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Propagation des feux de forêts

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Contexte

feux➤ Les incendies de forêt constituent une problématique globale impactant tous les climats, autant les régions méditerranéennes que les écosystèmes boréaux, avec environ 3-4 % de la surface végétale terrestre brûlant chaque année. Le risque incendie est associé à la fois à des problématiques de réponse d’urgence (exemple de la charte internationale Espaces et Catastrophes majeures) et de qualité de l’air de par les fortes émissions dans l’atmosphère (dioxyde de carbone, oxydes d’azote, composés organiques volatils, aérosols, …), par exemple dans le système Prev’Air

➤ La modélisation d’un incendie de forêt est complexe de par la multitude de processus physiques mis en jeu sur une large gamme d’échelles spatiales (des échelles locales de la végétation à la dynamique atmosphérique méso-échelle). A ce jour, notre capacité à prévoir le comportement d’un incendie à grande échelle reste limitée : les incertitudes sont liées d’une part à la description incertaine des conditions environnementales (végétation, géomorphologie, météorologie) et d’autre part à la méconnaissance des interactions entre la végétation, le feu et l’atmosphère, ce qui impacte la simulation de l’intensité du feu ainsi celle de la formation, du transport et de l’évolution chimique du panache de fumées.

➤ L'activité « Incendies de forêt» s'insère dans le défi MODEST, à la croisée des axes transverses « Assimilation de données » et « Quantification des incertitudes » au CERFACS.

 

Objectifs

Le CERFACS développe la chaîne d’assimilation de données FIREFLY qui a pour but actuellement d’effectuer des prévisions en temps réel de la propagation du front de feu (i.e. interface entre les zones brûlées et non-brûlées) au fil de l’acquisition d’observations sur la position du front. Un algorithme ensembliste permet de corriger séquentiellement les paramètres d’entrée du modèle (vents de surface, humidité et propriétés du combustible végétal) et la position du front, ceci afin de mieux simuler et prévoir la propagation des incendies.

➤ Améliorer la prévision du comportement d’incendie, en termes de propagation du feu en surface mais aussi en termes de calcul des émissions relâchées dans l’atmosphère

➤ Développer des méthodes ensemblistes d’assimilation de données à coût réduit (combiner assimilation de données et quantification d’incertitudes pour l’estimation stochastique des erreurs)

➤ A plus long terme : appliquer l’assimilation de données aux systèmes couplés feu/atmosphère (ex : FOREFIRE-MesoNH)

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Simulation de la propagation d’un incendie sur un terrain complexe avec FIREFLY

 

Outils & Méthodes

La plate-forme FIREFLY co-developpée par le Cerfacs et l’University of Maryland (Dept. of Fire Protection Engineering, USA) repose sur un algorithme d’assimilation de données ensembliste de type filtre de Kalman d’ensemble, implémenté sur un modèle semi-empirique de propagation du front de feu. Ce système allie estimation de paramètres (vents de surface, humidité et propriétés du combustible végétal) et estimation d’état (la position du front de feu) afin d’améliorer la prévision de la position du front de feu en temps réel. Il repose sur le logiciel OpenPALM (CERFACS/ONERA) pour combiner modèle de comportement d’un incendie et unités algorithmiques pour mettre en œuvre l’assimilation de données.

 

Faits Marquants

  • 2015 : Application de FIREFLY à l’expérience FIREFLUX (brûlage contrôlé de 30 hectares) dans le cadre de la thèse de doctorat de Cong Zhang (UMD)
  • 2014 : Comparaison de la performance de l’estimation d’état vs. estimation de paramètres en mode analyse et en mode prévision
  • 2013 : Extension de FIREFLY au traitement de propagation de feux sur un terrain à la topographie complexe
  • 2012 : Sélection au CTR Summer Program, Stanford University : mise en place d’une stratégie d’assimilation de données à base de chaos polynomial
  • 2011 : Application de FIREFLY à des brûlages contrôlés à échelle réduite dans le cadre de la thèse de Mélanie Rochoux (CERFACS/Ecole Centrale Paris)
  • 2010 : Premiers développements du système FIREFLY (stage de master de Mélanie Rochoux, CERFACS-UMD)

 

Partenaires

Collaborateurs

 

Projets

  • LEFE MANU/CHAT (EMIFIRE nouveau projet soumis en collaboration avec le LMD)
  • ANR (IDEA 2010-2014)
  • NSF (WIFIRE 2013-2016)

 

Publications

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