Lutte contre les incendies - La science des incendies (comportement de l'incendie et écologie relative aux incendies de forêt)

Introduction

 

Il est important de comprendre le feu quand il s’agit de maîtriser les incendies de forêt et d’utiliser le feu comme outil de gestion. Le ministère des Richesses naturelles de l’Ontario favorise l’étude de la science du feu, y compris le comportement du feu et ses effets sur l’environnement. Les données recueillies dans cette étude servent à élaborer de nouvelles techniques, des modèles sur ordinateur et des dispositifs facilitant les prises de décisions inhérentes à la gestion des feux de forêt, en haussant le niveau de sécurité et d’efficacité des mesures prises.

 

Les articles ci-dessous offtrent quelques renseignements qui aideront à mieux comprendre comment un feu se déclare et s’étend et, pourquoi les gestionnaires des ressources prennent certaines décisions dans la gestion des feux de forêt.

 

Comportement du feu

 

Les façons dont les combustibles prennent feu, dont les flammes se développent et dont un feu non maîtrisé se propage constituent collectivement le comportement du feu. Les gestionnaires des incendies ont besoin d’avoir des connaissances pratiques de certains principes scientifiques universels qui s’appliquent à tous les incendies se propageant et se fondent sur la physique et la chimie de la combustion.


Pour qu’un incendie se déclare et se propage, il a besoin de trois éléments fondamentaux : du combustible, de l’oxygène et de la chaleur – c’est ce que les gestionnaires appellent le triangle du feu. Le triangle du feu démontre que l’oxygène, le combustible et la chaleur sont, dans des proportions appropriées, tous nécessaires pour créer un incendie. Si un de ces éléments est absent, un incendie ne peut pas se déclarer ou se propager. Nous nous servons de ces connaissances pour prévenir et lutter contre les incendies de forêt. En enlevant ou en affaiblissant un des côtés du triangle du feu, nous pouvons réduire l’intensité de l’incendie ou éliminer cette menace.


Combustibles

 

En gros, les incendies de forêt ont besoin d’une couche continue et sèche de « combustibles légers » à la surface du sol pour se propager. Les combustibles légers peuvent être des aiguilles de conifères, des feuilles de feuillus, de l’herbe, du lichen, de la mousse ou de petits arbustes. La teneur en humidité de ces combustibles est très importante pour déterminer le comportement du feu. Une haute teneur en humidité ralentira l’incendie parce que la plus grande partie de l’énergie thermique sera utilisée pour éliminer l’humidité dans les combustibles. Les arbres en vie contiennent généralement beaucoup d’humidité tandis que les arbres morts en contiennent très peu. Les conditions atmosphériques passées et présentes déterminent la teneur en humidité des combustibles. La grosseur et la disposition des combustibles sont également importantes : les gros combustibles ont besoin de plus d’énergie pour s’allumer et brûler que les combustibles légers.


L’oxygène

 

L’oxygène est le deuxième élément nécessaire et il doit être présent en quantité suffisante pour assurer la combustion. La température joue encore ici un rôle important car le vent peut fournir une nouvelle source d’oxygène à un incendie et orienter cet incendie vers une nouvelle source de combustible.


Chaleur

 

Le dernier élément requis pour qu’un incendie se déclare et se propage est une source de chaleur ou d’inflammation. Une source externe de chaleur est généralement nécessaire pour allumer le feu. Pour ce qui est des incendies de forêt, il peut s’agir d’une source naturelle, comme un coup de foudre, ou d’une cause artificielle, comme les êtres humains (feux de camp ou étincelles produites par de l’équipement). La température joue un rôle important car des températures élevées peuvent accélérer le séchage des combustibles, facilitant l’allumage et le brûlage de l’incendie.


Lorsque les trois côtés du triangle du feu sont présents, le processus de combustion peut débuter. Ce processus consiste en trois étapes plus ou moins distinctes qui se chevauchent.


La première étape est le préchauffage dans le cadre duquel les combustibles qui devancent l’incendie sont chauffés, séchés et transformés partiellement en gaz inflammables.

 

La deuxième étape comprend la volatilisation continue des gaz, qui s’accompagne maintenant de leur brûlage (oxydation) et dans le cadre de laquelle de l’énergie est libérée sous forme de lumière et de chaleur. Une source d’inflammation constitue le lien entre la première et la deuxième étape. Les flammes que l’on aperçoit lors d’un incendie de forêt proviennent du brûlage de ces gaz volatisés. Les produits de la combustion sont pour la plupart invisibles : eau et dioxyde de carbone. Si la combustion est incomplète, certaines des substances volatisées se condenseront sans être brûlées et resteront suspendues en très petites gouttes de liquide ou de solide au-dessus du feu. Ces substances condensées forment la fumée que l’on aperçoit lors d’incendies de forêt.


