L'expérimentation est induite par la modélisation du phénomène et elle contribue à valider un modèle. Sans une approche théorique des processus à modéliser, il est impossible de déterminer quels sont les paramètres susceptibles d'intervenir dans le phénomène. Une simple observation du comportement d'un phénomène ne peut aboutir qu'à une modélisation descriptive, certes nécessaire, mais souvent insuffisante.
Si nous voulons modéliser de manière explicative un phénomène, il est important d'appliquer une métrologie sur celui-ci. Bien sûr, les mesures ne sont effectuées seulement si les paramètres à mesurer ont été déterminés par avance, après réflexion apportée sur les processus générateurs du comportement observé.
1.3.1. Typologie des sources d’information pour la modélisation du comportement des feux de forêt
Afin de modéliser le comportement du feu, les modélisateurs ont recours à différentes sources d’information :
· Le suivi de vrais feux de forêt,
· L’utilisation de secteurs de brûlages dirigés, · L’expérimentation en milieu naturel,
· L’expérimentation en laboratoire,
· La simulation d’incendies de forêt assistée par ordinateur.
A ce jour, les deux principales sources de données sont issues des expérimentations en laboratoire et des mesures effectuées sur des parcelles expérimentales. Une typologie du cadre des expérimentations (Tab. 1.7) permet de définir le degrés de pertinence que l’on souhaite atteindre. Toutefois, la qualité de la mesure étant fortement dépendante du type d’expérimentation, il convient de définir à l’avance les caractéristiques de la modélisation.
Nous nous intéressons plus particulièrement dans ce chapitre, aux expérimentations en milieu naturel. C’est grâce à ces expérimentations qu’ont pu être élaborés la plupart des modèles de propagation existants (Mc Arthur, 1967 ; Rothermel, 1972 ; Van Wagner, 1985 ; Albini, 1985, 1986).
1.3.2. L’expérimentation en laboratoire
Elle consiste à reproduire artificiellement le phénomène sur un banc d'essai de
quelques m2. L'objet de ces expériences scientifiques est d'étudier le phénomène et
d'analyser son comportement. Les bancs d'essais sont lourdement instrumentés (thermocouples, caméra InfraRouge, système de pesée…), afin de mesurer tous les paramètres de comportement du feu (vitesse de propagation, angle et température de la flamme…). Les expérimentations sont réalisées en milieu homogène. Les variations de la température de l'air, de la vitesse du vent et de la charge de combustible, la teneur en eau, capitales dans le comportement d'un feu de forêt, sont mesurées lors d'expérimentations en laboratoire.
Toutes les conditions expérimentales sont parfaitement contrôlées par l'expérimentateur. Les valeurs des paramètres liés au combustible, tels que le type et la charge de combustible, sont décidées par avance. En effet, il est important d'avoir une
Analyse du système incendie de forêt et recours à l’expérimentation en milieu naturel
avec les paramètres de comportement du feu sont alors plus finement étudiées afin de mieux analyser et comprendre les mécanismes physiques et chimiques.
Les expérimentations en laboratoire sont principalement réalisées pour étudier en détail l'intensité du phénomène, plus facile à appréhender sur banc d'essai. L’objet de ces expériences n’est pas de simuler l’intensité d’un vrai feu de forêt, beaucoup trop complexe à analyser, mais d’étudier les lois fondamentales qui régissent le phénomène.
Tableau 1.7. : Typologie du cadre des expérimentations
Abstraction par rapport au réel Métrologie Facilité d’instrumentation Paramètres étudiés
Feux de forêt Très faible Très légère Très difficile Feu de forêt,
Végétation, Climatologie, Topographie, Homme
Brûlages dirigés Faible Légère Assez difficile Feu de forêt,
Végétation, Faune, Climatologie, Topographie Expérimentation
en milieu naturel
Assez faible Assez
lourde
Difficile Feu de forêt,
Végétation, Faune, Climatologie, Topographie Expérimentation
en laboratoire
Forte Lourde Facile Feu, Végétation,
Climatologie, Topographie Simulation
assistée par ordinateur
Très forte Très lourde Très facile Feu de forêt,
Végétation, Faune, Climatologie, Topographie, Homme
1.3.3. L’expérimentation en milieu naturel
Le phénomène est provoqué volontairement en milieu naturel sur une parcelle expérimentale pouvant atteindre plusieurs hectares. L'objet de ces expérimentations consiste à étudier et à analyser le phénomène dans des conditions normales de propagation. Les parcelles sont alors instrumentées afin de recueillir un maximum
d'informations sur les paramètres agissant sur le feu (paramètres climatologiques, topographiques, combustible…) (Fig. 1.7).
Expérimentations Site expérimental Pente Vent Mesure de la vitesse de propagation Mesure de vent manuelle Station Automatique Y m X m Ligne d ’arrivée Lign e de dép art Lign e de mis e à feu Thermocouples Caméra
Figure 1.7 : le site expérimental pour l’étude de la vitesse de propagation du front de flammes
En raison des difficultés à appréhender le phénomène, dues à l'échelle spatiale choisie et à leur grande variation spatiale et temporelle, beaucoup de paramètres de comportement du feu ne sont que partiellement mesurés (vitesse de propagation et intensité des flammes). La plupart d'entre eux sont estimés par des observateurs durant l'expérimentation. Il en est de même des paramètres végétaux impossibles à quantifier précisément sur la totalité de la parcelle expérimentale. Ceux-ci, telle la charge de combustible ou la teneur en eau de la plante, sont alors estimés en fonction de mesures ponctuelles effectuées avant et après l'expérimentation. Les données ponctuelles sont alors utilisées pour calculer une moyenne sur l'ensemble de la parcelle.
Toutefois, la composante climatologique peut être étudiée en détail durant ces expérimentations ; c'est en effet l'un des facteurs les plus influents sur la vitesse de propagation. Les paramètres météorologiques et plus particulièrement la vitesse du vent, sont mesurés afin de déterminer et quantifier leurs relations avec les paramètres de comportement du feu. Ils font ainsi l'objet d'une métrologie particulièrement précise.
Les expérimentations en milieu naturel sont réalisées afin d'étudier en détail la propagation du phénomène, très proche de la réalité dans ce genre d'expériences
Analyse du système incendie de forêt et recours à l’expérimentation en milieu naturel
sont comparables à des feux de forêt de faible ou moyenne intensité, les expérimentations ne pouvant être conduites les jours de risque d’incendie sévère (sécheresse, vent fort…). L’étude en détail de la composante climatologique permet donc d’étudier l’influence des paramètres climatologiques sur un « vrai » feu, et de quantifier celle-ci.
1.3.4. Complémentarité de ces deux types d’expérimentations
Ces deux types d’expérimentations sont nécessaires à la modélisation du phénomène. Alors que l’hétérogénéité des paramètres est trop forte sur une parcelle expérimentale pour étudier le phénomène physique, le banc d’essai peut fournir une homogénéité de certains paramètres (combustible) ou peut faire abstraction d’une certaine classe de paramètres (météorologie).
Parce qu’une expérimentation conduite en milieu naturel est comparable à un vrai feu de forêt, l’étude et l’analyse des variations spatio-temporelles des paramètres permet de comprendre le comportement des incendies de forêt, et de déterminer ces différentes formes d’expressions (propagation, intensité, émission de gaz et de fumée).
Le concept de zone atelier, support de l’expérimentation, se présente comme étant particulièrement bien adapté à l’analyse des systèmes complexes. La zone atelier doit être une composante de l’analyse systémique au même titre que les méthodes employées.