Forest fires: What factors most influence their behavior?
Climate, human activities, and vegetation are the three major factors that influence wildfires and sometimes alter their behavior or even their level of danger. In the book *Wildfires: Understanding Their Diversity and Evolution*, published in 2022 by Quae, researchers Thomas Curt (scientific coordinator), Christelle Hély (scientific coordinator), Renaud Barbero (author), Jean-Luc Dupuy (author), Florent Mouillot (author), and Julien Ruffault (author) provided an overview of wildfires on a global scale.
Below is an excerpt from the chapter on fire behavior. It provides insight into the influence of factors such as wind, the moisture content of vegetation, as well as the type of vegetation, whether it is continuous or discontinuous, and the slope.
Thomas Curt, INRAE; Christelle Hély, University of Montpellier; Florent Mouillot, French National Research Institute for Sustainable Development (IRD); Jean-Luc Dupuy, INRAE; Julien Ruffault, INRAE and Renaud Barbero, INRAE
Wildfires are influenced by the interactions among three factors: climate, vegetation, and human activities. Most regions of the world—and all continents—are affected by wildfires, but the characteristics of these fires vary.
That is why we are interested in their patterns—a term that encompasses both the behavior of fires, their annual number, their average size, their spatial continuity, their dominant type (ground fire or crown fire), and their impacts on a given region or ecosystem. […]
How dowildfires start and spread? A wildfire is a combustion phenomenon that spreads across a forested or vegetated area, consuming a portion of the plant matter. For a
For a fire to start, three conditions must be met:
- a heat source,
- a fuel (the material that “burns”)
- and an oxidizing agent (oxygen in the air).
The source of heat can be a lightning strike, an initial hot spot (a cigarette butt, incandescent particles from various sources), or an initial ignition source (household fires, professional use of fire during agricultural or forestry work, or deliberate ignition). Once the fire breaks out, it spreads, provided the vegetation is dry enough, abundant, and continuous. […]
Factors That Influence Fire Behavior
If there is little fuel or if the fuel is too damp […] the fire cannot spread. If, on the other hand, there is plenty of dry fuel, the fire is sure to spread.
Between these two situations, the spread is uncertain—that is, an outbreak will not always lead to further spread: this is referred to as “marginal conditions for spread.”
</figcaption> </figure>Par exemple, pour des litières d’aiguilles de pin d’Alep, le comportement du feu devient incertain au-delà d’une teneur en eau d’environ 15 % ou en dessous d’une charge de matière sèche d’environ 2 t/ha.Ces seuils sont très variables selon les dimensions, la forme et la composition chimique des éléments végétaux servant de combustible. Ils dépendent aussi vraisemblablement du vent, qui favorise la propagation, comme cela peut être déterminé en laboratoire à l’aide d’un ventilateur. Mais il faut se souvenir que le vent, dans la nature, est très variable. Par conséquent, même s’il y a des rafales de vent, il est très probable que le vent sera assez faible à un moment donné pour que le feu s’éteigne faute de combustible, ou parce que ce dernier est trop humide dans ces conditions marginales.Toutes les études scientifiques montrent que, en dehors des conditions marginales, les facteurs affectant le plus la propagation du feu sont le vent et la teneur en eau des combustibles morts. Chacun de ces facteurs varie en effet quotidiennement avec la météorologie, et induit de fortes variations de la vitesse du feu. La teneur en eau de la végétation vivante, à l’échelle du couvert, est en revanche beaucoup plus stable, mais son effet sur la propagation a probablement été longtemps sous-estimé.Plus la sécheresse est intense ou le vent fort, plus les feux sont rapidesLe vent a un effet assez linéaire sur la propagation du feu. Dans les formations boisées, forêts ou landes arbustives, la vitesse du feu est de l’ordre de 10 % de celle du vent ; cette approximation est valable dans une large gamme de vitesses de vent allant jusqu’à 70 km/h. Cette règle est une moyenne pour une grande variété de formations boisées à travers le monde, et ne doit pas être appliquée à l’aveugle dans le cadre d’une formation bien précise.Cette règle nous indique toutefois que, pour un vent augmentant de 10 à 60 km/h (les extrêmes de vent les plus courants dans les incendies), la vitesse du feu augmente en ordre de grandeur dans les mêmes