Ce projet serait sous la direction de : M. Laurent LEMEE et M. Bruno COUDOUR
Unité de recherche : IC2MP – Equipe E-Bicom / Pprime – Equipe CH
Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé
Intitulé du sujet :
Feux de forêt : optimisation des moyens d’extinction hydrauliques et impact sur la capacité des sols à préserver la ressource en eau
Forest Fires: optimization of hydraulic extinguishing media and impact on soil’s capacity to preserve water resources
Début de thèse : à partir du 01/10/2026
Mots clés : Feux de forêt, sols, matière organique, ressource en eau, moyens hydrauliques
Résumé :
La région Nouvelle-Aquitaine, qui représente la plus grande surface boisée de France, est particulièrement vulnérable face au changement climatique. Ses conséquences, qui se font déjà ressentir, sont une augmentation des périodes de sécheresse et une sensibilité accrue des massifs forestiers aux incendies. En effet, le changement climatique influence l’inflammabilité de la plupart des espèces végétales en modifiant leur physiologie et notamment les composés organiques volatils qu’elles émettent en réponse au stress. Par conséquent, les mégas-feux ou feux extrêmes ou feux de forte puissance deviennent la norme et peuvent entrainer une rupture capacitaire pour les personnels opérationnels. Il est nécessaire de modéliser ces feux dont la puissance dépasse les moyens d’extinction terrestres ou aériens pour pouvoir les anticiper avec pour enjeux la tactique d’intervention et la sécurité du personnel.
Par ailleurs, la matière organique des sols (MOS) qui constitue une interface essentielle entre l’atmosphère, la biosphère et les aquifères est très probablement impactée par ces méga-feux. La MOS peut retenir les polluants organiques et minéraux, limitant ainsi leur migration, mais il est probable que sa dégradation par les fortes températures ou par les feux couvants qui se propagent dans les sols tourbeux entraîne un relargage des polluants vers les eaux de surface ou souterraines par lixiviation ou par lessivage. La connaissance et la surveillance de cette MOS sont donc essentielles pour préserver la qualité des aquifères peu profonds donc vulnérables en Gironde.
Dans ce contexte, l’objectif de ce projet est double :
– évaluer l’impact des feux de forêt sur la MOS et donc leur capacité à protéger la ressource en eau.
– proposer un outil d’aide à la décision afin de déterminer la puissance du feu et les moyens hydrauliques à opposer à l’échelle du massif des Landes de Gascogne.
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The Nouvelle-Aquitaine region, which has the largest forest area in France, is particularly vulnerable to climate change. Its consequences, which are already being felt, include an increase in periods of drought and greater susceptibility of forests to fires. Climate change influences the flammability of most plant species by altering their physiology, particularly the volatile organic compounds they emit in response to stress. As a result, mega-fires, extreme fires, and high-power fires are becoming the norm and can overwhelm the capacity of operational personnel. It is necessary to model these fires, whose power exceeds the capabilities of ground or air-based extinguishing methods, in order to anticipate them, with a view to intervention tactics and personnel safety.
In addition, soil organic matter (SOM), which constitutes an essential interface between the atmosphere, the biosphere, and aquifers, is very likely to be impacted by these mega-fires. OSM can retain organic and mineral pollutants, thus limiting their migration, but, likely, its degradation by high temperatures or by smoldering fires spreading in peat soils will cause pollutants to be released into surface or groundwater through leaching or washing. Knowledge and monitoring of this SOM is therefore essential. Furthermore, soil organic matter (SOM), which forms an essential interface between the atmosphere, the biosphere, and aquifers, is very likely to be impacted by these mega-fires. SOM can retain organic and mineral pollutants, thereby limiting their migration, but likely, degradation by high temperatures or smoldering fires spreading in peat soils will release pollutants into surface or groundwater through leaching or washing. Knowledge and monitoring of this SOM is therefore essential to preserve the quality of shallow and therefore vulnerable aquifers in Gironde.
In this context, the objectives of this project are :
-to assess the impact of forest fires on the SOM and therefore their ability to protect water resources.
-to propose a decision-making tool to determine the power of the fire and the hydraulic resources to be deployed at the scale of the Landes de Gascogne forest.