La troisième étape du processus de combustion est l’incandescence. Le charbon qui reste après la seconde étape brûle avec une combustion couvante et laisse une petite quantité de cendres résiduelles.


Pour que l’étape de la volatilisation se produise, il faut que les combustibles soient chauffés. Il existe trois manières primaires de transférer de la chaleur d’un emplacement à un autre : conduction, rayonnement thermique et convection.


Pendant la conduction, la chaleur passe à travers des objets solides, comme des branches, de la même façon qu’une cuillère absorbe la chaleur lorsqu’elle est placée dans une tasse de thé chaud. Ce genre de transfert de chaleur n’est pas très important pour la propagation des incendies de forêt mais il joue un rôle lors d’incendies intenses qui se propagent sous la terre.


Le rayonnement thermique est le type d’énergie qu’une personne peut ressentir lorsqu’elle est assise à côté d’un feu de camp. Cette énergie se déplace en ligne droite. La plus grande partie du préchauffage de combustibles qui a lieu au devant d’un incendie de forêt se produit par rayonnement thermique. L’intensité du rayonnement diminue avec la distance de l’incendie. Lors de gros incendies, il y a beaucoup de chaleur rayonnante devant le feu pour permettre la première étape de la combustion et commencer à libérer des gaz inflammables qui s’allumeront en présence d’une source d’inflammation.


Le troisième mode de transfert d’énergie est la convection; il s’agit du transfert de chaleur par les gaz. C’est la plus importante méthode de transfert de chaleur d’un feu au sol jusqu’à la couronne des arbres. Des gaz chauds montent dans les airs, séchant l’étage supérieur de la forêt et augmentant la température jusqu’au point d’inflammation. C’est la principale méthode de transfert de chaleur dans les gros incendies intenses.


Les incendies de forêt peuvent se propager de trois façons. Les incendies sous la surface brûlent dans la matière organique se trouvant sous la litière au sol et ils sont approvisionnés par une combustion couvante. Les incendies de surface se propagent avec un front de flammes qui brûlent la litière de feuilles, les branches tombées et d’autres combustibles se trouvant au sol. Les incendies de cimes brûlent au sommet des arbres, ce qui cause un feu très intense qui est difficile à contrôler. Les incendies de cimes nécessitent également un incendie de surface intense pour bien brûler.


En Ontario, la Méthode canadienne d’évaluation des dangers d’incendie de forêt est utilisée pour déterminer le comportement possible d’un incendie de forêt. Elle se sert de données sur les combustibles forestiers et la topographie ainsi que de renseignements météorologiques passés et présents pour appliquer les principes scientifiques de la combustion afin de prédire les caractéristiques du comportement du feu. Ces caractéristiques comprennent la vitesse de propagation du feu, l’intensité du feu et le type d’incendie (de surface ou de cimes). Les gestionnaires des incendies utilisent ces données pour formuler des stratégies quotidiennes de lutte contre les incendies, répondre aux besoins de prévention des incendies et mettre en oeuvre des brûlages dirigés.

 

Écologie du feu

 

Qu’est-ce que l’écologie du feu?

 

L’écologie du feu peut être définie comme l’étude des rapports entre le feu, le milieu physique et les organismes vivants.

 

Le feu est un élément naturel du renouvellement des terres forestières de l’Ontario. Il fait autant partie d’un écosystème en santé que la lumière du soleil et l’eau et il joue un rôle important dans la croissance et la répartition des forêts ontariennes depuis des milliers d’années.

 

Le feu est une force naturelle qui appuie le cycle de croissance, de mort et de régénération dans les écosystèmes des forêts, des terres herbeuses et des arbustes de l’Ontario. Le feu peut également être une force artificielle introduite par des êtres humains qui peut détruire les propriétés et mettre des vies humaines en danger.

 

Le rôle du feu dans l’écosystème

 

Certains écosystèmes ont évolué avec l’aide du feu et dépendent de celui-ci pour leur renouvellement et leur préservation. Par exemple, des feux de prairie fréquents encouragent la croissance d’herbes et préviennent l’envahissement d’arbres, d’arbustes et de plantes non indigènes. Les plantes et les animaux dans ces écosystèmes se sont adaptés au feu et aux conditions qu’il crée. Les conifères sont très sensibles au feu tandis que les feuillus ne brûlent pas facilement et de gros peuplements peuvent servir de barrières naturelles contre un feu qui se propage.

