Effets de la récurrence des incendies sur le comportement du feu dans des suberaies (Quercus suber L.) et maquis méditerranéens sur les cinquante dernières années

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Effets de la récurrence des incendies sur le

comportement du feu dans des suberaies (Quercus suber

L.) et maquis méditerranéens sur les cinquante dernières

années

A. Schaffhauser, F. Pimont, T. Curt, N. Cassagne, J.L. Dupuy, Thierry Tatoni

To cite this version:

A. Schaffhauser, F. Pimont, T. Curt, N. Cassagne, J.L. Dupuy, et al.. Effets de la récurrence des

incendies sur le comportement du feu dans des suberaies (Quercus suber L.) et maquis méditerranéens

sur les cinquante dernières années. Comptes Rendus Biologies, Elsevier Masson, 2015, 338 (12),

pp.812-824. �10.1016/j.crvi.2015.10.001�. �hal-01828527�

E´cologie/Ecology

Effets

de

la

re´currence

des

incendies

sur

le

comportement

du

feu

dans

des

suberaies

(Quercus

suber

L.)

et

maquis

me´diterrane´ens

sur

les

cinquante

dernie`res

anne´es

Effects

of

fire

recurrence

on

fire

behaviour

in

cork

oak

woodlands

(Quercus

suber

L.)

and

Mediterranean

shrublands

over

the

last

fifty

years

Alice

Schaffhauser

*

_,

_Franc¸ois

_Pimont

_,

_Thomas

_Curt

_,

_Nathalie

_Cassagne

_,

Jean-Luc

Dupuy

,

Thierry

Tatoni

IrsteaUREMAX«E´cosyste`mesme´diterrane´ensetrisques»,3275,routedeCe´zanne,CS40061,13182Aix-en-Provencecedex5,France b

IMBE,AixMarseilleUniversite´,CNRS,IRD,AvignonUniversite´,faculte´ desSciencesdeSaint-Je´roˆme,13397Marseillecedex20,France c

InraURFM-UR629,siteAgroparc,domaineSaint-Paul,84914Avignoncedex9,France

INFO ARTICLE Historiquedel’article: Rec¸ule31janvier2012

Accepte´ apre`sre´visionle21octobre2015 Disponiblesurinternetlexxx

Mots-cle´s:

Comportementdufeu Mode`lephysiqueFiretec Suberaie(Quercussuber) Maquis(Ericaarborea,Cistus) Structuredeve´ge´tation Re´currencedefeu

MassifdesMaures(Var,France)

RE´ SUME´

Lacombustibilite´ de51placettescorrespondanta` diffe´rentesre´currencesd’incendies depuis1959(0a` 4feux)ae´te´ analyse´eenProvencesiliceuse.Lese´cosyste`mese´tudie´s sontdessuberaiesdomine´esparQuercussuberL.,etdesmaquisa` EricaarboreaL.eta` cistes.Lesdonne´esdescriptivesdelave´ge´tationcombustible(composition,biomasse, recouvrement,hauteur)onte´te´ entre´esdansunmode`lephysiquedufeu(Firetec)afin d’obtenirdesvariablesdescriptivesducomportementdefeu.Lespertesenmasseeten eaudelave´ge´tation,la vitessedepropagationetl’intensite´ dufeuaugmententde fac¸onsignificativeaveclacontinuite´ verticaleducombustible,quide´pend principa-lement du temps depuis le dernier feu, puis du nombre de feux. Les re´sultats confirmentl’hypothe`seselonlaquellelefeuestparticulie`rementintenseetrapidedans despeuplementsmulti-stratifie´sa` fortechargeene´le´mentsfins etforteconnexion spatialeentrelesindividus,telsquelesmaquishautsde´veloppe´sapre`s unseulfeu intenseencinquanteans.Au contraire,le feunesepropagepasdanslesforeˆtsde cheˆnessubmaturesn’ayantpasbruˆ le´ depuisaumoinscinquanteansetcaracte´rise´es parunefaibleconnectivite´ verticaleentrelacanope´eetlesous-e´tage,favorisantainsi uneffet«auto-protecteur»contrelesincendiesfuturs.Cesinformationspermettentde discuter de la gestion de la ve´ge´tation, en particulier la surveillance ou le de´broussaillementlocaldesmaquishautsgrandement combustibles,pourdiminuer lerisquedepropagationdesfeuxa` l’e´chelledelaparcelle.

ß2015Acade´miedessciences.Publie´ parElsevierMassonSAS.Tousdroitsre´serve´s.

* Auteurcorrespondant.

Adressee-mail:alice.schaffhauser@univ-nantes.fr(A.Schaffhauser).

ContentslistsavailableatScienceDirect

Comptes

Rendus

Biologies

ww w . sci e nc e di r e ct . com

http://dx.doi.org/10.1016/j.crvi.2015.10.001

Abridgedversion

Pastfirerecurrenceishypothesizedtoimpact vegeta-tionstructureandwouldthusalterthebehaviouroffuture fires. Actually, plants constitute the wildland fuel that influence both fire ignition and fire spread [1,2]. The behaviour of wildland fires (i.e. rate of spread, fireline intensity and energy released) is hypothesized to vary accordingtothestructureofthefuels,i.e.multi-or mono-layered [1,3,4]. In Mediterranean ecosystems, fuels are often heterogeneous both spatially and in terms of composition [5,6], while the fire behaviour models commonly used, as the semi-empirical model BEHAVE

[7],donotexplicitlytakeintoaccountthese heterogenei-ties. Fire simulations in Mediterranean heterogeneous fuels [8] indicatethat thefire behaviour atstand scale depends on fuel composition, phytomass, density [9], amount and structural arrangement of dead and live biomass and spatial connectivity between fuels (both vertically and horizontally), i.e. contacts or distance between individuals in the same vegetation layer or betweendifferentlayers,inducinga‘laddereffect’infire spread[10].Asanexample,firewouldpropagateslowly withlow intensityindenseandmatureQuercussuberL. woodlandsduetoalowunderstory,whileitisfasterand more intense in sparse stands witha dense understory madeofshrubs[10].

