LEMTA - CEREN 1

IV- Etude des expériences de feu de végétation

Deux types d’expériences de laboratoire ont Deux types d’expériences de laboratoire ont été conduites au C.E.R.E.Nété conduites au C.E.R.E.N

Expériences de petites Expériences de petites tailles tailles

(( TEXAIDTEXAID ))

Expériences de taille Expériences de taille réelle réelle

(( B.E.S.TB.E.S.T ))

LEMTA - CEREN 2

IV.1. Expérience de propagation dans le IV.1. Expérience de propagation dans le TEXAIDTEXAID

Expérience sans vent sur une litière homogène et plane avec Expérience sans vent sur une litière homogène et plane avec une densité surfacique de combustible de 0.75 kg/mune densité surfacique de combustible de 0.75 kg/m22

Ligne d’allumage

Zone de propagation (102 cm)

42 cm Frisure de bois

Bac de combustion (132 cm)

150 cm

Caméra vidéo

4

o

x

y

x

Capteur

Fluxmètre

7 cm

28 cm 3

1 x 2

CapteurCapteur

Frisure de boisFrisure de bois

LLfrontfront

hhff

A l’aide du système de traitement d’image OPTIMAS, on A l’aide du système de traitement d’image OPTIMAS, on déterminedétermine: : LLfrontfront == 44 44

cmcm

hhff == 51 cm51 cm

LEMTA - CEREN 3

Vitesse de Vitesse de propagationpropagationA l’aide du même système de traitement d’image, on A l’aide du même système de traitement d’image, on

détermine la vitesse de propagationdétermine la vitesse de propagation: :

Vitesse de propagation V (cm/s)

1.00Résultat de L. Naville

0.96Présent résultat

Le présent résultat est en bon accord avec celui de Le présent résultat est en bon accord avec celui de L. Naville L. Naville (1997)(1997)

Températures et flux de Températures et flux de chaleurchaleur

fp = Vp/L = 0.0096 hz

LEMTA - CEREN 4

A pplication d’un filtre A pplication d’un filtre de Butterworth d’ordre de Butterworth d’ordre 2 avec une fréquence 2 avec une fréquence

de coupure fde coupure fcc == 0.017 hz0.017 hz

Utilisation de la Utilisation de la fonction de fonction de transfert du transfert du

capteurcapteur

Les flux mesurés par le capteur et par le Les flux mesurés par le capteur et par le fluxmètre sont en bon accordfluxmètre sont en bon accord

LEMTA - CEREN 5

IV.2. Expériences de propagation dans le IV.2. Expériences de propagation dans le B.E.S.TB.E.S.T

Zone de propagation

Bac de combustion

2 m

Ligne d’allumage

2 m

C2

F

C3 C1

D

y

Frisure de bois & Chêne kermès

Frisure de bois

Chêne kermès

1 2 3 4 5 6 x x x x x x

II

1 m

I III IV

D : capteur double, C1 : capteur 1 C2 : capteur 2, C3 : capteur 3 F : fluxmètre

o

x

LEMTA - CEREN 6

Expérience de propagation sans Expérience de propagation sans ventvent

•La charge de la frisure de bois utilisée est : PF = 1.5 kg/m2 •La charge du chêne kermès utilisée est : Pchêne = 3 kg/m2

La vitesse de propagation mesurée par les La vitesse de propagation mesurée par les thermocouples est égale à thermocouples est égale à V=1.47 cm/sV=1.47 cm/s

LEMTA - CEREN 7

Expérience de propagation à charge Expérience de propagation à charge variablevariable

Trois valeurs de charge sont utilisées : P1=1.5

kg/m2 , P2=3 kg/m2 et P3=4.5 kg/m2

1.681.782.23Vitesse de propagation (cm/s)

Charge (kg/m2) 31 P 5.42 P5.10 P

Expérience de propagation à vent Expérience de propagation à vent variablevariable

On utilise les mêmes charges que précédemment

On impose trois valeurs du vent V1 = 1.5

m/s , V2 = 2 m/s et V3 = 2.5 m/s

5.714.002.06Vitesse de propagation (cm/s)