proportions, soit un facteur 6.Entre des conditions de sécheresse modérée et extrême, un facteur 2 à 3 semble s’appliquer quant à l’effet de la teneur en eau des combustibles sur la vitesse du feu.Les feux gravissent facilement les pentesLa pente est un facteur aggravant la propagation des feux. Ainsi, une règle simple établit qu’un feu montant une pente verra sa vitesse doubler par rapport à sa propagation sur un terrain plat pour une inclinaison de 20 %, tripler pour une inclinaison de 30 %, et quadrupler pour une inclinaison de 40 %.En revanche, la vitesse d’un feu descendant une pente sera peu modifiée par la valeur de cette pente et dans tous les cas sera beaucoup plus lente que dans le sens de la montée. Cette règle n’est évidemment pas gravée dans le marbre : le relief modifiant le vent localement, ses effets sont complexes, et peuvent conduire à de grandes variations dans le comportement des feux.Ainsi, un feu peu intense en fond de vallon peut se transformer en un feu embrasant rapidement un versant de colline. À l’inverse, un feu poussé par le vent vers une crête aura des difficultés à descendre le versant opposé à cause d’une pente et de vents localement défavorables derrière la crête.Adapter l’analyse à la végétationEnfin, la quantité, les dimensions et la forme des éléments combustibles, ainsi que la structure spatiale de la végétation affectent le comportement des feux. Ces facteurs supplémentaires expliquent les différences observées entre diverses formations végétales, et exigent d’adapter les règles ou les modèles à chaque type de végétation. En première approche, la quantité de combustible affecte linéairement la puissance du feu (autrement dit, la quantité de combustible consommée est proportionnelle à la quantité disponible).Son évaluation est par conséquent cruciale pour estimer cette grandeur fondamentale. Les éléments fins s’enflamment et se consument rapidement, alors que les éléments plus gros s’enflamment difficilement mais brûlent longtemps. Les premiers vont ainsi servir de support principal à la propagation du feu, tandis que les seconds vont aussi contribuer à sa puissance et à ses effets sur les plantes et sur le sol.D’une manière générale, une végétation très discontinue horizontalement est défavorable à la propagation du feu, de même qu’une canopée haute bien séparée du sous-bois sera défavorable au passage du feu vers les cimes des arbres.Ces facteurs structuraux ont parfois des effets antagonistes. Ainsi, une éclaircie dans un peuplement forestier (c’est-à-dire une réduction du taux de couvert des arbres) favorise à moyen terme l’embroussaillement du sous-bois et la pénétration du vent, ce qui augmente la vitesse du feu. Mais par ailleurs, cette éclaircie rend la végétation discontinue, diminuant le risque de voir un feu se propager de cime en cime !Les feux en conditions extrêmesPlus les conditions de vent et de sécheresse deviennent extrêmes, moins la structure et le détail de la composition de la végétation sont importants pour déterminer la propagation du feu. Cela tient au fait que la transmission de l’énergie devient très efficace par vent fort, et que l’inflammation de la végétation sous cet apport de chaleur est beaucoup plus rapide pour des teneurs en eau faibles. Le feu parcourt alors de grandes surfaces et libère de grandes quantités d’énergie en peu de temps.Par exemple, en octobre 2017 au Portugal, 250 000 hectares de forêts et de landes ont été brûlés en dix heures dans la même région. Le feu étant intense, il peut aussi enflammer des combustibles plus gros, comme des branches, qui vont brûler plus longtemps que les feuilles ou les rameaux fins. Ces conditions seront favorables à la formation of pyrocumulus and pyrocumulonimbus clouds which, as we have seen, can alter atmospheric circulation around the fire. This phenomenon becomes more pronounced when there is an abundance of combustible biomass. This can lead to the development of a full-blown fire storm—that is, a very intense fire that generates powerful movements of air and flames and exhibits unpredictable behavior. Thomas Curt, Research Director for Forest Fire Risk, INRAE; Christelle Hély, Director of Academic Affairs at EPHE, University of Montpellier; Florent Mouillot, Research Director at the Center for Functional and Evolutionary Ecology (CEFE), French National Research Institute for Sustainable Development (IRD); Jean-Luc Dupuy, Research Director, INRAE; Julien Ruffault, Postdoctoral Researcher on Forest Fires, INRAE and Renaud Barbero, Climate Researcher, INRAE This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. 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