le cadre de cette thèse ont été évalués sur une base de 500 images de feux de végétation acquises dans le domaine du visible et caractérisées en fonction des propriétés du feu dans l’image (couleur, fumée, luminosité). Cinq algorithmes de détection de pixels de feu de végétation basés sur la fusion de données issues d’images acquises dans le domaine du visible et du proche-infrarouge ont également été développés et évalués sur une autre base de données composée de 100 images multimodales caractérisées. La deuxième contribution importante de cette thèse concerne l’utilisation de méthodes de fusion d’images pour l’optimisation des points appariés entre les images multimodales stéréoscopiques. La troisième contribution importante de cette thèse est l’estimation des caractéristiques géométriques de feu à partir de points tridimensionnels obtenus depuis plusieurs paires d’images stéréoscopiques et recalés à l’aide de relevés GPS et d’inclinaison de tous les dispositifs de vision. Le dispositif d’estimation de caractéristiques géométriques à partir de systèmes de stéréovision a été évalué sur des objets rigides de dimensions connues et a permis d’obtenir les informations souhaitées avec une bonne précision. Les résultats des données obtenues pour des feux de végétation en propagation sont aussi présentés. Mots clefs : Feux de forêt, stéréovision, traitement d’images, segmentation, multimodal. / This thesis presents the geometrical characteristics measurement of spreading vegetation fires with multimodal stereovision systems. Image processing and 3D registration are used in order to obtain a three-dimensional modeling of the fire at each instant of image acquisition and then to compute fire front characteristics like its position, its rate of spread, its height, its width, its inclination, its surface and its volume. The first important contribution of this thesis is the fire pixel detection. A benchmark of fire pixel detection algorithms of the litterature and of those that are developed in this thesis have been on a database of 500 vegetation fire images of the visible spectra which have been characterized according to the fire properties in the image (color, smoke, luminosity). Five fire pixel detection algorithms based on fusion of data from visible and near-infrared spectra images have also been developed and tested on another database of 100 multimodal images. The second important contribution of this thesis is about the use of images fusion for the optimization of the matching point’s number between the multimodal stereo images. The second important contribution of this thesis is the registration method of 3D fire points obtained with stereovision systems. It uses information collected from a housing containing a GPS and an IMU card which is positioned on each stereovision systems. With this registration, a method have been developed to extract the geometrical characteristics when the fire is spreading. The geometrical characteristics estimation device have been evaluated on a car of known dimensions and the results obtained confirm the good accuracy of the device. The results obtained from vegetation fires are also presented. Key words: wildland fire, stereovision, image processing segmentation, multimodal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les érablières sont des forêts tempérées caducifoliées nordiques et sont considérées comme la formation climacique du Québec méridional. Elles se maintiennent en état de renouvellement par la chablisation du couvert forestier. L’objectif de ce projet était d’étudier la dynamique des feux depuis la déglaciation dans trois érablières situées à leur limite nordique de répartition au Québec. L'identification botanique et la datation au 14C de macrocharbons de bois en surface et enfouis dans le sol minéral montrent que les trois stations se caractérisent par un régime de feux relativement fréquents depuis 1000 à 3500 ans. En dépit de nos prédictions, ces résultats mettent en évidence les capacités de régénération et de résilience de l'érablière à l'occasion de perturbations allogènes comme le feu.

