Etablissement de cartes de vent sur le pourtour méditerranéen par simulation numérique

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1 Etablissement de cartes de vent sur le pourtour méditerranéen par simulation numérique Etude réalisée en 2003 pour le compte de l Office National des Forêts Eric Delboulbé, Docteur en Mécanique des Fluides Gérant de la Société OPTIFLOW

2 Objectif de l étude Etablir des cartes de vent sur les zones identifiées à risque incendie Fort et Très Fort par l ONF sur le pourtour méditerranéen pour les régimes de vent les plus fréquents en période estivale

3 Méthodologie d étude Reproductions numériques des écoulements de vent au dessus des zones identifiées

4 Méthodologie d étude Reproductions numériques des écoulements de vent au dessus des zones identifiées 1. Création d une maquette numérique de la configuration géométrique du site d étude (topographie, occupation du sol)

5 Méthodologie d étude Reproductions numériques des écoulements de vent au dessus des zones identifiées 1. Création d une maquette numérique de la configuration géométrique du site d étude (topographie, occupation du sol) 2. Discrétisation du volume de calcul surplombant le site étudié (Maillage)

6 Méthodologie d étude Reproductions numériques des écoulements de vent au dessus des zones identifiées 1. Création d une maquette numérique de la configuration géométrique du site d étude (topographie, occupation du sol) 2. Discrétisation du volume de calcul surplombant le site étudié (Maillage) 3. Réalisation des simulations numériques des écoulements de vent

7 Méthodologie d étude Reproductions numériques des écoulements de vent au dessus des zones identifiées 1. Création d une maquette numérique de la configuration géométrique du site d étude (topographie, occupation du sol) 2. Discrétisation du volume de calcul surplombant le sité étudié (Maillage) 3. Réalisation des simulations numériques (utilisation d un code CFD volumes finis) 4. Exploitation des résultats des simulations numériques

8 Régimes de vent étudiés Identification des régimes de vent les plus fréquents Tramonta ne Mistral Ponant Libecci o

9 Régimes de vent étudiés Choix des configurations d étude 1. Tramontane + Mistral (limité à l Ouest du Var) 2. Mistral (complémentaire est) 3. Ponant + Libeccio

10 Détermination des zones d étude Zones correspondantes aux risques très forts et fort identifié par l ONF pour chaque régime d étude Régimes de vent étudiés Zone d étude régime n 1 Zone d étude régime n 2

11 Zones correspondantes aux risques très forts et fort identifié par l ONF pour chaque régime d étude Construction du modèle 3D Zone d étude régime n 3

12 Méthodologie d étude Découpage des zones d étude Nécessité de découper la zone d étude en un certain nombre de sous-domaines pour concilier résolution et taille des calculs Domaine n 10 Domaine n 7 Domaine n 5 Domaine n 4 Domaine n 3 n 6 Domaine n 2 Domaine n 1 Domaine Domaine n 8 Domaine n 9

13 Construction du modèle 3D Modélisation de la topographie de la zone Utilisation d un modèle numérique de terrain (Institut Géographique National)

14 Construction du modèle 3D Modélisation de l occupation du sol Utilisation d une base de données géographique (Corinne Land Cover de l Institut Français de l Environnement)

15 Détermination des conditions de vent Récupération de données Météo- France Aux stations météo. aux bornes du domaine de calculs Pour des journées avec régime de vent étudié Vitesse et direction du vent à 10m au dessus du sol Stations Météo- France

16 VILLEVIEILLE MEJANNES NIMES-GARONS STESMARIES STJULIENPEYR VIZAN CARPENTRAS SALONDEPROVENCE PORT-DE-BOUC-TP Détermination des conditions de vent Réalisation d une moyenne en chaque station sur les périodes retenues pour le régime étudié 2 0 VILLEVIEILLE MEJANNES NIMES-GARONS 06/06/ /08/ /06/ /07/ /09/2002 STESMARIES STJULIENPEYR VIZAN Mes ure CARPENTRAS SALONDEPROVENCE PORT-DE-BOUC-TP /06/ /08/ /06/ /07/ /09/2002 Mes ure

17 Détermination des conditions de vent Gestion des conditions aux limites des sousdomaines Données météo Exploitation simulations 4 5 etc...