Inthispaper,weexaminedthefirebehaviourofstands affected by 0 to 4 fires along the past 50 years, with different time intervals between fires. The vegetation mosaicwasdominatedbyQuercussuberL.andErica–Cistus shrubland communities ofsoutheastern France (Maures Massif,acidicsoils).Wetestedfivevegetationtypesfrom shrublands to woodlands (‘Woodland’, ‘Woodshrub’ for woodlandon shrubland,‘HighShrub’forhighshrubland, ‘MedShrub’ for medium shrubland, ‘Lowshrub’ for low shrubland),basedonfieldclassification,fittingwellwith

European vegetation typologies such as Prometheus

[11,12]andEUNIS[13].

WeusedthephysicalmodelFiretec[14,15],whichis designed to model thefire behaviour in heterogeneous fuels suchas those tested here. We measured different variables describing the vegetation structure, including height,baseoftreecrownorshrublayer,meandiameter, cover,plantwatercontent,andbulkdensity.Thevelocity ofthewindwasconstantinallsimulations(10m/sata heightof40m,asprescribedbytheFireParadoxproject), and the slope was kept constant. We note that many validationswereconductedwithFiretecinMediterranean shrublands[16]withabioticandbioticparameters:slope

[17], water content and vegetation density [18], in canopies [19–21], interactions between plumes of fire-back[16],radiativefluxes[20],andgasspeed/temperature inthefireplume[22].

Longfireintervalsandlowfirerecurrenceleadto mono-layeredfuelsdominatedbytrees,whichlimitfirespread. Recurrentfires at shortintervals favour low and sparse shrublandswithlowfuelbiomass,whichalsomakesnew firesunlikely.Wethussuggestthatmatureandsubmature forestsare ‘self-protective’againstthe fire risk,likelow shrublandsrecurrentlyburntthatdonothaveenoughplant material to burn readily. Conversely, intermediate fire recurrenceleads tomulti-layeredfuels where treesand shrubs are interconnected spatially, inducing high fire intensityandspread,particularlyforhighshrublands(mean rateofspread1.13m/s,meanfireintensity14600kW/m) andwell-connectedwoodlandsonshrublands(meanrateof spread1.53m/s,meanfireintensity12900kW/m).

Oursimulatedspreadrateswerehigherthanthosefound intheliterature(from0.2to1.1and1.53m/s).Forexample, theexperimentsofFernandesetal.onlowshrublands[1]

predictedlowervalues(from0,005to0,235m/s withan empiricalmodel)thanthoseweobtained.Thisisprobably linkedtodifferencesbetweenthewindvelocitytheyused

ABSTRACT

Pastfirerecurrenceimpactsthevegetationstructure,anditisconsequentlyhypothesized toalteritsfuturefirebehaviour.Weexaminedthefirebehaviourinshrubland-forest mosaicsofsoutheasternFrance,whichwereorganizedalongarangeoffirefrequency(0to 3–4firesalongthepast50years)andhaddifferenttimeintervalsbetweenfires.The mosaicwasdominatedbyQuercussuberL.andErica–Cistusshrublandcommunities.We describedthevegetationstructurethroughmeasurementsoftreeheight,baseoftree crownorshrublayer,meandiameter,cover,plantwatercontentandbulkdensity.We usedthephysicalmodelFiretectosimulatethefirebehaviour.Fireintensity,firespread, plantwatercontentandbiomasslossvariedsignificantlyaccordingtofirerecurrenceand vegetationstructure,mainlylinkedtothetimesincethelastfire,thenthenumberoffires. Theseresultsconfirmthatpastfirerecurrenceaffectsfuturefirebehaviour,with multi-layeredvegetation(particularlyhighshrublands)producingmoreintensefires,contrary tosubmatureQuercuswoodlandsthathavenotburntsince1959andthatareunlikelyto reburn.Furthersimulations,withmorevegetationscenesaccordingtoshrubandcanopy covers, will complete this study in order to discuss the fire propagation risk in heterogeneousvegetation,particularlyintheMediterraneanarea,withaviewtoalocal managementoftheseecosystems.

ß2015Acade´miedessciences.PublishedbyElsevierMassonSAS.Allrightsreserved.

Keywords: Firebehaviour

Physically-basedmodelFiretec Cork-oakwoodland(QuercussuberL.) Shrubland(Ericaarborea,Cistus) Vegetationstructure

andplantwatercontentvalues,sincetheirmodelwasfitted overprescribedfiresinprobablyfarlesssevereconditions thantheonesweusedforextremesummerconditionsin thisstudy.Moreover,Firetecsimulatesaninfinitelylarge firefront(cycliclateralconditions),increasingtherateof spread[17,23],incomparisonwithanabout10mlargefire front for Fernandes et al. [1]. Concerning fire intensity values, Trabaud [24] gives values between 8000 and 40,000kW/mforthecrownfires,whicharecoherentwith ourresults,asfortheworksofPimont[15].

These results confirmed our hypotheses: past fire recurrenceaffectsfuturefirebehaviour,withmultilayered vegetation (corresponding mainly to intermediate fire recurrence)producing moreintensefires.Further simu-lations,withmorevegetationsceneswithvariedshruband canopycovers,wouldcompletethisstudy.Thisstudyhas implicationsforthestand-scalemanagementofthese fire-proneecosystems.

