Les récents feux de brousse en Australie ont été terrifiants. Alors que nous parlons d'incendies et de méga-incendies, nous comprenons à quel point le comportement du feu peut être dangereux et imprévisible.

La saison dévastatrice des feux de brousse en Australie nous a rendus plus conscients des conditions météorologiques impliquées dans les étincelles, propagation et suppression des feux de brousse.

Alors que les incendies se sont accrus en férocité, nous avons assisté à un phénomène incroyable :la formation de nuages ​​et de tempêtes « pyrocumulonimbus ». Nous avons affaire à des incendies suffisamment puissants pour créer leurs propres systèmes météorologiques.

Ça commence par grand, panaches de fumée intenses. De là, un système pyrocumulonimbus peut faire des ravages en projetant d'énormes « rafales » d'air sur le sol, transportant des braises ardentes sous le vent qui allument de nouveaux feux, ou déclencher de nouveaux incendies par la foudre.

Alors, que savons-nous de ces systèmes et comment les pompiers pourront-ils lutter contre les incendies de cette intensité à l'avenir ?

Une tempête de feu parfaite

De nombreux ingrédients doivent être réunis pour qu'un événement pyroCb se développe, dit le Dr Kevin Tory, Chercheur scientifique principal du Bureau de météorologie et du Centre de recherche coopérative sur les feux de brousse et les risques naturels.

"D'abord, il doit y avoir des quantités massives de chaleur, " dit Kévin.

Finalement, le feu doit être suffisamment puissant pour produire un panache de fumée important et vigoureux qui s'élève peut-être de 3 à 5 km avant qu'un nuage ne puisse se former dans le panache de fumée. Alors seulement si le panache de fumée a encore une énergie abondante à cette hauteur, un orage se formera. « Les conditions météorologiques idéales pour générer un incendie intense sont chaudes, sec et venteux. Si vous obtenez cette combinaison avec beaucoup de carburant sec, un feu brûlera comme un fou."

Cependant, chaud et sec signifie que le panache de fumée est également sec, puisque la majeure partie de l'air dans le panache de fumée était mélangée de l'extérieur. Cela signifie que le panache de fumée doit s'élever encore plus haut avant que le nuage puisse se former.

Et s'il y a du vent, le panache de fumée est soufflé, ce qui rend encore plus difficile sa montée assez haut pour la formation de nuages.

En revanche, les conditions idéales pour créer un panache sont chaudes, humide et très léger ou pas de vent.

"Alors… Il faut qu'il fasse chaud, suffisamment sec et venteux pour provoquer des incendies intenses ; mais pas trop chaud et sec pour que votre panache devienne très haut et pas trop venteux pour que votre panache soit renversé, " explique Kévin.

Soufflant dans le vent

Un changement de vent est une façon courante de produire ce mélange idéal de conditions.

Chaud, des conditions sèches et venteuses pourraient générer un feu très important et intense, en étant trop chaud, sec et venteux pour que pyroCb se développe.

Si une brise de mer ou un front froid devait arriver au feu avec un changement de direction du vent, le feu peut devenir encore plus grand et plus chaud lorsque les longs « flancs » du feu deviennent des feux de « tête » actifs.

Mais peut-être que le changement le plus important est dans la nouvelle masse d'air elle-même. L'air plus frais et plus humide permet la formation de nuages ​​dans le panache de fumée à des niveaux beaucoup plus bas.

Par ailleurs, dit Kévin, "quand les deux masses d'air se rejoignent comme ça... ça crée un moment où il n'y a pas de vent, ou des vents très légers, et cela permet au panache de se tenir très haut."

En mettant tout ça ensemble, le changement de direction du vent produit un feu plus grand et plus chaud avec un panache beaucoup plus vigoureux, la vitesse réduite du vent permet au panache de grandir et l'air plus frais et plus humide aspiré dans le panache permet la formation de nuages ​​à des altitudes plus basses.