18 Méthode de simulation Utilisation d un logiciel CFD (Computational Fluid Dynamic) Résolution des équations de Reynolds (Navier Stockes) Approche numérique aux volumes finis Utilisation d un modèle de turbulence adapté Résolution spatiale d étude = 150m (dimension horizontale des éléments de maillage au sol)

19 Résultats des simulations Résultats bruts Vitesse du vent Direction du vent Intensité de turbulence du vent En tout point au dessus du site étudié Exploitation & Mise en forme Cartographies des différentes variables à plusieurs hauteurs au dessus du sol Données exploitables par des S.I.G.

20 Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol Résultats des simulations Régime n 1 (tramontane + Mistral)

21 Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol Résultats des simulations Régime n 1 (tramontane + Mistral)

22 Direction du vent à 3m au dessus du sol Résultats des simulations Régime n 1 (tramontane + Mistral)

23 Résultats des simulations Régime n 1 (tramontane + Mistral) Direction du vent à 3m au dessus du sol

24 Vitesse moyenne et direction du vent à 3m au dessus du sol Résultats des simulations Régime n 2 (Mistral - Est)

25 Vitesse moyenne et direction du vent à 3m au dessus du sol Résultats des simulations Régime n 3 (Ponant)

26 Résultats des simulations Régime n 3 (Libeccio) Vitesse moyenne et direction du vent à 3m au dessus du sol

27 EXEMPLES D UTILISATION DES SIMULATIONS

28 Représentation graphique de la simulation

29 µ Principe de calcul du vent résultant On ramène les valeurs dans un repère orthonormé où x = 0 = direction du vent simulé (Vd, Vv) (Ed,Ve) Direction et vitesse du vent simulé Vd = direction du vent Vv = vitesse du vent Vitesse du ve nt y = vitesse Direc tion vent Paramètres «terrain» Ed = exposition du pixel Ve = vitesse du vent en fonction de la pente (Ve = pente (%) / 10) x = direction y y y y α xv = vd = direction = 0 yv = vv = vitesse x xs = sin(vd - ed) * Vv ys = cos (Vd - Ed) * Vv x xr = xs yr = ys + yv x α = atan(xr / yr) β x Calcul des coordonnées x,y du vent simulé Calcul des coordonnées x,y des paramètres terrain Calcul des coordonnées x,y de la nouvelle direction Calcul de l angle β de la nouvelle direction Calcul de la nouvelle vitesse Vr = yr / cos(β)

30 Facteur ventpente massif de l Esterel Séminaire Cartographie / Valabre / 13 Décembre 2006

31 Aléa incendie de forêt massif de l Esterel Séminaire Cartographie / Valabre / 13 Décembre 2006

32 Projection en 3D du facteur vent-pente

33 Retour d expérience

34 Les coupures frontales INCENDIE DU 21 / 09 / 1990 Découpage en segments Axe du vent : NO Vent fort 70 à 90 km/h sur deimpact Vitesse du feu : 3 km/h Application OPTIFLOW végétation (indice) Angle du vent avec VENT DEaxe SECTEUR coupure NORD OUEST Simulation OPTIFLOW (10m/s à 10 m) V Echelle : CERPAM 1990 Séminaire Cartographie / Valabre / 13 Décembre 2006 Catalugno 2003

35 120 Direction du vent et impact sur la végétation 100 Indice d' impact , Angle du vent par rapport à la crête (degré)

36 Séminaire Cartographie / Valabre / 13 Décembre 2006

37 Autres applications des simulations numériques des écoulements de vent

38 Confort au vent des espaces urbains Charges exercées par le vent sur les ouvrages Dispersion de polluants Séminaire Cartographie / Valabre / 13 Décembre 2006

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