Assessment of the plume theory predictions of crown scorch using transport models

The aim of our work is to study numerically crown scorch as the effectsof a fire line spreading through surface fuel under a tree canopy. Theobjective was to assess the usual assumptions made when one uses the Van Wagner criteria, which are indeed simple predictive models for crown scorch height, to estimate crown scorch. For this purpose the FIRESTAR 2D and FIRETEC wildfire simulators are used. We simulated the fire line by a heat source at ground level and mainly investigated the temperature field. As a first step, we ran computations of thermal plumes with no-wind and with no canopy, for first comparison to plume theory. The influence of crown existence on the temperature field above the heat source, as well as on crown scorch, was then investigated. As a second step, the effect of a wind to the plume, as well as to crown scorch, was shown for the no-canopy and canopy cases

Modélisation physique de la propagation des feux de forêts : effets des caractéristiques physiques du combustible et de son hétérogénéité

Diplôme : Dr. d'UniversiteLes incendies de forêts se propagent au sein d’un combustible dont les caractéristiques physiques affectent le comportement, au même titre que les conditions atmosphériques et topographiques. Après une présentation des caractéristiques de la propagation d’un feu et des différents modèles de propagation, nous étudions le comportement du feu dans des combustibles homogènes en fonction de leurs caractéristiques physiques avec le modèle FIRETEC. Cette étude met en évidence un impact significatif de la fraction volumique (qui exprime la densité du combustible) sur la vitesse de propagation et l’intensité du feu. La vitesse de propagation décroît avec la fraction volumique ; cette tendance est validée par quelques données expérimentales de feux de litières. Par ailleurs, le comportement du feu peut passer de « wind-driven » à « plume dominated » selon la fraction volumique. En présence de canopée, cette dernière pilote également le seuil de propagation entre « torching » et « crowning ». Son fort impact sur le comportement justifie la pertinence de notre interrogation concernant l’effet de l’hétérogénéité spatiale du combustible, qui se traduit par des variations spatiales de la fraction volumique. Nous proposons ensuite une approche originale, inspirée de la bibliographie sur le rayonnement solaire dans les canopées, pour aborder les problèmes d’homogénéisation du combustible dans le calcul du transfert radiatif. Elle souligne l’influence de certaines caractéristiques du combustible (coefficient d’absorption local) et de l’hétérogénéité spatiale (recouvrement, taille des hétérogénéités) sur l’échauffement radiatif qui pilote une partie du comportement du feu. Lors de la propagation, les végétations les plus hétérogènes induisent une diminution de l’irradiance moyenne du combustible par rapport aux combustibles hétérogènes. Une distribution insuffisamment détaillée de la structure spatiale tend donc à augmenter la vitesse de propagation. Dans les canopées, une description de l’enveloppe des houppiers et la définition d’un coefficient d’agrégation à l’échelle de la pousse s’avèrent suffisantes pour une évaluation précise du transfert radiatif. Concernant les strates arbustives, une formule permet d’évaluer l’importance des effets attendus de l’hétérogénéité. Lorsque ceux-ci sont importants, une méthode d’homogénéisation est proposée. Dans un troisième temps, le calcul des écoulements en présence de canopée est abordé sous la forme d’une résolution explicite de la turbulence (large eddy simulation). Un travail de validation du modèle est proposé, sur la base de données expérimentales recueillies dans la littérature. Ces résultats illustrent l’influence significative de grandes coupures de combustible sur la nature des écoulements. Une investigation systématique des effets de l’hétérogénéité de la végétation sur l’écoulement est ensuite conduite. Pour une biomasse donnée, les résultats obtenus mettent en évidence que l’hétérogénéité du combustible induit une augmentation de la vitesse de l’écoulement moyen par rapport aux configurations homogènes. Les effets obtenus sont d’autant plus importants que le recouvrement et la taille des hétérogénéités sont élevés et que les agrégats de végétation sont denses. Une description à l’échelle des houppiers s’avère suffisante pour reproduire les écoulements au sein des canopées ; elle n’est nécessaire que lorsque le recouvrement est inférieur à 50 %. Enfin, nous étudions les effets de l’hétérogénéité de manière globale à l’échelle du paysage. Elle intégre l’ensemble des caractéristiques sur lesquelles l’hétérogénéité du combustible peut agir, y compris la source de chaleur. Elle confirme qu’une homogénéisation du combustible est à proscrire dans le cas des faibles recouvrements, alors que celle-ci ne pose pas de problème dans le cas de recouvrements élevés. Cependant, on observe une différence de comportement selon le type d’écosystème envisagé : dans le pin Maritime, l’homogénéisation se traduit par une augmentation de l’intensité et des dégâts, alors que c’est le contraire pour le pin d’Alep, qui est moins dense. Le recouvrement apparaît comme une grandeur cruciale pour la description du combustible à l’échelle de la parcelle. En effet, si une réduction du recouvrement de 75 à 50 % ne modifie pas significativement le comportement du feu, une réduction à 25 %, voire même à 0 % (suppression de la strate arborée) réduit très significativement les intensités prédites. Par ailleurs, la sévérité du feu diminue de manière importante lorsque l’on réduit le recouvrement. Cependant, les diminutions d’intensité et de sévérité s’accompagnent d’une inclinaison progressive du panache, qui induit des températures plus élevées en avant du front, qui peuvent être préjudiciables à la lutte. L’augmentation de la taille des hétérogénéités et des distances entre les agrégats induit une diminution de la sévérité du feu dans le cas de l’écosystème à pin maritime. D’autres résultats suggèrent que cette diminution pourrait être plus significative pour des recouvrements voisins de 50 %. Le travail s’achève sur une courte synthèse des différents enseignements de notre travail présentant une utilité pour le gestionnaire. Elle inclut les études appliquées réalisées, qui mettent en évidence l’applicabilité des modèles physiques. Quelques préconisations quant aux échelles appropriées à la description du combustible sont fournies, selon le type de modèle. Certains résultats concernant les écoulements sur les coupures sont appliqués à la pratique du brûlage dirigé. Le document s’achève sur quelques recommandations quant à la réalisation des coupures de combustibl