Les forêts d'épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP) contiennent de grandes quantités de carbone stockées dans la biomasse vivante et dans le sol. Les feux de forêt et leur régime (ex. l’intervalle de retour de feu, l’intensité, la saisonnalité et la sévérité) jouent un rôle central dans le stockage et le flux du carbone, en modifiant la distribution et le transfert de carbone. Il y a peu de doute dans la communauté scientifique que le changement climatique provoquera des modifications dans les variables temporelles et spatiales qui contrôlent la fréquence et la sévérité des feux. Un modèle démographique structuré par classes de diamètre a été développé pour simuler le stockage du carbone sous divers régimes de feu. Cette approche intègre l’effet de l’intensité du feu et les mesures de la structure du peuplement sur la sévérité mesurée par la proportion de la mortalité des arbres. Le modèle permet aussi de quantifier et de cartographier les estimations régionales du carbone actuelles et futures pour le domaine bioclimatique de la pessière à mousses du nord du Québec. Les résultats de simulations suggèrent que la sévérité du feu augmente avec l’intensité initiale du feu. La variation de la structure du peuplement est l'un des facteurs qui explique la variation observée dans la sévérité du feu des régions boréales. Nous avons simulé les stocks et fluctuations de carbone sous sept niveaux d’intervalle de retour de feu et deux saisons de feu. Nous avons testé pour un effet de ces paramètres sur la moyenne des stocks de carbone. Les stocks de carbone étaient sensibles aux intervalles entre 60 et 300 ans. Le stock de carbone dans le sol fut plus faible pour les incendies d'été qui se produisaient durant de plus courts IRF. Finalement, les impacts à court terme du changement climatique ont été investigués au cours de quatre périodes climatiques : 1980-2010, 2010-2040, 2040-2070 et 2070-2100. Des cartes d’intervalle de retour du feu historique et futur et des données météorologiques projetées par CanESM2 RCP8.5 ont été utilisées pour simuler la croissance des forêts, le taux de décomposition, le régime du feu et la dynamique du C. Dans nos expériences de simulation, l’accumulation de carbone dans l’écosystème était réduite de 11% d’ici à la fin de 2100. Les forêts d'épinette noire du Québec seraient possiblement en train de perdre leur capacité à séquestrer et à stocker le carbone organique durant les prochaines décennies, à cause des effets du changement climatique sur le régime de feu et la croissance des forêts. / Boreal black spruce forests (Picea mariana (Mill.) BSP) store great amounts of carbon in the living biomass and in the soil. Fire regime characteristics (e.g. fire return interval, fire intensity, fire season and severity) play a central role in the storage and flow of carbon, by modifying the distribution and transfer of material among pools. There is little doubt in the scientific community that climate change will cause changes in the temporal and spatial variables that control the frequency and severity of fires. A demographic diameter-class structured model was developed to simulate boreal carbon storage under different fire regimes. This approach incorporates the effect of fire intensity and stand structure measures to simulate fire severity, measured as the proportion of overstory tree mortality. The model allows quantifying and mapping average regional estimates of current and future carbon stocks for the black spruce-feathermoss bioclimatic domain of northern Québec. Simulation results suggest that fire severity increases with fire the intensity. Stand structure is one of the factors that explains the observed variation in boreal fire severity. We simulated carbon stocks and fluxes under seven levels of fire return interval (FRI) and two fire seasons. We tested for an effect of these parameters on average carbon stocks. Carbon stocks were sensitive to IRF's between 60 and 300 years. Soil C stocks were lower for summer fires that occurred during shorter IRF. Finally, we investigated the short-term impacts of climate change under four climatic periods: 1980-2010, 2010-2040, 2040-2070 and 2070-2100. Historical and future FRI maps and historical and forecasted weather data estimated by CanESM2 RCP8.5 were used to drive the growth of forests, decomposition rates, fire regime and C dynamics. In our simulation experiments, the accumulation of carbon in the ecosystem was reduced by 11% by the end of 2100. The results of this study suggest that black spruce forest could be losing their capacity to sequester and store organic C over the next coming decades due to climate change effects on the fire regime and on forest growth.

