Impact of vegetation and relief on extreme forest fires : study of degradation, accumulation and combustion properties of volatile organic compounds from forest fires
Influence de la végétation et du relief dans les feux de forêt extrêmes : étude de la dégradation, de l'accumulation et des propriétés de combustion des composés organiques volatils issus des feux de forêt
Résumé
Els bombers mediterrànis s’afronten regularment a inflamacions sobtades de la vegetació amb
mecanismes que no són ben identificats encara. Vist que la vegetació és el únic combustible, ens hem
focalitzat sobre el potencial d’acumulació dels gasos que provenen de les plantes mediterrànies. Tot
primer, vam escollir quatre dels principals Compostos Orgànics Volàtils (COV) biogènics
mediterrànis amb l’objectiu d’estudiar la seva degradació tèrmica gràcies a un dispositiu de piròlisi
flash i un forn tubular. A partir d’aquesta experimentació inicial i de les publicacions científiques,
vam escollir una mescla de COV representatius dels incendis forestals dels quals α-pinè, el principal
COV identificat en les plantes, i benzè, el principal COV detectat en el fum dels incendis forestals.
Així, vam determinar la inflamabilitat de mescles α-pinè/benzè/aire focalitzant-nos sobre les seves
propietats de combustió com la probabilitat d’ignició, l’energia mínima d’ignició i l’estabilitat de la
flama en relació a la seva velocitat. Aquestes experimentacions van ser realitzades en cambra de
combustió. Les inflamacions sobtades produïnt-se en zones estretes, el último capítol es refereix a
l’estudi de l’acumulació de gasos en una vall. Aquesta investigació requeria la utilització d’una
maqueta de bosc 1/400° col·locada dins un túnel de vent.
Mediterranean firefighters regularly cope with sudden accelerations of forest fires whose mechanisms
are not very well understood. Vegetation being the only fuel, we studied the accumulation potential of
gases coming from it. First, we chose four of the main Volatile Organic Compounds (VOCs) emitted
by Mediterranean vegetation to analyse the products resulting from their thermal degradation using a
flash pyrolysis apparatus and a tubular oven. From this study and literature, we chose a mixture of
two VOCs representative of forest fires from which α-pinene, main VOC found in vegetation, and
benzene, main VOC detected in forest fire smoke. Then, we determined the flammability of α-
pinene/benzene/air mixtures focusing on their combustion properties such as ignition probability,
minimal ignition energy, flame stability and laminar burning speed. These studies were realised
inside combustion chambers. Since sudden accelerations occur inside narrow areas, the last chapter
experiments the steady-state gas accumulation inside a 1/400 V-shaped forest model in order to
estimate potential gas concentrations in this configuration and to compare results to the flammability limits of our
compounds.
Los bomberos mediterráneos son regularmente enfrentados a inflamaciones repentinas de la
vegetación cuyos mecanismos todavía no se encuentran bien entendidos. Siendo la vegetación el
único combustible, nos hemos centrado sobre el potencial de acumulación de los gases que provienen
de dicho combustible. El primer paso ha sido elegir cuatro de los principales Compuestos Organicos
Volatiles (COV) biogénicos mediterráneos con el objectivo de estudiar su degradación térmica
gracias a un dispositivo de pirolisis flash y un horno tubular. A partir de éste y de la literatura, hemos
elegido una mezcla de COV representativos de los incendios forestales cuyos α-pineno, principal
COV encontrado en las plantas, y benceno, principal COV detectado en humo de los incendios
forestales. Así, hemos determinado la inflamabilidad de mezclas α-pineno/benceno/aire centrándonos
sobre sus propiedades de combustión como la probabilidad de ignición, la energía mínima de ignición
y la estabilidad de la llama en relación a su velocidad. Estos estudios han sido realizados en camára
de combustión. Inflamaciones repentinas ocurriendo en zonas estrechas, el último capítulo se refiere
al estudio de la acumulación de gases en un valle. Dicho estudio requería el uso de una maqueta de
bosque 1/400°, la cual fue puesta en un túnel de viento.
Les pompiers méditerranéens sont régulièrement confrontés à des embrasements soudains de la végétation dont les mécanismes ne sont pas encore bien compris. La végétation étant l’unique combustible, nous nous sommes penchés sur le potentiel d’accumulation des gaz provenant des plantes méditerranéennes. Nous avons pour cela étudié la composition de ces gaz, leur inflammabilité et leur concentration. Pour étudier la composition, nous avons choisi quatre des principaux Composés Organiques Volatils (COV) émis par les plantes méditerranéennes afin d’analyser les produits issus de leur dégradation thermique à l’aide d’un dispositif de pyrolyse flash et d’un four tubulaire. À partir de cette étude et de la littérature, nous avons choisi un mélange de COV représentatifs des feux de forêt dont l’α-pinène, principal COV retrouvé dans les plantes, et le benzène, principal COV détecté dans les fumées de feux de forêt. Nous avons donc déterminé l’inflammabilité de mélanges α-pinène/benzène/air en nous focalisant sur les propriétés de combustion telles que la probabilité d’allumage, l’énergie minimale d’inflammation, la stabilité de la flamme ainsi que la vitesse fondamentale de flamme. Ces études ont été réalisées en chambre de combustion. Les embrasements soudains ayant lieu dans des zones encaissées de type thalweg ou canyon, le dernier chapitre concerne l’étude de l’accumulation de gaz dans une vallée afin d’estimer les concentrations de gaz que nous pourrions retrouver avant les phénomènes d’embrasement et de les comparer aux limites d’inflammabilité de nos composés. Cette dernière étude originale a été réalisée à partir d’une maquette de forêt 1/400ème disposée dans une soufflerie.
Mots clés
Acceleracions d’incendis forestals
focs eruptius
COV
combustió
α-pinè
benzè
degradació tèrmica
piròlisi
cromatografía
FID
TCD
espectrometria de masses
velocitat de combustió
longitud de Markstein
EMI
ignició per làser
flux d’aire
concentració
velocimetria làser
maqueta de bosc
Accelerating Forest Fires
eruptive fire
VOCs
α-pinene
benzene
thermal degradation
pyrolysis
chromatography
mass spectrometry
flame speed
Markstein length
MIE
laser ignition
airflow
concentration
LDV
forest model