Les détails du comportement des braises qui propagent les feux de forêt ont été largement entourés de mystère, les conseils sur la protection des bâtiments contre eux sont donc minces. Mais le nouvel embéromètre du NIST, qui peut suivre et dimensionner les particules insaisissables, peut faire la lumière sur la question et aider à jeter les bases de lignes directrices rentables dans les codes du bâtiment. Crédit :N. Hancek/NIST
Au fur et à mesure que les fronts de feux de forêt progressent à travers les paysages ou les communautés sur le terrain, ils attaquent aussi d'en haut, lançant des volées de braises incandescentes dans les airs. Aussi connu sous le nom de brandons, ces particules de débris en feu peuvent glisser jusqu'à 40 kilomètres (environ 24 miles) avant d'atterrir et peuvent causer jusqu'à 90 % des incendies domestiques et commerciaux lors d'incendies de forêt.
Les conseils pour repousser les attaques de braises sont rares, en grande partie parce que si peu est connu sur le comportement des braises. Mais un nouvel instrument, surnommé un embéromètre, pourrait offrir un aperçu de leur vraie nature. Dans un article publié en Expériences dans les fluides , des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) mettent en avant la capacité de l'outil à caractériser la taille et la trajectoire des braises, qui peuvent fournir des indications sur leur niveau de menace. Avec le nouvel outil du NIST, les sapeurs-pompiers sont peut-être mieux équipés pour protéger les bâtiments des braises et pourraient produire des données pour étayer des directives rentables dans les codes du bâtiment.
Les conditions dangereuses dans lesquelles les braises se forment et leur nature apparemment aléatoire ont fait de leur mesure une bataille difficile. Une approche privilégiée a consisté à collecter des braises dans des casseroles remplies d'eau, qui permet aux chercheurs de compter et de mesurer les braises après l'extinction d'un incendie, mais il brosse une image loin d'être complète de ce qui se passe pendant les expositions à la braise, où les structures sont envahies par des débris enflammés.
Parce que les braises agissent de manière si erratique, mesurer comment leur comportement change d'une seconde à l'autre alors qu'ils sont encore en vol est crucial. Le spécialiste de la combustion du NIST Nicolas Bouvet et ses collègues ont construit le nouvel instrument pour faire exactement cela.
L'emberomètre est composé d'un support métallique, en forme de H majuscule sur le côté, avec des appareils photo numériques point-and-shoot fixés à l'extrémité de chacun de ses quatre bras. Les chercheurs l'ont conçu pour fonctionner à plus d'un kilomètre de distance et ont intégré ses composants électroniques dans des matériaux ignifuges pour rendre le système déployable dans des conditions de feu.
Grâce à une méthode connue sous le nom de vélocimétrie de suivi des particules, l'emberomètre utilise les données de ses quatre perspectives pour tracer le chemin des objets très éclairés (tels que les braises) lorsqu'ils traversent un espace en forme de boîte de 2 mètres cubes (plus de 70 pieds cubes) devant l'appareil. Le système capture également les silhouettes de chaque braise sous quatre angles différents et fusionne les perspectives pour reconstruire numériquement leurs formes 3D.
La rose brandie sert de représentation abrégée des données capturées à partir de l'emberomètre, y compris le nombre et l'orientation des braises à travers le temps et l'espace. Crédit :NIST
L'emberomètre n'a fait qu'une bouchée des premières expériences, dont certains ont testé la capacité de l'appareil à suivre des bâtons de bois en feu fixés à l'extrémité d'un bras métallique rotatif, et pour estimer la taille des petites sphères en plastique que les chercheurs ont lâchées devant les caméras, dit Bouvet. Avec les tests simples derrière eux, le prochain mouvement des chercheurs était de découvrir si l'appareil pouvait mettre des chiffres sur de vraies braises.
Dans le National Fire Research Laboratory du NIST, un espace où des expériences impliquant des flammes intenses peuvent être menées en toute sécurité, les auteurs ont installé l'emberomètre sous le vent d'un générateur de brandon capable de produire des pluies de braises à plus grande échelle.
En moins d'une minute, l'emberomètre a observé des centaines de braises filer à des vitesses variant de quelques dizaines à des centaines de centimètres par seconde. L'outil suivait les particules en mouvement et reproduisait leurs formes en 3D, comme avant. Les chercheurs ont vérifié le travail de dimensionnement de l'emberomètre en collectant des braises qui étaient tombées dans des casseroles remplies d'eau pendant l'expérience et en comparant les morceaux de bois arrosés à leurs homologues numériques.
"L'emberomètre se compare très bien à ce qui est directement collecté dans les bacs à eau, " a déclaré Bouvet. " Je suis très confiant pour le suivi, et pour la taille, nous sommes satisfaits."
En raison de la quantité et de la complexité des données saisies par l'emberomètre, comparer différentes expositions à la braise pourrait être un défi, même si les données sont exactes. La solution des chercheurs est une aide visuelle appelée rose tison, qui résume les caractéristiques d'une exposition en regroupant des informations sur le nombre et l'orientation des braises à travers l'espace et le temps dans un seul graphique.
Les avantages potentiels de l'emberomètre sont multiples. Les ingénieurs pourraient ajouter de la profondeur au bassin de données peu profond sur les expositions réelles à la braise en emmenant l'outil à l'extérieur et l'utiliser également pour s'assurer que les braises produites dans le laboratoire correspondent aux mesures sur le terrain.
Finalement, des expositions à la braise plus fidèles à la réalité pourraient conduire à une meilleure recherche sur les matériaux résistants à la braise, conduisant potentiellement à une meilleure protection des structures pendant les incendies de forêt.
Plus de recherche en plein air pourrait également rendre les efforts d'atténuation plus rentables, si les chercheurs utilisant des embéromètres lient les niveaux de menace des braises aux conditions environnementales, comme l'intensité de la sécheresse ou du vent. Ces données pourraient éclairer les nouveaux codes et normes du bâtiment qui offrent aux professionnels de la sécurité incendie des conseils sur la sélection d'un degré de protection approprié aux conditions environnantes.
"Nous voulons pouvoir regarder le type de carburant, topographie et météo, et avoir une idée de la gravité d'une exposition à la braise pour une structure, " a déclaré Bouvet. " Les codes du bâtiment peuvent utiliser ces informations pour vous conseiller sur la façon de durcir votre structure. Si vous êtes quelque part au milieu d'un champ d'herbe, ce ne sera pas la même chose que si vous étiez entouré de grands arbres."
La prochaine étape de l'équipe du NIST est de donner à son système une touche d'intelligence artificielle. Parce que l'appareil n'a que quatre yeux, il ne peut pas toujours distinguer chaque détail de la forme d'un objet. Mais avec l'apprentissage automatique, l'emberomètre pourrait combler les angles morts, améliorer ses mesures de reconstruction de taille.
Peu après, les chercheurs prévoient de tester l'emberomètre en pleine nature, où il peut faire face à des braises nées de véritables incendies de forêt, bien que contrôlés. En tirant des leçons sur le terrain, l'équipe pourrait encore resserrer sa conception, préparer l'emberomètre à une utilisation généralisée.