1. Introduction

Connaıˆtre la combustibilite´ des peuplements et le comportement du feu pour les principaux types de ve´ge´tationestprimordialenre´gionme´diterrane´enne,ou` les incendies constituent une perturbation se´ve`re et re´currente. De nombreuses e´tudes et expe´rimentations visenta` identifieretquantifierlesfacteursinfluenc¸antle comportementdesfeuxafindere´duirelerisque d’incen-die,limiterl’impactdesfeux,lescontroˆleroupre´voirleur e´volutionentempsre´el[9,25–31].Parmicesfacteurs,les conditionsme´te´orologiquesettopographiques,ainsique lescaracte´ristiquesdelave´ge´tation,sontsouventretenues

[1,2,32].Encequiconcernelescaracte´ristiquesve´ge´tales, le comportement des feux (vitesse, intensite´, e´nergie libe´re´e...) est suppose´ varier selon la composition, la biomasseetlastructuredelave´ge´tation[1,3,4].

Lesfacteursducomportementdufeusontainsisoumis a` l’influence de facteurs naturels (dynamique de la ve´ge´tation, interactions entre espe`ces, sol, climat), a` l’action anthropique et aux perturbations. Diffe´rentes re´currencesdefeuxsurcinquanteansentraıˆnentdiffe´rents facie`sdestructureve´ge´tale[33],cequidevraitinfluencer enretour le comportement des feuxfuturs. En effet,la re´currencedesfeuxsetraduitparunemodificationdela structuredelave´ge´tationquiprivile´gielede´veloppement de la strate basse aux de´pends de la strate haute, en sachantque lacontinuite´ verticale ducouvertconstitue l’undesfacteurscle´scontroˆlantlecomportementdufeu. D’apre`slesbruˆ lagesdirige´setlesexpe´riencestire´esdes mode`les physiques les plus re´cents [1,27,34–36], les formationsve´ge´talesdenses ethomoge`nes favorisentla propagationd’unfeu.C’estlecasdeformationshautesa` Ulexparviflorus Pourr.en Espagne [9,29].Au sein d’une meˆmese´quencedeve´ge´tation,commecelledeslandesa` Ulex, le comportement du feu et le risque d’incendie varient en fonction du stade de de´veloppement de la ve´ge´tation[37].C’estpourquoiilestne´cessaired’e´tudier l’effet des diffe´rentesvariables descriptivesde la re´cur-rencedes feux: nombredefeuxet intervalledetemps entrelesfeux.

Dans les formations ve´ge´tales multi-stratifie´es, le comportementdufeuvarieselonlacontinuite´ a` l’inte´rieur des strates et entre strates. Ainsi, le feu se propagerait lentement, avec une faible intensite´, dans des commu-naute´s matures a` Quercussuber L. ayant un sous-e´tage clairseme´,alorsqu’ilseraitplusrapideetintensedansdes formationsarbore´esplusclaires,maisavecunsous-e´tage plusdense[10,36].

Lesvariationsdestructuredeve´ge´tation(he´te´roge´ne´ite´ verticaleethorizontaledelave´ge´tation)sont particulie`-rement fortesdans les e´cosyste`mesme´diterrane´ens, du faitdelacoexistencedenombreusesespe`cesligneuseset herbace´esdontlestraitsdeviere´pondentaure´gimedes feux[38].Lese´cosyste`messoumisa` desfeuxre´currents peuventd’ailleurspre´senterunepertedere´silience[39– 43]. Il existe ainsi une large gamme de structures de ve´ge´tationenre´gionme´diterrane´enne,depuisles forma-tionsherbace´es,puisarbustivesdomine´espardesespe`ces ligneusesbassesjusqu’auxforeˆtshe´te´roge`nes.Demeˆme, l’e´chelled’he´te´roge´ne´ite´ ducombustible(delaparticuleau paysage) esttre`svariable. Ainsi, lese´cosyste`mes me´di-terrane´ens concernent une ve´ge´tation particulie`rement he´te´roge`nespatialement[5,6].

L’objectif de cette e´tude estd’e´valuer l’impact de la re´currencepasse´edesfeux(nombredefeuxen50ans)sur le comportementdes feux futurs.Deux de´marchessont possibles pour tester l’influence de la structure de la ve´ge´tationsurlecomportementdefeux: l’expe´rimenta-tionoulamode´lisation.Lesexpe´rimentationsinsitusont raresetplutoˆtissuesdebruˆ lagesdirige´s,qui correspon-denta` desfeuxpeuintensesre´alise´shorssaisonestivalea` fort risque [36,44]. C’est pourquoi les de´marches de mode´lisation, empirique ou physique [45–47], sont souvent utilise´es. Dans la pre´sente e´tude, nous avons proce´de´ parmode´lisationenutilisantlemode`lephysique dufeuFiretec[15,16].Pourcela,nousavonse´tudie´ une se´quence de ve´ge´tation me´diterrane´enne depuis les maquisbas bruˆ le´sdemanie`rere´currenteverslesforeˆts maturesousubmaturesdecheˆnesa` longintervalleentre feux,voirenonbruˆ le´esen50ans.Peudesimulationsdefeu ont de´ja` e´te´ re´alise´es a` partir de sce`nes de ve´ge´tation de´critespre´cise´mentsurleterrain,lesmilieuxenProvence calcaireayantd’ailleurse´te´ pluse´tudie´squeceuxsursilice

[15].Cetravailestenfindestine´ a` enrichirnotrebasede connaissancesafindemieuxge´rercestypesdeve´ge´tation surlelongtermepourdiminuerlerisqued’incendie.