Vent (m/s) 5.11 V 22 V 5.23 V

LEMTA - CEREN 8

V- Identification des paramètres de propagation

Mode d’utilisation des résultats expérimentaux

Capteur simple Capteur double

1. Caractérisation des flammes

(TEXAID et BEST)

2. Mesure de vitesse des gaz(mesure de fréquence par

D.N.S et expérience)

3. Coefficient d’absorption(BEST)

4. Vitesse de propagation(BEST)

1. Caractérisation des flammes

(à faire)

2. Mesure de vitesse des gaz(mesure de Nusselt)

3. Coefficient d’absorption(à faire)

4. Vitesse de propagation(à faire)

LEMTA - CEREN 9

V.1. Modèle de flamme et flux reçus par le V.1. Modèle de flamme et flux reçus par le capteurcapteur

hf hauteur de la flamme

0 puissance émise par la flamme

V vitesse de propagationLa flamme est une surface plane caractérisée

par :

f angle d’inclinaison de la flamme

f

z

x

L 2

fh

),,( zyxf

Capteur placé en

),,( 0000 zyxM

Flamme

Végétation non brûlée

Vent

y

o

1 3

2

4

1

f fn

1n

Sol

fds

r

LEMTA - CEREN 10

Les flux radiatifs mesurés par les trois plaquettes du capteur, exposées au feu, s’écrivent :

)1.5(),,(11),,(),,,( 44

4

00 ar

iffr

i

f

ri

ffr

iffri TThtfB

TT

htfht

)2.5(

tan1),,(

022

0

2

0

2

0

0001

dydz

zzyyxx

yyxxxxhtf

L

L

h

f

fffff

rf

)3.5(

tan1),,(

0

022

0

2

0

2

0

0002

dydz

zzyyxx

yyxxzzhtf

z

L

h

f

ffff

rf

)4.5(

tan1),,(

0 022

0

2

0

2

0

0004

dydz

zzyyxx

yyxxzzhtf

L

z

h

f

ffff

rf

xf = V t + y tan(f ) est la position du front de flamme suivant l’axe (ox )

Quand le capteur est loin des flammes, on peut considérer que Ti

r<< Tf

)5.5(),,(1),,(),,,( 44

00 ar

iffr

iffr

iffri TThtfBhtfht

LEMTA - CEREN 11

V.2. Fonction objectif et coefficients de sensibilités V.2. Fonction objectif et coefficients de sensibilités réduitsréduitsAfin d’identifier les différentes paramètres de propagation on

choisit la fonction objectif suivante :

)6.5()(),,,(

)(),,,()(),,,(),,(

exp4042

exp2021exp1010

2

22

dttht

dtthtdtththObj

f

i

f

i

f

i

t

t

rff

r

t

t

rff

r

t

t

rff

rff

Pour vérifier l’identifiabilité des paramètres on définit t

ff

j

ri

jij

h

ttX

avec

0

)(

,,ˆ

)7.5(ˆ

)̂,(ˆ)̂,(

)8.5(ˆˆ

)ˆ,ˆ,(ˆ 44

3

1

211)(1 a

ri

ri

i TTBtf

X

)9.5(ˆˆ

)ˆ,ˆ,(ˆ 44

3

2

212)(2 a

ri

ri

i TTBtf

X

)10.5()ˆ,ˆ,(ˆ213)(3 tfX r

ii

LEMTA - CEREN 12

V.3. Identification à partir des expériences du V.3. Identification à partir des expériences du TEXAIDTEXAID Propagation sans vent f

= 0Paramètres initiaux choisis sont :

•hf = 51 cm (valeur obtenue par analyse d’image)0= 9.6 kW/m2 (valeur proposée par Weber (1989) pour f = 0.28 et Tf = 609 °C )

19.0 45.9Valeurs de paramètres

)(cmhf )( 20

mkW

1 = 1/150 et 2 = 1/5 ( rapport des sensibilités )

LEMTA - CEREN 13

Différentes réponses Différentes réponses expérimentales et théoriquesexpérimentales et théoriques

%2),,(

),(

04

0

fr

f

ht

hObj

V.4. Identification à partir des expériences du V.4. Identification à partir des expériences du B.E.S.TB.E.S.T