 

Répercussions du feu sur les plantes

 

Le feu est un élément tellement courant de l’écosystème forestier naturel que plusieurs espèces possèdent une adaptation spéciale leur permettant de se régénérer après un feu. Le feu peut entraîner le relâchement de graines de cônes tardifs dans des essences comme le pin gris, qui n’a pas besoin d’arbres survivants pour se régénérer après un feu. La chaleur intense force les cônes à s’ouvrir et les graines tombent dans le sol enrichi par les cendres.

 

Ceci stimule la production de fleurs et de fruits sur plusieurs plantes car les cendres deviennent un engrais naturel. Le feu modifie les lits de semence en brûlant la litière et l’humus et en dénudant le sol minéral, ce qui aide les graines à démarrer, un avantage pour des essences comme le pin blanc et le bouleau jaune.

 

Dans le sud de la province, il y a plusieurs sortes d’écosystèmes, comme les prairies à herbes hautes et les savanes de chênes, qui dépendent de la présence régulière du feu pour leur renouvellement. Des feux fréquents empêchent les essences d’arbres d’envahir ces écosystèmes rares et menacés et encouragent la production de graines chez les espèces de plantes de prairie.

 

L’enlèvement du couvert forestier par le feu permet à la lumière du soleil et à la pluie de mieux pénétrer jusqu’au sol et stimule la reproduction de plusieurs types d’herbes et de plantes ligneuses. Ceci permet aussi de réduire temporairement la concurrence pour l’humidité, les éléments nutritifs, la chaleur et la lumière, offrant un avantage aux essences qui peuvent se reproduire plus facilement.


La fréquence des incendies de forêt dans une zone donnée détermine le stade de succession ou l’âge que les communautés végétales devraient atteindre. Le régime d’inflammabilité décrit les tendances dans le temps et dans l’espace des perturbations causées par le feu dans un écosystème. Ces régimes sont décrits par le cycle du feu : l’intervalle de temps moyen entre les incendies sur un site et l’intensité du feu (degré de chaleur).

 

En gros, les incendies de forêt visent à contrôler l’abondance relative et l’emplacement des communautés végétales. Ces communautés déterminent le modèle des habitats fauniques, réglementant ainsi leurs populations et leur distribution.

 

Répercussions du feu sur les animaux

 

Il est difficile de juger les répercussions du feu sur les animaux. Elles peuvent être bénéfiques ou néfastes. La plupart des animaux (mais pas tous) peuvent adopter des mesures de protection pendant un gros incendie de forêt. Les gros animaux, comme l’orignal, le chevreuil, le caribou et l’ours, se mettront à l’abri de l’incendie en le devançant. Les animaux souterrains creuseront un trou et s’isoleront ainsi de la chaleur du feu. La majorité des oiseaux peuvent facilement s’enfuir lors d’un incendie mais les petits oisillons peuvent mourir s’ils sont trop jeunes pour voler. Les oiseaux et les animaux qui nichent au sol sont particulièrement vulnérables aux incendies, même à un incendie de surface de faible intensité. La fumée et la chaleur causées par un incendie peuvent désorienter et tuer une grosse quantité d’insectes.


Le feu augmente la quantité de nourriture disponible pour les orignaux, les chevreuils, les castors et les lièvres, qui dépendent beaucoup du fourrage qui abonde à des hauteurs accessibles immédiatement après un incendie. En même temps, le feu détruit les plantes fourragères qui se trouvent dans les vieilles forêts, spécialement le lichen corticole et terricole qui est mangé par le caribou des forêts.


Les espèces d’animaux se sont adaptées à différents stades de la succession de la forêt et à divers régimes d’inflammabilité. Le feu augmente le rendement de plusieurs plantes à petits fruits, ce qui est apprécié des ours et de plusieurs sortes d’oiseaux. Des oiseaux gibier comme la gélinotte huppée profitent des éclaircies créées par le feu dans des zones de broussaille. Le feu réglemente plusieurs populations d’insectes dont certaines sont des sources importantes de nourriture pour les fauvettes, les pics et d’autres oiseaux. Après un incendie, les scolytes et d’autres insectes colonisent les nouveaux arbres brûlés, fournissant une excellente source de nourriture à ces oiseaux.


Les gros incendies peuvent avoir des répercussions écologiques subtiles en modifiant les rapports entre les organismes et leur environnement. Lorsqu’un feu élimine la couverture végétale, il peut y avoir une érosion du sol, ce qui entraînera une lixiviation des éléments nutritifs. La qualité de l’eau peut être affectée temporairement par cette dissolution à court terme des éléments nutritifs et par le limon et les cendres en suspension.


L’enlèvement de la couverture forestière peut faire augmenter la température de l’eau. Ceci peut avoir des répercussions néfastes sur l’habitat et les populations de poissons d’eau froide.