2. Mate´rieletme´thodes

2.1. Sited’e´tudeete´chantillonnage

Lesited’e´tudeestinclusdanslapartienord-estdumassif desMauresdansleVar,sursubstratge´ologiquehomoge`ne (granitiqueetgneissique).Ilpre´sentecinqprincipauxtypes deve´ge´tation,quel’onpeutretrouverdanslesclassifications europe´ennes, telles que Prometheus [11,12] ou EUNIS

[13]. Ilscomprennent : lesmaquisbas ou« Lowshrub » (de hauteur infe´rieure a` 1m) domine´s par les cistes CistussalviifoliusL.,C.albidusL.andC.monspeliensisL.,les maquismoyensou «Medshrub» (hauteurde1 a` 3m)a`

biomassefaiblea` forte,domine´sparlescistes (principale-ment Cistus monspeliensis) et le calycotome Calicotome spinosaLink,lesmaquishauts(3a` 6m)ou«Highshrub» domine´sparlabruye`rearborescenteErica arboreaL.,les suberaies sur maquisou « Woodshrub» et lescheˆnaies mixtesou«Woodland»(cheˆne-lie`ge,cheˆnevertetcheˆne pubescent : Quercus suber L., Q. ilex L. et Q. pubescens Willdenow).Cettediversite´ defacie`sre´ponda` unemosaı¨que defeuxqui,connuesurlescinquantedernie`resanne´es,a permis de classer 51 placettes de 400 m2 (surface ge´ne´ralementutilise´eenphytoe´cologie pouranalyserles composition,structureetbiomasse)encinqmodalite´sde re´currencedefeuxselon lenombre defeuxetle temps depuisledernierfeuetl’avant-dernierfeu.L’historiquedes feux a e´te´ obtenu par photo-interpre´tation et analyse d’imagessatellitespourlesfeuxlesplusre´cents(Fig.1).Les modalite´sdere´currencedefeux,lesvariablesdefeuetles typesdeve´ge´tationsontindique´sdansleTableau1. 2.2. Lemode`leFiretec

Firetecestunmode`lephysiquedefeu,tridimensionnel, de transport a` deux phases de´veloppe´ initialement au laboratoire de Los Alamos et co-de´veloppe´ par l’Inra d’Avignon depuis 2004. Le mode`le est de´crit dans les

publications suivantes [14,16]. Il permet de simuler le comportementdufeudansdes combustiblescomplexes (he´te´roge`nes etmulti-stratifie´s),car ilspatialise explici-tement le combustible sur un maillage tridimensionnel (avec une re´solution voisine de 2m). De plus, Firetec calculelechampdeventenfonctiondescaracte´ristiques localesdelave´ge´tation,maisaussidelatopographieetdes conditionsme´te´orologiquesambiantes.Danslemode`le,la propagation du feu re´sulte de la combinaison de trois processussimultane´s:lacombustiondeparticulessolides, le transfert d’une partie de la chaleur e´mise par la combustion,puissonabsorptionparlecombustiblenon bruˆ le´,etenfinl’inflammationdececombustible.Lemode`le estbase´ suruneapprochedetransportenphasegazeuse en incorporant le processus de la combustion et les e´changes de chaleur convectifs et radiatifs. Il permet d’aborderungrandnombredeproble`meslie´sauxfeuxde foreˆts,quecesoita` l’e´chelledupaysageoudelaparcelle forestie`re incluant des traitements de pre´vention des incendies. Un grand nombre de validations ont e´te´ conduitesaveclemode`le.Celles-ciconcernentlescalculs d’e´coulements[48],lecomportementdufeuenpre´sence de topographie [17], la propagation du feu dans des garrigues me´diterrane´ennes [16], la sensibilite´ de la vitesse depropagation a` la densite´ etla teneur eneau

Fig.1.Aired’e´tudeaveclenombredefeuxdepuis1959dansl’EstdumassifdesMaures(Var,SuddelaFrance).L’historiquedesfeuxestbase´ surplusieurs basesdedonne´esme´diterrane´ennesetl’interpre´tationd’imagessatelliteetphotographiesae´riennes.Lesplacettessontindique´espardesnombresapre`s «mc».

du combustible dans des maquis espagnols [18], la propagationdufeudansdescanope´es[19–21], l’interac-tionentrepanachesdanslecontexteducontrefeu[16],les pre´dictionsdefluxradiatifsa` l’interfacehabitat/foreˆt[20], ainsi que la vitesse et la tempe´rature des gaz dans le panache[22].

2.3. Descriptionducombustible

Afindeprendreencomptel’he´te´roge´ne´ite´ du combus-tible et sa contribution a` la propagation du feu, les parame`tresimportantsdansladescriptionducombustible sontsacharge etsonrecouvrement. Ainsi,pourchaque espe`cecaracte´risantlestypesdeve´ge´tation,les parame`-tressuivantsonte´te´ retenus:lahauteur(me`tres),labase du houppier vert ou bas de la strate (m), la taille caracte´ristiqueoudiame`tremoyendel’individuL(m)et lerecouvrement (%).Troiscompartiments deve´ge´tation sontconside´re´s:lesarbres,lesarbustesisole´setlesnappes de ve´ge´tation basse constitue´es de ligneux bas et/ou d’herbace´es(voirAnnexe).Lespourcentagesde recouvre-ment peuvent de´passer 100 % par compartiment et/ou pourl’ensembledeceux-cidanslemaillageconstituantles sce`nesdeve´ge´tationdansFiretec,dufaitdela superposi-tion des trois compartiments ou du recouvrement des espe`ces au sein d’un meˆme compartiment. Les espe`ces ayantunfaiblerecouvrement(seuilfixe´ de5a` 10%pour des espe`ces n’e´mettant pas de compose´s organiques volatilesinflammables [49,50]pouvant favoriserla pro-pagationverticaleethorizontale)n’ontpase´te´ prisesen compte,carellesnejouentpasunroˆlesignificatifdansla propagationdufeu,ce quipermete´galementdenepas alourdirlescalculsengendre´slorsdelasimulation.

A` partirdecettedescriptiondelastructure ve´ge´tale, chaque type de ve´ge´tation re´pondant a` une classe de re´currencedefeuae´te´ subdivise´ enunfacie`smoyeneten deuxvariantesdecefacie`squiluisontparticulie`rement diffe´rentes. Le facie`s moyen a e´te´ calcule´ a` partir des moyennesde chaque variable de´crivant la structure de ve´ge´tation (1 a` 5). Le facie`s a correspond aux facie`s typiques et le facie`s baux facie`s alternatifs avec strate basseplushaute,cesvariantespermettantdeconstituerun e´cart-typeautourdestypesmoyens.