Paramètres initiaux choisis sont :

•hf = 2 m (valeur obtenue par une analyse vidéo)

0= 22 kW/m2 (valeur obtenue par la loi de Stefan- Boltzmann pour f = 0.28 et Tf = 812 °C )

LEMTA - CEREN 14

Expérience de propagation sans Expérience de propagation sans ventvent

1 = 2 = 05.2 139Plaquette frontale

)(cmhf )( 20

mkW

5.2 140Trois plaquettes 1 = 2 =

1/6 Le modèle de flamme est «

validé »

On procède à deux types d’identifications

Plaquette frontale

Trois plaquettes

LEMTA - CEREN 15

Expériences de propagation à vent Expériences de propagation à vent variablevariable

En plus des paramètres initiaux précédents, nous avons choisi l’angle f = / 4 comme un paramètre initial

Angle d’inclinaison de flamme f (°) Puissance émise ( kW.m-2 ) 18.415.312.5

797672

394547Hauteur de flamme hf (cm)

m/s 51 .1V m/s 2 2V m/s 53 .2V

6 %

7 %

6.5 %

Différentes réponses Différentes réponses expérimentales et théoriquesexpérimentales et théoriques

%7.2),,(

),(

04

0

fr

f

ht

hObj

LEMTA - CEREN 16

Albini (1981) 5.0225.1)tan( Frf

Nelson et Adkins (1986)

29.0889.0)tan( Frf

Avec Fr est le nombre de Froude, Fr =

Vvent2/ g hf

0.42 4.178 Frf )tan(

Albini (1981) propose cette corrélation

gaz

ventf v

V)tan(

On utilise une régression linéaire de moindres carrés

vgaz = 0.49 m /

s

LEMTA - CEREN 17

Expérience de propagation à charge Expérience de propagation à charge variablevariable

Trois valeurs de charge sont utilisées : P1=1.5

kg/m2 , P2=3 kg/m2 et P3=4.5 kg/m2

Coefficient d’absorption du Coefficient d’absorption du chêne kermèschêne kermès

)(),(),,( zaeyxzyx

Application de la Application de la loi de BEERloi de BEER

cm

yx

zyx

1capteur

1

3capteur

1

90

),(

),,(

3.562.54Coefficient d’absorption a (m-1)

Charge (kg/m2) 31 P 5.42 P5.10 P

0.65

LEMTA - CEREN 18

V.5. Identification de la vitesse de V.5. Identification de la vitesse de propagationpropagation

Utilisation des résultats de l’expérience du B.E.S.T sans vent

3.8215Valeurs de paramètres

)(cmhf )( 20

mkW

1.7

)/( scmV

Ecart relatif 2.4

%

La hauteur de flamme est en bon accord avec le résultat de l’analyse

vidéo hf 2 m

La vitesse de propagation est sans doute de meilleure qualité

que celle mesurée par les thermocouples

Le capteur peut donc servir d’un Le capteur peut donc servir d’un appareil de mesure de la vitesse de appareil de mesure de la vitesse de

propagationpropagation

LEMTA - CEREN 19

Conclusion générale

Nous avons mis au point des instruments de mesure pour la Nous avons mis au point des instruments de mesure pour la métrologie métrologie des feux de végétationdes feux de végétation :

ces appareils, une fois calibrés, sont en final destinés à être utilisés aussi bien pour des feux réels que pour des feux de laboratoires

ces capteurs servent comme un outil de calibrage pour les modèles de propagation et de validation pour les modèles de combustion

L’identification de la vitesse de propagation à partir des flux mesurés par les capteurs montre que ceux-ci peuvent servir d’appareil de mesure pour cette grandeur

Les différentes perspectives de ce travail Les différentes perspectives de ce travail sont :sont : Utilisation des différents capteurs dans des expériences de brûlage

dirigé (expériences des feux réels).

Utilisation d’un algorithme d’optimisation global de type génétique pour une évaluation plus pertinente des caractéristiques de flamme.

Reconstruction du front de feu à partir de la réponse de N capteurs

Production scientifiqueProduction scientifique

2 communications internationales, 3 communications nationales, 1 thèse, publications à venir

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