Study on the emission and combustion characteristics of volatile organic compounds potentially involved in accelerating forest fires
Etude de l'émission et des propriétés de combustion des composés organiques volatils potentiellement impliqués dans les feux de forêts accélérés
Résumé
Most of the vegetal species involved in forest fires produce and emit volatile organic compounds (VOCs). Physical forest fire propagation models do not take into account the combustion of these compounds and the objective of this study is to provide experimental and numerical data in order to better foresee and control fires. The emissions of five vegetal species have been analyzed for different temperatures using a flash pyrolysis apparatus: Thymus vulgaris, Rosmarinus officinalis, Lavandula stoechas, Cistus albidus and Pinus pinea. Laminar burning speeds, Markstein lengths and flame thicknesses of three major VOCs (-pinene, limonene and p-cymene) are determined using the spherical expanding flame technique. Numerical simulations are also performed with the PREMIX code of the CHEMKIN package for similar molecules. Several studies have shown that forest fires can behave in a surprising way, with a sudden increase of the rate of spread and of the released energy. This phenomenon is called accelerating forest fire. A thermochemical explanation, based on the ignition of a premixed VOCs/air mixture accumulated in a canyon, has been proposed. The different experimental data presented in this work can also be useful to study the validity of this approach. Other experimental and theoretical studies on the diffusion direction of VOCs and on their flammability limits are performed to investigate in detail this approach.
La plupart des espèces végétales impliquées dans les feux de forêts produisent et émettent des composés organiques volatils (COV). Les modèles physiques de propagation des feux n'intègrent pas jusqu'à présent la combustion de ces composés et l'objectif de cette étude est de fournir des données expérimentales et numériques afin d'améliorer ces modèles pour mieux prévoir et contrôler les incendies. Les émissions de cinq espèces végétales ont été analysées en fonction de la température à l'aide d'un pyrolyseur flash : Thymus vulgaris, Rosmarinus officinalis, Lavandula stoechas, Cistus albidus et Pinus pinea. Les vitesses fondamentales de flamme, longueurs de Markstein et épaisseurs de flamme de mélanges avec l'air de trois COV majoritaires (-pinène, limonène et p-cymène) sont déterminées expérimentalement en fonction de la richesse et de la température à l'aide de la technique des flammes à expansion sphérique. Des simulations numériques avec le code PREMIX de la bibliothèque CHEMKIN sont également effectuées pour des molécules proches. Différentes études ont montré que les feux de forêts peuvent se comporter de manière surprenante, la vitesse de propagation et l'énergie libérée augmentant brutalement. Ce phénomène est connu sous le nom de feux de forêts accélérés. Une approche d'explication thermochimique, basée sur l'inflammation d'un prémélange COV/air accumulé au bas d'un canyon, a été proposée. Les données présentées dans ce travail permettent aussi d'étudier la validité de cette hypothèse. Des études expérimentales et théoriques sur le sens de diffusion des COV et leurs limites d'inflammabilité sont également menées afin d'étudier en détail cette hypothèse.