2.4. Mode´lisationdelave´ge´tationetdesateneureneau D’autres donne´es ont ensuite e´te´ re´colte´es pour comple´ter ces variables descriptives issues du terrain : la teneur en eau et la masse volumique des diffe´rents ve´ge´taux. Les teneurs en eau des espe`ces rapporte´eau

poids sec sont issues des donne´es du re´seau de surveillancehydriquedelave´ge´tationme´diterrane´enne (http://www.reseau-hydrique.org/).Lesteneursretenues sont des valeurs moyennes en conditions estivales se´ve`res a` tre`s se´ve`res (15 juillet au 15 aouˆ t) sur la pe´riode1996–2006.Lesdonne´esdemassevolumique

r

(kg/m3_{),ainsiquelerapportsurface/volume}

_s

e´te´ recueilliespourlesfeuillesetlesrameauxinfe´rieursa` 2mmdanslecadreduprogrammeeurope´enFireParadox

[51].Cestypesdeparticulessontlesseulesconside´re´es danslasuitedel’e´tudeentantquecombustiblefinqui participeactivementa` lapropagationdufeu.Lesdonne´es pourlesparticulesmortesn’e´tantpastoujours disponi-bles, une seule espe`ce juge´e importante dans le comportementdufeuae´te´ utilise´e:E.arboreaL.(espe`ce structurantematurea` se´nescente).Lorsquelesdonne´es n’e´taientpasdisponiblesdansla basededonne´es,elles ont e´te´ extrapole´es a` partir d’espe`ces posse´dant les meˆmes caracte´ristiques et corrige´es a` partir d’indices commeleleafareaindex(LAI)[52].

L’ensemble de ces parame`tres est inte´gre´ dans un e´diteurdecombustibleavantsimulationetobtentiondes principalesvariablesdecomportementdefeu(Fig.2).Ce mode`lepermetlessuperpositionsdestrateslorsque celles-ci sontdisjointes (arbres/arbustes).Quatre fichiers sont alorsconstitue´setcorrespondenta` destableauxcontenant lesvariationsspatialesdeladensite´ ducombustiblefin, c’est-a`-diredufeuillagea` l’e´chelledelaplante,durapport surface/volumedececombustiblefin,delateneureneau ducombustiblefinetdelahauteurre´elledeve´ge´tation danslamaille.Afindeve´rifierlere´alismedessce`nesde ve´ge´tationge´ne´re´es,desvisualisationssousFireParadox Fuel Manager (FPFM) et sous R [53] ont e´te´ re´alise´es (packagesakima,ellipse,rgl).

2.5. LessimulationsavecFiretec

Afindetesterl’effetdelastructuresurlecomportement defeu,lessimulationssonteffectue´esdansdesconditions deventambiantidentiques.Lessimulationssontre´alise´es avecunventde10m/s(36km/h)a` 40mdehauteur.L’air ambiantestsuppose´ seceta` unetempe´raturevoisinede 308C. Ledomaine de calcul estde32040m. Laligne d’allumage estsitue´e a` 80m de la frontie`re amont du domaine (x=80m). La zone d’e´tude pour les calculs d’intensite´ dufeuetdevitessedepropagationestsitue´e sur100mdepropagation(entrex=140et240m).Dansle cas de feuxqui s’e´teignentavant la fin dudomaine de simulation, on donne les caracte´ristiques en de´but de propagation.

Tableau1

Classesbase´essurlare´currencedesfeux,donne´esobtenuesa` partird’analysesd’imagessatellitairesetphotographiesae´riennesdepuis1959. Classede re´currence defeu Nombrede feuxdepuis 1959 Temps(ans) depuisle dernierfeu Anne´edu dernierfeu Temps(ans) depuis l’avant-dernier dernierfeu Anne´ede l’avant-dernier feu Typesdeve´ge´tation dominants

1 0,controˆle 47 1959aumoins Inconnu Inconnu Suberaies,cheˆnaiesmixtes 2 1 16 1990 31 1959aumoins Maquishauts

3 2 16 1990 26 1964 Maquismoyenssoussuberaies

4 2–3 16 1990 5 1985 Maquismoyensarbore´s

2.6. LesvariablesphysiquesdefeuensortiedeFiretec Les donne´es de sortie de Firetec sont les variables thermodynamiquesde´crivantl’e´tatdelamatie`re (ve´ge´ta-tionetairouphasegazeuse),calcule´esenchaquepointdu domaine au cours du temps. Il est alors ne´cessaire d’effectuerdespost-traitementspourobtenirlesdonne´es suivantes:biomassesinitialeetfinale(partconsomme´eou perteenmasse),teneurseneauinitialeetfinale(donnant laperteeneau),positiondufrontdefeuaucoursdutemps, vitessedepropagation(RateofSpread[RoS])aucoursdu tempsetintensite´ (kW/m)aucoursdutemps.L’intensite´ estcalcule´esurlabasedelaconsommationinstantane´ede combustible en fonctiondu temps, selon la formule de Byram[54]:

I¼18000DM

L ,avec

D

2.7. Analysesdedonne´es

Nousavonsre´alise´ destestsdecomparaisonmultiples (testsnonparame´triquesdeKruskal-Wallis,suivisdetests de Student-Newman-Keuls lorsque l’hypothe`se nulle

H0 e´tait rejete´e) [55] pour observer les relations entre

lesdiffe´rentesvariablesdesortiedumode`lede compor-tementdefeuselonlescinqmodalite´sdere´currencede feux. Cesanalyses statistiques ont e´te´ re´alise´es sousle logicielR[53](packagesade4andvegan)etStatgraphicsTM [56].