Correction: Pimont, F. et al. Estimating Leaf Bulk Density Distribution in a Tree Canopy Using Terrestrial LiDAR and a Straightforward Calibration Procedure. Remote Sens. 2015, 7(6), 7995-8018

After publication of the research paper [1] an error during the data analysis process was recognized. [...

Et si l’on plantait plus de vignes et d’oliviers pour limiter la propagation des incendies

Interview de F. Pimont par Guillaume Aubertin de Var Matin le 6/9/2017 pour un article intitulé « Et si l’on plantait plus de vignes et d’oliviers pour limiter la propagation des incendies », pour publication le 9/9/2017La Région n’avait pas connu de feux de forêts aussi importants depuis 2003. Certains élus et chercheurs proposent de planter des espèces précises qui feraient office de coupe-feu, Même les docteurs le disent: il y a du bon dans la vigne. Si les spécialistes de la santé reconnaissent qu’un petit verre de vin de temps en temps peut être bénéfique pour la santé, certains élus de la région ont eux aussi tendance à promouvoir la culture du raisin sur leursterres. C’est qu’en plus de donner du bon vin, les vignes pourraient faire o!ce de coupe-feu encas de gros incendie

Pinus halepensis Mill. architectural analysis for fuel modelling

National audienc

Comparison of postfire mortality of Pinus laricio and Pinus pinaster. Diaporama

National audienc

Pinus halepensis architectural analysis for fuel modelling. Diaporama

International audienc

Accounting for Wood, Foliage Properties, and Laser Effective Footprint in Estimations of Leaf Area Density from Multiview-LiDAR Data

The spatial distribution of Leaf Area Density (LAD) in a tree canopy has fundamental functions in ecosystems. It can be measured through a variety of methods, including voxel-based methods applied to LiDAR point clouds. A theoretical study recently compared the numerical errors of these methods and showed that the bias-corrected Maximum Likelihood Estimator was the most efficient. However, it ignored (i) wood volumes, (ii) vegetation sub-grid clumping, (iii) the instrument effective footprint, and (iv) was limited to a single viewpoint. In practice, retrieving LAD is not straightforward, because vegetation is not randomly distributed in sub-grids, beams are divergent, and forestry plots are sampled from more than one viewpoint to mitigate occlusion. In the present article, we extend the previous formulation to (i) account for both wood volumes and hits, (ii) rigorously include correction terms for vegetation and instrument characteristics, and (iii) integrate multiview data. Two numerical experiments showed that the new approach entailed reduction of bias and errors, especially in the presence of wood volumes or when multiview data are available for poorly-explored volumes. In addition to its conciseness, completeness, and efficiency, this new formulation can be applied to multiview TLS—and also potentially to UAV LiDAR scanning—to reduce errors in LAD estimation

SurEau: a mechanistic model of plant water relations under extreme drought

International audienceAbstractKey messageA new process-based model,SurEau, is described. It predicts the risk of xylem hydraulic failure under drought.ContextThe increase in drought intensity due to climate change will accentuate the risk of tree mortality. But very few process-based models are currently able to predict this mortality risk.AimsWe describe the operating principle of a new mechanistic model SurEau that computes the water balance, water relations, and hydraulics of a plant under extreme drought.MethodsSurEau is based on the formalization of key physiological processes of plant response to water stress. The hydraulic and hydric functioning of the plant is at the core of this model, which focuses on both water flows (i.e., hydraulic) and water pools (i.e., hydric) using variable hydraulic conductances. The model considers the elementary flow of water from the soil to the atmosphere through different plant organs that are described by their symplasmic and apoplasmic compartments. For each organ, the symplasm is described by a pressure-volume curve and the apoplasm by its vulnerability curve to cavitation. The model is evaluated on mature oak trees exposed to water stress.ResultsOn the tested oak trees, the model captures well the observed soil water balance, water relations, and level of embolism. A sensitivity analysis reveals that the level of embolism is strongly determined by air VPD and key physiological traits such as cuticular transpiration, resistance to cavitation, and leaf area.ConclusionThe process-based SurEau model offers new opportunities to evaluate how different species or genotypes will respond to future climatic conditions