Contexte et problématique :
La région Nouvelle-Aquitaine, avec la plus grande surface boisée de France, est l’une des premières régions forestières d’Europe. L’incendie de forêt est identifié comme l’un des 12 risques majeurs par la préfecture de Gironde. L’année 2022 a été marquée en Nouvelle-Aquitaine par la survenue de mégafeux, 30 000 hectares brûlés et 6,6 millions d’euros de coûts d’intervention. Avec le réchauffement climatique, ce type de feux est amené à survenir de plus en plus souvent, menaçant la végétation et la faune mais aussi la biologie et les propriétés physico-chimiques des sols. Par ailleurs, les effets secondaires du changement climatique vont probablement impacter l’inflammabilité des espèces végétales en modifiant leur physiologie et la nature des composés organiques volatils émis.
La matière organique des sols (MOS) constitue une interface essentielle entre l’atmosphère, la biosphère et les aquifères. Elle influence la composition de l’atmosphère par sa capacité à stocker le carbone, fournit des nutriments aux plantes, a un impact sur les propriétés physico-chimiques des sols telles que la stabilité structurale et la perméabilité, et protège les eaux souterraines par sa capacité à piéger les polluants. Véritables réacteurs naturels, les sols, grâce à leur microfaune, peuvent dégrader les polluants organiques. La capacité des sols à immobiliser les contaminants est d’autant plus importante qu’ils sont riches en matière organique complexe, à l’exemple des tourbières et des lignites rencontrées en Nouvelle-Aquitaine.
Le changement climatique et ses conséquences, telles que l’augmentation des périodes de sécheresse et des feux de forêt, peuvent modifier l’activité biologique des sols ainsi que la structure de la MOS et par conséquent leur capacité à biodégrader et retenir les polluants. La modification des propriétés chimiques et biologiques des sols par les feux de forêt peut ainsi entraîner un relargage des polluants vers les nappes phréatiques par lixiviation et vers les eaux de surface par lessivage. Les feux couvants, qui se propagent et stationnent parfois sur de longues périodes dans les sols tourbeux des Landes de Gascogne, ont également un impact sur les propriétés des sols. La connaissance et la surveillance de la MOS sont donc essentielles pour préserver la qualité des aquifères peu profonds donc vulnérables en Gironde.
Par ailleurs, les eaux utilisées en grande quantité par les personnels opérationnels pour lutter contre l’incendie, une fois le feu circonscrit, peuvent remobiliser les polluants par lessivage vers les eaux de surface ou par lixiviation vers les eaux souterraines. La qualité de la ressource en eau peut ainsi être impactée de différentes manières par les feux de forêt. Outre l’impact sur la capacité des sols à préserver la ressource en eau, la lutte contre des feux extrêmes, difficiles à anticiper et à circonscrire, peut entraîner une rupture capacitaire, c’est-à-dire un manque de moyens au sol et aériens.
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The Nouvelle-Aquitaine region, with the largest wooded area in France, is one of the leading forest regions in Europe. Forest fires are identified as one of the 12 major risks by the Gironde prefecture. The year 2022 was marked in Nouvelle-Aquitaine by the occurrence of mega-fires, 30,000 hectares burned, and €6.6 million in intervention costs. With global warming, this type of fire is likely to occur more and more often, threatening vegetation and wildlife, as well as the biology and physico-chemical properties of the soil. In addition, the side effects of climate change are likely to impact the flammability of plant species by altering their physiology and the nature of the volatile organic compounds they emit.
Soil organic matter (SOM) is an essential interface between the atmosphere, the biosphere, and aquifers. It influences the composition of the atmosphere through its ability to store carbon, provides nutrients to plants, impacts the physical and chemical properties of soils, such as structural stability and permeability, and protects groundwater through its ability to trap pollutants. Soils are natural reactors that can break down organic pollutants thanks to their microfauna. The ability of soils to immobilize contaminants is all the greater when they are rich in complex organic matter, such as the peat bogs and lignites found in Nouvelle-Aquitaine.
Climate change and its consequences, such as increased droughts and forest fires, can alter soil biological activity and the structure of SOM, and consequently their ability to biodegrade and retain pollutants. Changes in the chemical and biological properties of soils caused by forest fires can thus lead to the release of pollutants into groundwater through leaching and into surface water through runoff. Smoldering fires that spread and sometimes linger for long periods in the peaty soils of the Landes de Gascogne also affect soil properties. Knowledge and monitoring of SOM are therefore essential to preserve the quality of the shallow and therefore vulnerable aquifers in Gironde.