3. Re´sultats

3.1. Lesfacie`sdeve´ge´tationpre´sententdiffe´rentes caracte´ristiquesdecombustibilite´

LeTableau2montre l’e´volutiondurecouvrement en arbres,arbustesetnappespourles15typesse´lectionne´s (de´tailsenAnnexe)avantsimulationducomportementde feu par Firetec. Pour les types de ve´ge´tation classe´s moyens, le recouvrement des strates basses (herbace´es etarbustives)diminuequandlastratehauteaugmente.Les typesa indiquentenge´ne´ral des dominancesmarque´es arbore´esouarbustives,alorsquelestypesbsontplutoˆt caracte´rise´s par une strate basse surde´veloppe´e et une stratehautesous-de´veloppe´e.Lorsquelerecouvrementest proche,commepourlestypes1(cheˆnaies)et4(maquis moyensarbore´s),quiconcernentpourtantdesve´ge´tations

Fig.2.(Couleurenligne).De´marchege´ne´raledetravail,deladescriptiondelave´ge´tationa` l’obtentiondessortiesdumode`ledecomportementdefeu. MVR:massevolumeratio;SVR:surfacevolumeratio;RoS:RateofSpread(vitessedepropagationdufeu).

Tableau2

Recouvrementsdeve´ge´tationparstratepourchaquetypeteste´.

Modalite´ defeu/facie`sdeve´ge´tation Strates %Recouvrement (typemoyen) %Recouvrement (variantea) %Recouvrement (varianteb) 1/Suberaie–cheˆnaie Haute 40 60 44 1/Suberaie–cheˆnaie Basse 43 33 28

2/Maquishaut–suberaies/maquis Haute 29 24 49 2/Maquishaut–suberaies/maquis Basse 52 75 51 3/Maquismoyen–suberaiesurmaquis Haute 27 60 18 3/Maquismoyen–suberaiesurmaquis Basse 56 40 52

4/Maquismoyenarbore´ Haute 38 19 19

4/Maquismoyenarbore´ Basse 40 67 68

5/Maquisbasa` moyen Haute 17 18 20

tre`sdiffe´rentes,ilestne´cessairederegarderleschargeset leshauteursdesespe`cesdanschaquetype.Malgre´ lefaible effectifdessimulations,l’ensembledecesdonne´espermet de traiter une gamme de situations assez large. A` titre d’illustration sont pre´sente´es sur la Fig. 3 les sce`nes re´alise´essousRpourlestypesaetb.

3.2. Lecomportementdufeupre´ditenfonctiondesmodalite´s dere´currencedesfeux

Lessortiesdumode`lesontre´sume´esdansleTableau3

etillustre´esdanslaFig.4.Lesvaleurssontdesmoyennes, sauf lorsque le feu s’arreˆte (valeurs de´signe´es par un aste´risque).

Nosre´sultatsconfirmentquelecomportementdufeu varieselonlescinqclassesdere´currencedefeuxpasse´s, avec un effet de la structure de la ve´ge´tation et des conditions de simulation. D’une part, la densite´ du recouvrementdelastratehautedeve´ge´tationatte´nuele vent ausol,contrairementa` celuidelastratebasse qui augmentelesvariablesdufeu(vitesse,intensite´,pertesen masseet eneau).On peutciterenexemple le compor-tement defeudutypemoyen 2(maquishaut),avecun recouvrementmoyenausolde52%,contreseulement29% derecouvrementarbore´,cequiinduitdesvitessesduvent ausolsuffisantespourlapropagationausoletencime. D’autrepart, lesvitessesetintensite´ssontd’autant plus fortes que la biomasse et la connexion spatiale sont importantes. Citons le type 3a (suberaie sur maquis moyen) dontlerecouvrement reste faibleausol (38 %) encomparaisondurecouvrementarbore´ (63%),maisavec uneforteconnexionspatialeentraıˆnantuneaugmentation delavitesseetdel’intensite´ dufeu.Lesdistancesentreles individussontdel’ordredume`tre,cequisetraduitdans Firetecparuncouvertassezcontinuethomoge`ne(maille

Tableau3

PrincipalessortiesdeFiretec. Modalite´sde feu/facie`s deve´ge´tation Typemoyen a b RoS(km/h) 1 0,72* 0,00* 0,432* 2 3,78 4,068 1,656 3 3,924 5,508 2,196 4 1,26* 3,492 2,844 5 1,404 1,584 1,116 Intensite´ (kW/m) Typemoyen a b 1 1000,00* 450,00* 280,00* 2 9800,00 14600,00 3000,00 3 7960,00 12900,00 5800,00 4 1700,00* 7830,00 6270,00 5 2100,00 780,00 1640,00

Perteenmassedelacanope´e(%) Typemoyen a b 1 1,10 0,16 0,00 2 69,74 67,69 46,53 3 64,00 68,72 52,17 4 8,93 66,50 66,48 5 31,08 18,18 30,08 Perteeneau(%) Typemoyen a b 1 2,10 1,20 0,90 2 60,00 64,60 42,10 3 55,20 59,10 44,90 4 4,80 56,20 51,70 5 26,10 20,00 34,00

*Signifiequelefeus’estarreˆte´.

Fig.3.(Couleurenligne).Descriptifsetsce`nesdeve´ge´tationparplacettede400m2

pourlescinqmodalite´sdere´currencedefeux.Lestroiscompartiments (arbres,arbustesetnappesdeve´ge´tation)apparaissentselondescouleursdiffe´rentesparespe`ce(arbresetarbustes:marronfonce´ :QuercussuberL., marronclair:QuercusilexL.,bleu:EricaarboreaL.,blanc:CalicotomespinosaLink)oupourl’ensemble(vert:nappe).SBH:surfaceterrie`re(m2

de2m).Latailledelacanope´esesitueentre1,60m(bas)et 5m(haut)etlateneureneauestvoisinede60%dupoids sec(cequiestfaiblepourdesarbres).Lesous-e´tageest marque´ parladominanced’E.arboreaL.,avecdesindividus assezdensesetparfoisse´nescents.Enfin,lefeudutype4a (maquismoyen)estrapideetd’intensite´ e´leve´e,moinsque 4b(variante),vraisemblablementenraisondesdiffe´rences de composition et de la pre´sence d’individus morts de Calicotome(teneureneau10%).

