Modélisation de la propagation d'un feu de végétation par thermographie infrarouge

par Frederic Rinieri

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Jacques-Henri Balbi.

Soutenue en 2004

à Corte .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l'utilisation d'une caméra infrarouge pour la détermination des paramètres d'un modèle de propagation semi-physique. Pour cela, un modèle de propagation simplifié a été développé. Ce modèle est une simplification du modèle de propagation d'un feu de litière développé par l'équipe " feux " de l'Université de Corse. C'est un modèle à une équation représentant de manière globale les échanges entre la zone de combustion et son environnement immédiat. Il est qualifié de semi-physique car il a un noyau physique et contient une part d'empirisme pour l'identification des paramètres. La température est une variable importante pour notre démarche, il faudra connaître ses variations au cours du temps. Jusqu'à présent la température était mesurée par thermocouple. Notre équipe s'oriente vers un passage à l'échelle du terrain. En sachant que nos paramètres sont liés aux dimensions du feu et dans un but opérationnel, une simplification du modèle ainsi que de la méthode d'identification est donc nécessaire afin d'avoir un temps de calcul inférieur au temps réel. Cependant l'utilisation de thermocouples pour la mesure des températures présente des inconvénients évidents. C'est pour cette raison que l'emploi d'une caméra infrarouge paraît plus adapté. La caméra utilisée pour cette étude est une caméra matricielle. Elle fournit des données de sorties appelées niveaux numériques DL proportionnels aux flux. Une des difficultés rencontrées lors de mesure par thermographie est la conversion de niveau numérique en température. En effet, pour établir cette correspondance, il existe un formalisme qui découle de la loi de Planck. Une méthode originale a été proposée pour la mesure de température des flammes. Ainsi, pour une gamme de température ou une configuration donnée de la caméra infrarouge, nous pouvons représenter la réponse de l'appareil par une loi en T4 proportionnelle aux niveaux numériques. Cette conversion a été testée pour plusieurs types de flamme ce qui a permis de montrer qu'une caméra infrarouge peut-être utilisée comme mesureur de température dans le suivi de feux réels. Dans les flammes, il y a des zones de température quasi-constante, les paramètres de notre relation sont donc inchangés. Le calcul de la température de flamme pour quelques végétaux, nous a permis de valider notre relation de conversion des niveaux numériques en température. Cette température dépend de la concentration de dioxygène. Pour la déterminer, lors d'une réaction de combustion, le modèle stoechiométrique ne convient pas, les températures sont surestimées. Une évolution d'un modèle adiabatique est donc proposée, en tenant compte de l'excès de dioxygène contenu dans une forme géométrique conique. Ce modèle adiabatique amélioré est appliqué et validé par l'éthanol et quelques végétaux.

  • Titre traduit

    Modelisation of the propagation of a fire vegetation infra-red thermography


  • Résumé

    This work consists in using an infra-red video in order to determine the parameters of a semi-physical model of propagation. To do that, a single model of propagation has been developed. This model is a simplification of the model of propagation of fire developed by the team "fire" of the University of Corsica. Such a model is supported by a single equation that indicates in a global way the exages between the burning zone and its nearest environment. It is known as "semi-physical model" because it is partially based on a part of empirism for the identification of a parameters. The temperature is an important parameter in the approach of the problem, it will be necessary to know its variations with time. So for, the temperature was determined by thermocouple. Our team tends to direct the size of the field. Knowing our parameters include the importance of the fire and to be efficient a simplification of the model as well the method of identification is therefore necessary in order to get a time of calculation inferior to real time. Nevertheless, using thermocouple to measure the temperatures has got obvious disadvantages. That's the reason why the use of an infra-res video seems more efficient. The video used for that study is matrix video. It provides data called digital levels DL which depend on heat flow. One of the problems when measuring by thermography is converting the digital levels into temperature. Indeed, on order to match the two, there is a formalism derived from the Planck'law. An original method has been proposed to measure the temperature flames. So, for a scale of temperature or a given outline frome the infra-red video, it's possible to produce the answer from the instrument by a law in T4 in proportion with the digital levels. That conversion has been tested for several types of flames which have enabled to show that an infra-red camera can be used to measure the temperature in case of real fires. In flames, there are quasi regular zones of temperature, so the parameters of our relation remain unchangeg. The degree of the temperature of the flames for some vegetation has enabled us to test our relation of the conversion digital levels into temperature. This temperature depends on the concentration of dioxygene. To calculate it, at the time of a reaction of combustion, the stoechiometric model is not appropriate, the temperatures are over evaluated. That is why an evolution of an adiabatic model is thus proposed, by holding account of the excess of dioxygene contained in a conical geometrical shape. The improved adiabatic model is practised and authenticated by ethanol and some vegetal samples.

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Informations

  • Détails : 296 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 79 réf.

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