Sujet de thèse

Evaluation des risques liés à l’utilisation de retardant de flamme en fonction des techniques de largages

Contacts : Pr. B. Roig, Université de Nîmes, Laboratoire CHROME, benoit.roig@unimes.fr Pr. D. Legendre, Toulouse INP, Laboratoire IMFT, dominique.legendre@toulouse-inp.fr Résumé La lutte aérienne contre les incendies peut se faire soit par largage d’eau ou de produits retardant. Si dans les deux cas, les techniques de largage ont une importance sur l’efficacité de la lutte, le largage des produits retardant peut également générer des impacts sur l’environnement, compte tenu des propriétés physico-chimiques qu’ils possèdent. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier, l’impact environnemental des retardants de flamme en fonction de leur mode d’utilisation et de largage. Le couplage des données, de dispersion, d’empreinte au sol et d’impact environnementaux permettra d’obtenir un ensemble de données nécessaires à une vision globale des risques liés à leur utilisation. Contexte Les performances des bombardiers d’eau (Canadairs, Dash8, …) sont directement liées à la qualité du recouvrement au sol du produit largué par l’avion (eau ou retardant). Différentes techniques de largage sont utilisées. Typiquement, l’approche US consiste à larguer à haute altitude entrainant une fragmentation complète et bien dispersée du volume de fluide largué. Pour la sécurité civile, les techniques d’extinction sont basées sur des largages plus proches du sol ou l’effet de souffle généré par la masse de fluide lors de l’impact sur le feu est alors déterminant pour éteindre l’incendie.

L’observation des empreintes au sol des fluides largués montre souvent des irrégularités du recouvrement qui sont reliés aux processus de fragmentation pendant la phase de largage et notamment aux instabilités de grande échelle en sortie d’avion (cf. figure). On assiste ici à un couplage complexe entre deux types d’instabilités physiques bien connues en mécanique des fluides : les instabilités de Rayleigh-Taylor et de Kelvin-Helmholtz. L’étude présentée s’intéressera au largage de produits retardant connus pour être très corrosifs et dont nous souhaitons en étudier l’impact sur l’environnement et des risques induits. Objectifs L’objectif est ici d’étudier l’influence de la méthode de largage sur l’impact environnemental des produits largués. Plus précisément, il s’agira dans un premier temps, de caractériser et expliciter l’empreinte au sol des produits largués en fonction des avions et techniques de largage et dans un deuxième temps d’analyser le comportement des produits une fois sur les sols. Ce travail doit s’appuyer sur une analyse (1) des empreintes existantes des différents types d’avion de la sécurité civile (Canadair, Dash8) à certainement compléter par des tests en mode de largage proche de ceux mis en œuvre en condition réelle ; (2) des transferts environnementaux des produits largués. Sites d'études Les sites d’études seront situés sur l’agglomération nîmoise, siège de la base opérationnelle de la sécurité civile. Des zones de largages expérimentaux seront définis avec les opérateurs, à la fois sur des sites d’entrainement déjà identifiés et sur de nouveaux sites. Des expérimentations en conditions réelles pourront également être mise en œuvre, et nécessiteront l’appui des unités terrestres de la sécurité civile. Méthode

Le travail sera réparti en deux phases bien complémentaires: l’une correspondant à la compréhension de l’empreinte au sol en fonction de la technique de largage et de l’avion, et l’autre correspondant au comportement des produits largués dans les environnements récepteurs.

Dans un premier temps, il s’agira de comprendre les phénomènes liés à la fragmentation

non homogène du volume largué. L’identification des conditions propices au développement de ces instabilités devrait également permettre de proposer des conditions de largage permettant d’optimiser la qualité du recouvrement. L’étude devrait aussi permettre de prendre en compte les conditions particulière au moment du largage en condition réelle : de mouvement d’air (vent, convection naturelle, ) et de fortes variabilités de température liée au feu induisant de l’évaporation.

Par la suite, la manière dont les gouttes de retardant impactent, s’étalent et se stabilisent au sol est également un élément clé pour la caractérisation du recouvrement. Nous chercherons à développer une méthode originale basée sur la mesure en direct des impacts du produit largué sur une grille de capteurs directement connectés à un programme de traitement sur ordinateur. Le travail nécessite d’associer la physique de l’impact de gouttes en fonction de leur taille, leur vitesse d’impact, la nature du fluide (densité, viscosité, tension de surface), la nature de surface (sèche, humide, lisse, rugueuse,..) avec la mise en place d’une chaine de traitement adaptée. La mise en place d'un dispositif expérimental simple de validation permettra de valider la méthode. Cette méthode est basé sur la traditionnelle méthode « cup and grid » développées dans les années 50 en Californie (cf. Fig. ) qui consiste à répartir au sol suivant un quadrillage adapté au type d’avion des coupelles qui vont récolter le produit largué par l’avion.

En parallèle une étude sur le comportement environnemental des retardant, avant et après action sur le feu sera réalisée. Sur la base des propriétés physicochimiques des molécules utilisées, l’adhésion sur les végétaux, la pénétration sur les différents types de sols, les transferts aux différentes masses d’eau à proximité seront étudiés. Des modèles comportementaux seront établis à partir de données issues d’expérimentation en laboratoire (mésocosme) et de données issues de terrain réels. Unités de recherche d’accueil : Ce travail sera conduit dans le cadre d’une collaboration entre deux laboratoires CHROME (Nîmes) et l’IMFT (Toulouse). L'équipe d'accueil EA7352 CHROME vise à évaluer, gérer et prévenir les risques pour les populations et les écosystèmes. Ce sujet de thèse, qui vise à comprendre et prédire le devenir et les risques induits par l’utilisation de produits retardant dans la lutte contre les incendies s'inscrit directement dans les axes "Risques en situation d’urgence" et "pollution et biodiversité" de l’équipe. L’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) représente l’un des plus forts potentiels de recherche et de formation avancée dans le domaine de la mécanique des fluides, tant par sa taille que par le spectre des thématiques de recherche. L’IMFT a notamment développé une expertise reconnue à l’international dans le domaine de la CFD des milieux diphasiques en s’appuyant sur son service COSINUS dédié à l’accompagnement des chercheurs et doctorants pour le développement et l’utilisation de codes de calcul et l’accès aux supercalculateurs régional CALMIP et national de GENCI. .