3.3. Lacombustibilite´ diffe`re-t-elleselonlare´currencedefeux passe´s?

Les analyses de variance montrent des diffe´rences significativespourlavitessedepropagation,l’intensite´ du frontdeflammes,laperteenmasseetlaperteeneau,avec desvaleursmaximalespourlesmodalite´s2et3a` tempslong depuisledernierfeuetpeudefeuxencinquanteans(1a` 2), repre´sente´esparlesmaquishautsetmoyens,soussuberaie plus ou moinsclaire(Fig.5). Lesdiffe´rences sonttoutes significatives (tests SNK, p<0,05), mais de fac¸on plus contraste´epourlaperteenmasse,lavitessedepropagation dufeuetl’intensite´ (corre´le´esa` p<0,001).L’effetdutemps depuis le dernier feu (tests SNK, p<0,01 ou<0,05) est toujourssupe´rieura` celuidunombredefeux(testsSNK, p<0,05)(Fig.6).L’effetdutempsdepuisl’avant-dernierfeu estaussiteste´ (l’intervalleentrelesfeuxpouvantaffecterla combustibilite´ comme la re´silience), mais il ne montre aucuneinfluencesignificative.

4. Discussion

En termes de re´currence de feux, les analyses de variance montrent que les variables de feu les plus influentes sont le temps depuis le dernier feu, puis le nombredefeux.Seizeansapre`sledernierfeu,labiomasse s’est accumule´e suffisamment pour entraıˆner une forte combustibilite´ (formantnotammentdes maquishautsa` connexions spatiales tre`s marque´es), alors que pre`s de 50ans sans feu permet l’installation de formations arbore´es auto-protectrices en termes de combustibilite´ (cheˆnaiesmixtessurtout).

Encequiconcernelerecouvrementve´ge´tal,celuides stratesbasses(herbace´esetarbustives)diminue ge´ne´ra-lementquandlastratehauteaugmente,limitantainsiles apportsenlumie`reetexerc¸antunecompe´titionpourles ressourcesdusolauxde´pensdusous-e´tage.Unenotionde seuilderecouvremententrelesstrateshauteetbasseest apporte´eparlerapprochementducomportementdefeu dutype4(maquismoyenarbore´)avecletype2b(suberaie sur maquis haut) dont le recouvrement total atteint environ 100 %: le feu s’y propageant plus que dansle typemoyen4,ou` ilralentit,onpeutsupposerqu’unseuil derecouvrementpourraitsesituerentre40et50%pour chacunedesstrates.

Ainsi,onconfirmeuneabsencedepropagationdufeu en facie`s submatures non bruˆ le´s depuis au moins cinquanteans,enraisondurecouvrementausol insuffi-sant et d’un fort couvert arbore´ empeˆchant le vent

Fig.4.(Couleurenligne).Simulationsducomportementdefeuenfonctiondesfacie`sdeve´ge´tationetdesmodalite´sdere´currencedefeu(vitessedeventde 10m/sa` 40mdehautsurundomainede320m80m).Lesprincipalescaracte´ristiquesdecombustibilite´ (intensite´,vitessedepropagationouRoS, combustion)sontpre´cise´es.Lessce`nessontobtenues150sapre`sallumage.

d’augmenter au sol, puis une intensite´ du feu qui globalement de´croıˆt, avec une re´currence des feux croissante, depuis les maquis hauts et suberaies sur maquisjusqu’auxmaquismoyensa` bas(typesayantsubi de1a` 3ou4feuxencinquanteans).

L’observationdesuberaiessurmaquisparticulie`res(de type3a)avecunepropagationdufeud’abordencimeen estunbonexemple,alorsqu’unetellechoseestraresurle terrain et que le feu simule´ pre´sente des vitesses et intensite´sfortes.

Ces re´sultats confirment nos hypothe`ses de de´part, selon lesquelles des formations arbustives matures (maquishauts),enraisondeleurfortecontinuite´ verticale etdeleurproportiondeparticulesmortes,entraıˆnentdes feuxplusintenses. Celarejoint l’approcheparun indice the´oriquederisquedepropagationpropose´ parplusieurs auteurs [9,29,37], ou` un niveau de risque maximal est observe´ dans les maquis hauts a` sous-e´tage mature a` se´nescent(Fig.7).

Lesvitessesdepropagation pre´ditesparFiretecpour desgrandsfeuxsousconditionsextreˆmessont compati-blesaveclesfeuxobserve´sen2003dansleVar[57].Les vitessesdefeuobtenuessurnosquinzetypesdeve´ge´tation sontlogiquementplusfortesquedanslesbruˆ lagesdirige´s deFernandesetal.[1](0,005a` 0,235m/s)conduitssurdes facie`ssemblables(formationsarbustivesbassesd’Ericaet Chamaespartium).LestravauxdeStocksetal.[58]etTaylor etal.[59]fournissente´galementdesvaleursendessousde

cellesobtenuesavecFiretec(del’ordrede1m/s).Ceciest probablement lie´ aux diffe´rences de types ve´ge´taux, conditions de vent et d’humidite´ du combustible. De plus, Firetec utilise, dans la pre´sente e´tude, un front infinimentlargedefeu(conditionslate´ralescycliques),et onsaitquela vitessedepropagationaugmente avecla largeurdu frontdefeu [60,61]. Lesbruˆ lagesdirige´sde Fernandesetal.[1],commelesexpe´riencesdeStocksetal.