In addition, the large quantities of water used by operational personnel to fight fires, once the fire has been contained, can remobilize pollutants through leaching into surface water or through leaching into groundwater. The quality of water resources can thus be impacted in various ways by forest fires. In addition to the impact on the soil’s ability to preserve water resources, fighting extreme fires, which are difficult to anticipate and contain, can lead to a capacity breakdown, i.e., a lack of ground and air resources.
Description du sujet :
Le projet HYDROFEU s’intègre dans le cadre du programme scientifique de grande ambition régionale (PSGAR) Ressources en eau en Nouvelle-Aquitaine (ROSEAU). En abordant conjointement les stratégies de gestion des incendies et la préservation des sols, ce projet de recherche vise à limiter les impacts écologiques et hydrologiques des incendies de forêt en Nouvelle-Aquitaine. Elle souligne l’urgence de trouver des solutions durables pour protéger l’un des écosystèmes forestiers les plus vitaux d’Europe contre les effets du changement climatique.
Le projet HYDROFEU étudiera les effets des incendies sur la matière organique des sols et la manière dont le feu modifie sa composition, sa stabilité et son rôle dans les processus écosystémiques. Ces recherches apporteront des informations précieuses sur l’impact des incendies de forêt sur la chimie des sols, la transformation de la matière organique des sols et la régénération des écosystèmes après un incendie de forêt.
Concernant les moyens d’extinction, le projet vise directement à fournir une aide à la décision, destinée aux acteurs opérationnels tels que les services départementaux d’incendie et de secours (SDIS) et l’état-major zone Sud-Ouest (EMZ S-O), afin qu’ils soient en mesure de déterminer la puissance d’un feu et les moyens hydrauliques à déployer pour le combattre, et ainsi d’adapter leurs dispositifs et protocoles en fonction des caractéristiques des feux auxquels ils font face. Cet outil doit aussi permettre de détecter les paramètres critiques annonciateurs d’évènements exceptionnels entraînant des ruptures capacitaires. Les résultats obtenus auront vocation à guider la sécurité civile en matière de sécurité des personnels et d’acquisition de matériels.
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The HYDROFEU project is part of the ambitious regional scientific program (PSGAR) Water Resources in New Aquitaine (ROSEAU). By addressing fire management strategies and soil conservation together, this research project aims to limit the ecological and hydrological impacts of forest fires in Nouvelle-Aquitaine. It highlights the urgent need to find sustainable solutions to protect one of Europe’s most vital forest ecosystems from the effects of climate change.
The HYDROFEU project will study the effects of fires on soil organic matter and how fire alters its composition, stability, and role in ecosystem processes. This research will provide valuable information on the impact of forest fires on soil chemistry, soil organic matter transformation, and ecosystem regeneration after a forest fire.
About firefighting resources, the project aims directly to provide decision support for operational actors such as departmental fire and rescue services (SDIS) and the South-West Zone Command (EMZ S-O), enabling them to determine the intensity of a fire and the hydraulic resources required to fight it, and thus to adapt their equipment and protocols to the characteristics of the fires they face. This tool should also make it possible to detect critical parameters that indicate exceptional events leading to capacity failures. The results obtained will be used to guide civil security in terms of personnel safety and equipment procurement.
Méthodologie et mise en œuvre :
Nous proposons dans un premier temps d’étudier les modifications des matières organiques de ces sols après un feu de végétation.
Ce premier objectif sera abordé via plusieurs tâches :
– Reproduire les conditions thermiques d’un incendie sur des colonnes de sol en présence ou non de végétaux, à l’échelle laboratoire dans un caisson incendie de la plateforme PERICLES de l’Institut P’,
– comparer les caractéristiques physico-chimiques des sols témoins et incendiés (pH, % de MO, rapport C/N, granulométrie), la composition chimique (fractions lipidiques et humiques) et l’activité biologique à travers l’identification de biomarqueurs,
– prélever des sols après (i) un feu dirigé sur la réserve du Pinail et (ii) un incendie en forêt ainsi que des sols témoins et réaliser les mêmes mesures,
– corréler les valeurs précédentes avec les données collectées par les systèmes d’information géographique (SIG) et avec les informations sur la qualité des eaux souterraines et de surface,
– modéliser le transport des composés pyrogéniques dans des colonnes de sol reconstituées en laboratoire.