Bien que les incendies de forêt entraînent la mort de certains animaux, des recherches ont indiqué que cette mortalité ne joue pas un rôle important dans le cadre de la communauté faunique globale.


Les répercussions immédiates d’un incendie peuvent sembler sévères. Les animaux jeunes ou faibles de toutes les espèces sont les plus menacés parce qu’ils peuvent être incapables de s’enfuir et de survivre à un incendie. Les animaux qui ont pu s’enfuir doivent trouver de la nourriture et un abri ailleurs car leurs sources d’aliments et leur habitat naturels ont été modifiés. Ce problème temporaire disparaît bientôt lorsque la végétation recommence à pousser rapidement dans les zones brûlées. De plus, plusieurs espèces fauniques qui ont tendance à connaître des pertes à la suite d’incendies ont adopté des stratégies de reproduction qui leur permettent de reconstituer leurs populations.

 

Diversité biologique

 

Les forêts de l’Ontario et les feux non maîtrisés sont reliés dans une séquence irrégulière de perturbations du feu et de régénération qui renouvelle périodiquement la forêt. Le feu est un élément essentiel pour préserver le mélange de types forestiers jeunes et anciens à l’échelle du paysage. Les incendies brûlent à des périodes et à des intensités différentes et dans des conditions atmosphériques qui varient, ce qui produit une combinaison de végétation d’âges et de types différents, y compris des arbres, de la broussaille et des herbes. En dedans des limites d’un feu non maîtrisé, des îlots verts de forêt résiduelle non brûlée peuvent rester.

La riche variété d’habitats créés abritent plusieurs espèces d’animaux, d’insectes et d’oiseaux. La diversité biologique d’un écosystème est un indicateur de sa santé et de sa stabilité. Le retour périodique du feu assure généralement un niveau élevé de diversité biologique dans le paysage en créant des conditions qui favorisent le renouvellement et la préservation de plusieurs types importants d’écosystèmes d’âges variés. De plus, la mosaïque du paysage produite par le feu est mieux protégée contre les maladies et les insectes. Le feu a un rôle nettoyeur qui réduit les problèmes de maladies et d’insectes.

 

Le feu peut être un outil de gestion

 

De nos jours, les gestionnaires des ressources utilisent le feu comme un outil pour gérer la végétation et les écosystèmes dans des zones visées par un permis d’aménagement forestier durable et dans certains gros parcs. Au cours du dernier siècle, les activités de lutte contre le feu ont favorisé la présence de vastes zones de forêts équiennes, surâgées, endommagées par le chablis ou détruites par les insectes; ces forêts auraient autrement été brûlées périodiquement et renouvelées avec le temps.


Une étude sur l’écologie du feu réalisée dans le parc Quetico suggère que la période de temps moyenne avant qu’un incendie de forêt ne ravage à nouveau une zone de parc déjà brûlée (si aucune activité de lutte contre les incendies n’est effectuée) est d’environ 78 ans. La mosaïque forestière de ce parc change parce que les gens allument des feux et qu’il existe maintenant des techniques modernes de lutte contre les incendies. Ceci rend le régime d’inflammabilité encore plus complexe et prolonge l’intervalle de temps sans incendie qui atteint plus de 800 ans.


Les principes de l’écologie du feu sont appliqués pour formuler des prescriptions concernant l’organisation de brûlage ou la décision de ne pas lutter contre un incendie naturel pour faciliter la réalisation des objectifs de gestion des écosystèmes. En tenant compte d’une vaste gamme de types et de conditions de température et de combustible, le feu a des répercussions immédiates et à long terme prévisibles sur l’enlèvement des combustibles, la végétation et les sols. En permettant un retour sélectif du feu dans notre paysage forestier, les gestionnaires des ressources aident à remettre en valeur et à préserver l’intégrité écologique de la forêt.

 

Après un feu, la zone brûlée peut sembler morte mais plusieurs formes de vie survivent. Le fait que le parterre forestier reverdit très rapidement est une preuve certaine qu’un nouveau cycle forestier est en cours. Le feu crée des conditions idéales de croissance pour la nouvelle végétation de plusieurs façons. Le cycle des aliments nutritifs est accéléré par le processus de combustion qui transforme lentement en cendres le matériel ligneux qui pourrit, ce qui fournit des minéraux aidant à la croissance des plantes. Le sol forestier noirci et dénudé attire la chaleur, encourageant la pousse de graines dormantes et d’une nouvelle végétation. Le feu détruit la litière forestière, exposant le sol minéral, diminuant le pH du sol et créant des conditions qui encouragent généralement la croissance de nouveaux arbres et arbustes.