[58], font quelques dizaines de me`tres de large. Les simulations re´alise´es avec Fireteccorrespondent a` des conditions se´ve`res (vent moyen proche de 40km/h, faiblesteneurseneau,etc.),contrairementauxbruˆ lages dirige´s,quis’effectuent toujoursenconditions climati-ques moins se´ve`res (printemps, hiver) afin de rester controˆlables(feuxd’intensite´ faible).Lesteneurseneau descombustiblesmortsonte´te´ fixe´esa` 10%,tandisque cellesdeFernandesetal.[1]onte´te´ observe´esentre14et 21 %.Par ailleurs, la hauteurde flamme estfortement relie´ea` l’intensite´ delachaleurdufrontdefeu[1].Trabaud

[62]fournitdesvaleurs d’intensite´ d’apre`sVanWagner pourlesfeuxdecime:entre8000et40000kW/m.Ces valeurs sont un peu plus e´leve´es que celles de nos re´sultats.Celaeste´galementa` relieravecl’inflammabilite´ propredesespe`ces,quide´pende´galementdesteneursen eau et du rapport surface/volume des particules. Des e´chelles d’inflammabilite´ ont d’ailleurs e´te´ propose´es, pouvantaidera` lagestiondurisqued’e´closiondesfeux selonlepeuplementconside´re´[63].

Fig.5. Analysedevariancedesprincipalessortiesdumode`le:moyennes,erreurstypesetgroupesenfonctiondestypesdeve´ge´tation(testsnon parame´triquesdeKruskal-Wallis,suivisdestestsdeStudent-Newman-Keulslorsquel’hypothe`senulleestrejete´eafind’obtenirdesgroupesdevariation, affecte´spardeslettresminusculesenhautdesgraphiques).

Fig.6.Effetsdutempsdepuisledernierfeuetdunombredefeu:moyennes,erreurs-typesetgroupeshomoge`nes(testsKWetSNK)pourlavitessede propagation,l’intensite´,laperteenmasseetlaperteeneau.

5. Conclusions

La re´currence des feux affecte la structure de la ve´ge´tation,etsubse´quemmentlecomportementdufeu: lestypesdeve´ge´tationayantsubiunere´currencedefeux aucoursdesdernie`resde´cenniesmontrentdesvariations significativesdecomportementdufeuenperteenmasse, envitessedepropagation,enintensite´ dufeuetenperteen eaudelave´ge´tation.Lesre´sultatssontcohe´rentsavecles hypothe`sesdede´part:uneabsencedepropagationdufeu en facie`s submatures non bruˆ le´s depuis au moins cinquanteans,puisuneintensite´ dufeuquiglobalement de´croıˆtavecunere´currencedesfeuxcroissante,depuisles maquishautsetsuberaiessurmaquisjusqu’auxmaquis moyensa` bas(typesayantsubideuna` troisouquatrefeux en cinquante ans). Des taux de recouvrement sont souligne´sentrelesstrateshauteetbasse,entraıˆnantdes seuilsdepropagation dufeuquipeutpasser ounonen cime.Lacompositioneste´galementcontributive,demeˆme que la proportion en particules fines e´ventuellement se´nescentes. Ces re´sultats apportent des nuances aux simulations, ge´ne´ralement re´alise´es sur un type de ve´ge´tationen particuliera` partird’estimations visuelles de recouvrement et biomasse, et a` partir de mode`les empiriquesousemi-empiriquesdufeu:ainsi,lessuberaies surmaquisetlesmaquisarbore´speuventrepre´senterdes combustibilite´sfortesdufaitdeleurcontinuite´ verticale, quineparaıˆtpastoujoursaveclaseuleconside´rationdu recouvrement.

Connaissant cette hie´rarchie de combustibilite´ pour quinzefacie`sde ve´ge´tation re´pondanta` cinq classes de re´currencedefeux,leseffortsdesgestionnairesdurisque d’incendiepourraienteˆtrecible´ssurlesmaquishautsetles suberaiessurmaquisa` forteconnexionspatiale.Unee´tude approfondieavecplusdesimulationspermettraitd’aller plus loin dans les diffe´rences inter- et intra-types de ve´ge´tationafindepassera` l’e´chelledupaysage.Ilpourrait aussieˆtreinte´ressantdecompareretvaliderlesre´sultats

obtenus par la mode´lisation avec l’avis d’experts du comportement du feu, notamment de pompiers. Cela ne´cessiterait un protocole spe´cifique de se´lection des personnes et de choix des variables qualitatives et quantitatives.Certainsauteurs[64]onteffectue´ unetelle de´marche de recueil d’expertise, notamment en faisant varierl’abondancedusous-e´tageetl’irre´gularite´ structu-rale(exprime´epardesvariationsdediame`tredestroncs). Remerciements

Cettee´tudeae´te´ re´alise´eene´troitecollaborationavec l’Inra d’Avignon dans le cadre du projet europe´en Fire Paradox a` travers la phase de pre´paration des fichiers d’entre´e,laphasedesimulationsetdepost-traitementsdes donne´es desortie,etl’analyse ducomportementdefeu. Nous remercions chaleureusement E´ric Rigolot sur la validationdela de´marche etnoscolle`guesduCemagref ayant participe´ a` ce travail, du terrain au laboratoire : SamuelAlleaume,JonathanBaudel,LaurentBorgniet,Simon Brewer, Aminata N’Diaye Boubacar, Olivier Chandioux, RolandEste`ve,AnneGanteaumeetWillyMartin.

AnnexeA. Mate´rielcomple´mentaire

Lemate´rielcomple´mentaireaccompagnantlaversionen ligne de cet article est disponible sur http://www. sciencedirect.com et http://dx.doi.org/10.1016/j.crvi.2015. 10.001.

Re´fe´rences

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Niveau de risque d’incendie Stade de développement maquis bas (sous-étage jeune) maquis haut (sous-étage mature à sénescent) suberaie sur maquis bas moyen haut

chênaie dense mixte maquis moyen (sous-étage intermédiaire) biomasse arbustive biomasse arbustive, connexions spatiales, éléments morts biomasse arborée, connexions spatiales, éléments morts biomasse arborée

Fig.7. Sche´madel’e´volutiondurisqued’incendie(e´closionetpropagation)enfonctiondustadedede´veloppementdelave´ge´tation.Lesfacteurs influenc¸antlepassaged’unstadeaustadesuivantsontpre´sente´spardesfle`ches.

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