L’objectif de la seconde partie est de proposer un outil d’aide à la décision pour déterminer l’intensité du feu et les moyens hydrauliques à mettre en œuvre sur l’ensemble du massif des Landes de Gascogne, en particulier pour les forêts de pins maritimes, en tenant compte de la gestion de l’eau, des tactiques d’intervention, de la sécurité des personnels et de l’anticipation des feux extrêmes.
Ce 2e objectif sera atteint à travers les actions suivantes :
-Retour d’expérience en analysant les cas de ruptures capacitaires et échanges réguliers avec les différents acteurs : opérationnels (pompiers, sylviculteurs, mairies, DRAFT, ONF), ministère de l’agriculture, DREAL et l’État-Major Sud-Ouest à l’origine de cette demande -Identifier les indicateurs, les paramètres critiques (type de végétation, densité de la végétation, hauteur de la végétation/arbres, taux de végétaux morts/vivants, météo, humidité, âge des arbres, élagage/défrichage/arrachage, topographie, etc.)
-Dimensionner les moyens de lutte en fonction de la puissance et du comportement du feu, à partir des indicateurs précédents et d’expérimentations réalisées à l’échelle réduite.
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We propose to begin by studying the changes in the organic matter of these soils after a vegetation fire.
This initial objective will be addressed through several tasks:
– Reproducing the thermal conditions of a fire on soil columns with and without vegetation, on a laboratory scale in a fire chamber at the PERICLES platform of the Institut P’,
– Compare the physicochemical characteristics of control and burned soils (pH, % OM, C/N ratio, particle size distribution), chemical composition (lipid and humic fractions), and biological activity through the identification of biomarkers.
– take soil samples after (i) a controlled fire in the Pinail reserve and (ii) a forest fire, as well as control soil samples, and carry out the same measurements,
– correlate the above values with data collected by geographic information systems (GIS) and with information on groundwater and surface water quality,
– Model the transport of pyrogenic compounds in soil columns reconstructed in the laboratory.
The objective of the second part is to propose a decision-making tool to determine the intensity of the fire and the hydraulic resources to be deployed across the entire Landes de Gascogne forest, particularly for maritime pine forests, taking into account water management, intervention tactics, personnel safety, and the anticipation of extreme fires. This second objective will be achieved through the following actions:
– Feedback by analyzing cases of capacity breakdowns and regular exchanges with the various stakeholders : operational (firefighters, foresters, town halls, DRAFT, ONF), Ministry of Agriculture, DREAL, and the South-West General Staff, which initiated this request
– Identifying indicators and critical parameters (type of vegetation, vegetation density, height of vegetation/trees, ratio of dead/living plants, weather, humidity, age of trees, pruning/clearing/uprooting, topography, etc.)
– Scale the means of control according to the power and behavior of the fire, based on the above indicators and small-scale experiments.
Profil recherché :
Le candidat devra être titulaire d’un diplôme niveau bac +5 (master 2, école d’ingénieur ou équivalent).
Le/la doctorant(e) devra faire preuve de motivation et d’enthousiasme pour mener un projet de recherche associant analyse chimique environnementale et combustion. Une bonne capacité à travailler de manière autonome tout en s’intégrant dans une équipe interdisciplinaire sera essentielle. Nous recherchons une personne curieuse, appréciant la résolution de problèmes et le développement de nouvelles approches, avec créativité, initiative et rigueur scientifique.
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The candidate must hold a five-year higher education degree (Master’s degree, engineering school or equivalent).
The doctoral student must demonstrate motivation and enthusiasm for conducting a research project combining environmental chemical analysis and combustion. The ability to work independently while integrating into an interdisciplinary team is essential. We are looking for a curious individual who enjoys problem solving and developing new approaches, with creativity, initiative, and scientific rigor.
Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 15/05/26 :
Laurent LEMEE : laurent.lemee@univ-poitiers.fr