A partir de la fin des années 1960, la fermeture des milieux consécutive à la déprise agricole a favorisé la recrudescence des grands feux, et au plan local, a augmenté la fréquence des incendies. Les objectifs de la thèse étaient d'évaluer les effets des incendies récurrents sur la capacité de résilience des propriétés microbiennes des sols, d'identifier les principaux facteurs impliqués dans la résilience microbienne et d'évaluer l'efficacité d'apports de composts pour favoriser la restauration de la qualité chimique et microbiologique des sols. Les dynamiques de retour à court et long terme des activités de minéralisation du C et du N, des activité enzymatiques et de la diversité catabolique des communautés microbiennes, ainsi que leur stabilité à des stress hydriques supplémentaires, ont été évaluées sous des régimes d'incendie fréquents et peu fréquents. La matière organique (MO) a été caractérisée par les techniques IRTF et RMN CPMAS du 13C. Les effets d'un apport de composts de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la qualité des sols ont été étudiés in-situ sur des sols fréquemment incendiés en croisant 3 niveaux de maturité (3 semaines, 3 mois et 9 mois) et 3 temps depuis le dernier feu (10 mois, 5 ans et 18 ans). Les résultats ont montré que les incendies répétés accélèrent le retour après le feu de la nitrification nette et des profils cataboliques mais affectent durablement la plupart des autres fonctions microbiennes. L'activité respiratoire des sols récemment incendiés s'est avérée plus résistante aux stress hydriques mais également moins résiliente lorsque les feux sont récurrents. Les résultats démontrent le rôle limitant de l'évolution de la MO, en particulier de son degré d'aromaticité, sur la dynamique de retour des fonctions microbiennes après les feux et leur résilience aux stress. L'apport des composts sur les sols fréquemment incendiés est une solution efficace pour restaurer la qualité des sols mais nécessite de sélectionner une maturité adaptée à l'histoire contemporaine d'incendie.

L'amélioration de la sécurité incendie au sein de l'habitat est un des principaux objectifs de la recherche actuelle. En effet, chaque année, un grand nombre de feux sont déclarés, générant la perte de nombreuses vies humaines, de fortes pertes financières, l'endommagement des structures et la pollution de l'environnement. Face à cette problématique, on remarque qu'un grand nombre de pays d'Europe possèdent une législation très pauvre vis-à-vis de la protection incendie dans l'habitat. Historiquement, les bâtiments ont été dessinés suivant des obligations prescriptives. La tendance de l'ingénierie de la sécurité incendie (Fire Safety Engineering, FSE selon le sigle Anglais) a changé amplement pendant la dernière décennie : des groupes de recherche dans le domaine de l'incendie ont mis au point les principes du design fondé sur la performance (Performance Building Design, PBD en Anglais). Le PBD a permis une approche de la sécurité incendie fondée sur la prédiction du comportement d'un incendie dans des scénarios donnés, en utilisant des outils numériques d'ingénierie. L'approche PBD de FSE est une méthodologie qui a été initialement développée pour les établissements recevant du public, toutefois peu à peu cette approche commence à être utilisée dans tout type d'habitat. La prédiction du comportement d'un incendie nécessite le calcul du débit calorifique (Heat Release Rate, HRR en Anglais) qui est la grandeur physique utilisée pour la mesure de la puissance d'un feu. En ingénierie, le HRR est indispensable à l'estimation de la sévérité du sinistre et des possibles endommagements causés dans un scénario donné. Sa détermination dépend des combustibles présents lors de l'incendie ainsi que de l'environnement du sinistre. La prédiction du HRR est réalisée à l'aide des codes de simulation numérique de l'incendie. Ceux-ci sont un assemblage de plusieurs sous modèles dont chacun calcule un ensemble des phénomènes présents dans la combustion p. ex. la pyrolyse, le rayonnement, la turbulence, etc. 8 La capacité à prédire correctement le HRR est limitée par les calculs très simplifiés du processus de décomposition thermique des solides. La décomposition est notamment dépendante des processus diffusifs et chimiques mis en jeu dans la zone comprise entre le solide et la flamme, lesquels ne sont pas modélisés de façon rigoureuse. Par le passé, plusieurs études expérimentales ont permis de mesurer le HRR d'un certain nombre de produits, cependant, ils ne contribuent pas à la compréhension de la physique du processus de décomposition de la matrice solide, donnée pourtant essentielle car source des espèces volatiles et du débit massique du combustible. En effet, un grand nombre de simulations trouvées dans la littérature font une approche empirique de la production de fuel ou considèrent une seule étape de décomposition. C'est dans ce contexte