Réchauffer les équations de Briggs

Depuis quatre ans, Kevin a fait des recherches sur ces systèmes nuageux pour mieux comprendre la dynamique de l'élévation de base du panache. Il s'appuie sur des recherches d'il y a près de 70 ans.

"Dans les années 50 et 60, il y avait un intérêt généralisé pour comprendre comment les panaches s'élevaient des cheminées de fumée, car il y avait de graves problèmes de qualité de l'air dans les villes du monde entier, " dit Kévin.

Les ingénieurs voulaient voir quelle devait être la hauteur des cheminées pour s'assurer que l'air sous le vent était propre. Sans ordinateurs, ils ont trouvé des solutions simples basées sur des observations, mais leurs équations étaient souvent inexactes.

Cependant, les équations de Briggs basées sur la dynamique des fluides complexes (publiées pour la première fois en 1975) étaient étonnamment simples et précises et idéales pour le problème du pyroCb.

Un calcul simple

Dans le but de rester simple, Kevin mesure le flux de chaleur total entrant dans un panache de fumée.

"La communauté du feu parle de puissance de feu. Il s'agit essentiellement de la vitesse à laquelle l'énergie, sous forme de chaleur, pénètre dans le panache ou remonte à travers le panache, " dit Kévin.

"Ce que nous faisons, c'est calculer la puissance de feu minimale requise pour que pyroCb se forme.

"Nous appelons cela le seuil de puissance de feu des pyrocumulonimbus (PFT), et il peut être fondamentalement réduit à une fonction de trois variables."

La première est la hauteur à laquelle le panache doit s'élever avant que le nuage ne se forme avec suffisamment d'énergie pour générer un orage :la hauteur de convection libre (Z).

La seconde est le vent moyen dans la couche en dessous de cette hauteur de convection libre - la vitesse du vent dans la couche mixte (U).

Le troisième est l'incrément de température. C'est à quel point le panache de fumée doit être plus chaud que l'air dans la couche de mélange (∇T).

Cela ressemble à ceci :

PFT=0.3×(Z^2 )×U×∇T

La valeur produite est en gigawatts lorsque Z est renseigné en kilomètres, U est en mètres par seconde et ∇T est en . C'est une quantité théorique minimale d'énergie qu'un feu doit produire pour qu'un pyroCb se développe.

Combattre les incendies avec des équations ?

Kevin reconnaît que chaque feu est unique.

"Toutefois, si nous produisons la carte de prévision du PFT toutes les heures… vous pouvez voir ces patchs ou régions de faible valeur, ce qui équivaut à une menace élevée, se déplacer dans tout le paysage.

Les prévisionnistes peuvent utiliser ces cartes pour identifier les zones à risque.

"Ils peuvent voir qu'ils pourraient avoir un problème à 16 heures à un certain feu parce qu'il y a un changement de vent à travers. S'il y a une valeur assez faible de PFT sur ce changement de vent, il faut y faire attention, " dit Kévin.

Fer au feu

Au cours des six prochains mois, Kevin appliquera le PFT aux données météorologiques des 30 dernières années pour voir si les conditions météorologiques changent pour rendre les conditions pyroCb plus favorables.

« Il y a seulement quelques années, les événements pyroCb étaient extrêmement rares, " dit Kevin. " L'année dernière, nous en avons eu 15 dans l'est de Victoria entre janvier et mars. Et cela a été complètement dépassé par les chiffres que nous avons vus dans le sud-est de l'Australie depuis octobre."

Pour les chercheurs, c'est l'occasion d'étudier comment et pourquoi cela se produit plus souvent.

Pour les pompiers, comprendre l'imprévisibilité des incendies lorsque ces systèmes se développent est essentiel.

"Cela continue de m'étonner que ces incendies puissent produire l'énorme quantité d'énergie nécessaire pour générer un nuage de pyrocumulonimbus, " dit Kevin. " Le potentiel de destruction est énorme. "

Cet article a été publié pour la première fois sur Particle, un site d'actualité scientifique basé à Scitech, Perth, Australie. Lire l'article original.