Simulation de la dynamique et de la météorologie de très grands...

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Projet IDEA Expériences et simulations Grands incendies Perspectives

Simulation de la dynamique et de la météorologie de trèsgrands incendies par couplage de code, injection et transport

des fumées - Le cas de Valle Male

Frédéric Bosseur1

Jean Baptiste Filippi1 Céline Mari2 Christine Lac3

1SPE, CNRS UMR6134, Université de Corse

2LA, CNRS UMR5560, Université Paul Sabatier – Toulouse

3CNRM, Météo France – Toulouse

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Appel COSINUS2009

2010-2013

Financement

ANR-09-COSI-006

Partenaires

SPE, CERFACS, CNRM, LA, INRIA, M2P2, EM2C

Site

http ://anridea.univ-corse.fr

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De l’échelle de la flamme...

Toutes les échelles du phénomène étudiées et modélisées séparément

Développement de schémas de cinétiques chimiques spécifiques à lapyrolyse des végétaux intégrés dans AVBP (CERFACS)→ Analyser etvalider les modèles de combustion turbulente des végétaux (EM2CCNRS/Centrale Paris).

Modèles de dégagement de chaleur et d’émissions d’espèces dansl’atmosphère du code d’incendie paramétrés grâce aux simulations defront de flamme réalisées par le M2P2 (CNRS/Universitéd’Aix-Marseille).

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A celle de l’atmosphère

Toutes les échelles du phénomène étudiées et modélisées séparément

Code incendie intégré à Meso-NH (module de surface SURFEX) avec lesoutien du (CNRM, Météo-France) et du Laboratoire d’Aérologie(CNRS/Université de Toulouse).

Estimations d’incertitudes développées avec l’INRIA Rocquencourt pourvérifier la qualité des résultats de simulations.

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Problématique

De très grands feux

Problème multi-physique,multi-échelle :

combustion, émissions,rayonnement/écoulement,physique atmosphérique.

Des conditions aux limites nonhomogènes :

Vent,Combustible,Terrain.

L’approche

Prise en compte de combustible àhaute résolution (sub-métrique),

Modèle réduit de propagation,

Résolution par suivi d’interfaces,

Modèle atmosphérique micro-échelle,

Modèles de flux en sous-maille.

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Expériences et simulations

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Expérience de Letia

Mesures sur brulages contrôlés

Expérience de Letia (parcelle expérimentale de 24 ∗ 30m),

Nombreuses mesures de terrain (flux de chaleur, optique),

Utilisation d’un LIDAR (LPCA Dunkerque),

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Expérience de Letia

Analyse Lidar du panache

Simulation couplée MésoNH-ForeFire sur 2 domaines emboités (10 et40m)

Résultats encourageants montrant la nécessité d’un recours plussystématique à des données lidar et des mesures d’aérosols in-situ pourcontraindre la hauteur d’injection et la composition chimique du panachede fumées en aérosols.

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Cas de Favone

Cas idéalisés/Chimie

Cas de Favone (juillet 2007)

Incendie de 25Ha, 250 heures de calcul, 96 000 pts de grille, 50mrésolution, Tstep = 1s, 5000s,

Caractérisation très fine de la végétation,

Tests de sensibilité aux émissions,

Première mondiale.

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Cas de Favone

Cas idéalisés/Chimie

Apport des simulations à haute résolution

Montrent que le panache reste pauvre en ozone sous le vent del’incendie→ le panache conserve de fortes concentrations de NOx quiconsomme l’ozone.

Dans un modèle à faible résolution, les NOx sont dilués instantanémentdans un volume plus important→ production d’ozone plus vite donc plusprès de l’incendie.

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Le cas de Valle Male

Contexte

Mise à feu le 23/07/2009 à 13h26

3221Ha parcourus sur 3 joursUne situation meteorologique"exceptionnelle" :

humidité ∼ 10%,température ∼ 45◦,vent moyen de 20− 30km.h−1).

Et tactique très critique, avec 2 autresincendies très importants :

Feux de Peri (750Ha, nombreuseshabitations touchées ou détruites),Feu de l’Ortolo (1200Ha, dont 30%de terres agricoles),

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Setup expérimental

Simulation des 7 premières heures (2000Ha, quasiment en propagationlibre),Cascade d‘échelles→ prendre en compte les interactions entre :

La dynamique de l’incendie (résolution de 5 m),L’atmosphère, décrite de la micro (50m) à la méso (2400m) échelle.

Dynamique atmosphérique initialisée par des analyses aladin,

4 domaines emboîtés,

24 millions de points de grille,

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Setup expérimental

Grille verticale à 64 niveaux (9866m, ∆Z compris entre 20 et 568m),

Couplage effectué sur le modèle 4 (50m),

Couvert végétal issu de l’IFN, MNT à 25m de l’IGN,

Simulation réalisée sur le calculateur Jade (CINES).

Tstep (s) Maillage XY Mailles XY (m) CPU Tsimul TexecMod1 6 250*300 2400 200 6h 47’44Mod2 1.5 240*400 600 512 3h 1h16Mod3 0.5 240*240 200 256 3h 6h20Mod4 0.25 300*300 50 900 10h 18h

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Vue du panache à 600m de résolution

Injection du traceur de fumée résultant de la simulation couplée à l’échelle de50m. L’image satellite prise par MODIS montre une dynamique similaire, bienqu’orientée sur un flux légèrement plus nord-est.

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Vue du panache

Vue du panache simulé à 50m de résolution et d’une photo prise le jour del’incendie.

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Cette simulation (une première à cette échelle) a mis en évidence :

La capacité du modèle à reproduire :Localement très finement les panaches de fumée,Leur transport sur des dizaines de kilomètres.

La possibilité d’estimer :Les zones de perte de visibilité pour les sapeurs-pompiers intervenant surl’incendie,L’impact de l’incendie sur la qualité de l’air→ utilisation du modèle pouralerter les populations situées sous le vent du feu.

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Perspectives

Simulation d’autres très grands incendies (Peri, Ortolo) en cours,

Vers un usage opérationnel dans les centres de calcul (mobilisation deressources importantes en cas d’incident majeur),

Description plus fine de la chimie atmosphérique→ Données Lidar etmesures d’aérosols in-situ pour contraindre la hauteur d’injection et lacomposition chimique du panache de fumées en aérosols.

Confrontation des résultats aux données expérimentales,

Amélioration du processus de génération des cas-tests "nestés".

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