que prend place la présente étude qui vise à caractériser la cinétique de décomposition de combustibles solides et de formation des espèces volatiles : les changements survenus dans la phase solide sont pris en compte ensemble avec ceux de la phase gazeuse (dégagement d'espèces). La détermination du mécanisme de décomposition est une tâche fondamentale de l'analyse thermique. Le mécanisme doit considérer la succession des transformations de la matière pendant la gazéification des solides. Cette succession inclus les échantillons vierges ainsi que ceux qui ont déjà souffert des attaques thermiques (sous produits des étapes de décomposition). Le mécanisme de décomposition constitue une des principales données d'entrée de la grande majorité de modèles de décomposition thermique. Cette recherche tient compte de la décomposition thermique d'une mousse polyéther polyuréthane (PPUF) à trois échelles différentes. Chaque échelle caractérise le comportement au feu d'une masse différente de mousse et est concentrée sur l'étude de phénomènes particuliers : · L'échelle matière permet l'analyse du comportement d'échantillons avec des masses proches d'un milligramme. À l'échelle matière, les effets de transfert de chaleur et des espèces sont minimisés et l'effet de l'augmentation de la température du solide peut être étudié précisément. L'échantillon est considéré comme une particule de masse et de dimension négligeables, de sorte que sa température soit homogène. · La petite échelle permet l'analyse des échantillons avec des masses proches de dix grammes. À l'échelle matière des gradients de transfert de chaleur et d'espèces existent. L'échantillon est irradié seulement par une des surfaces, produisant ainsi 9 le déplacement du front de décomposition. La combustion de matériaux polymériques est complexe et concerne souvent des processus simultanés tels que la pyrolyse, la décomposition oxydative et le processus de combustion avec présence de flamme. · L'échelle produit concerne des échantillons avec des masses proches d'un kilogramme. À cette échelle, la géométrie et le positionnement d'un produit ont un rôle fondamental dans la croissance du feu. La ventilation (la disponibilité d'oxygène et la turbulence) affecte également le processus de combustion. L'échelle produit montre le comportement au feu d'une mousse dans des conditions d'utilisation proches de celles de la réalité. Les résultats obtenus dans cette recherche vérifient que le mécanisme de décomposition reste inchangé indépendamment de l'échelle. Dans la littérature, ces trois échelles n'ont jamais été considérées ensemble. Généralement, chaque échelle est considérée indépendamment et les chercheurs restent concentrés sur les phénomènes observés à l'échelle étudiée. De plus, les résultats de l'échelle matière sont souvent extrapolés à l'échelle produit. Toutefois, les phénomènes supplémentaires qui apparaissent entre une échelle et l'autre ne sont pas pris en compte, engendrant une grande incertitude dans la prédiction des résultats. Cette recherche propose une contribution vis-à-vis de l'intégration verticale des résultats obtenus dans les trois échelles. L'intégration verticale signifie explorer la possibilité d'identifier quelles propriétés de la matière doivent être mesurées et fournies en tant que données d'entrée des codes de simulation incendie afin de pouvoir prédire la décomposition thermique des solides. Ces travaux constituent un pas dans une vision globale de la science des matériaux qui permettrait une prédiction très juste du comportement au feu des solides à diverses échelles tout en utilisant principalement des mesures menées à l'échelle matière et la petite échelle. La cinétique de la décomposition a été étudié à la petite échelle grâce à des analyses thermogravimétriques (TGA). Cette technique a permis de mettre en évidence le nombre d'étapes, les espèces qui entrent en réaction et de détailler le mécanisme de réaction. En outre, des algorithmes génétiques ont été utilisés pour calculer les paramètres cinétiques optimum qui permettent de prédire le changement de la masse d'un échantillon en fonction de la température. Selon la démarche à échelle croissante décrite ci-dessus, les propriétés thermiques ainsi que les paramètres cinétiques de la 10 décomposition du PPUF ont été utilisés comme données d'entrée dans un code de simulation incendie. Les simulations ont été réalisées avec le code de calcul le plus amplement utilisé dans le monde, Fire Dynamics Simulator (FDS V 5.3). Les simulations tentent de prédire le comportement du PPUF en cône calorimètre (petite échelle). Un faible calage entre les courbes de changement de la masse expérimentales et numériques a été observé. Une grande incertitude vis-à-vis de la façon d'introduire les données d'entrée a été identifiée ainsi que de leur interprétation. Des possibles voies d'amélioration des modèles de pyrolyse ont été proposées.