Les incendies de forêt ont ravagé l'ouest des États-Unis au cours de la dernière décennie. Plus de trois millions d'acres ont déjà brûlé à travers le pays cette année. Alors que les incendies se déclenchent plus tôt et se prolongent chaque année en automne, passant de «saisons des incendies» à «années d'incendie», le National Interagency Fire Center rapporte que de nombreuses régions de l'ouest des États-Unis présentent un potentiel d'incendie supérieur à la moyenne.
De la prédiction de grands incendies à la prévention de futurs incendies, les chercheurs du ministère de l'Énergie Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) abordent le problème des incendies de forêt de plus en plus intenses sous de nombreux angles scientifiques. Et ils gardent nos lumières allumées dans le processus.
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Qu'il s'agisse de découvrir où appliquer au mieux les brûlages contrôlés ou de protéger les infrastructures énergétiques de l'espace extra-atmosphérique, les scientifiques du PNNL appliquent leurs recherches pour avoir une longueur d'avance sur les incendies de forêt de demain. (Vidéo de Sara Levine)
Combattre les incendies… depuis l'espace
Alors que les pompiers combattaient les incendies sur les lignes de front en 2021, une équipe de scientifiques a aidé d'un point de vue unique : l'espace extra-atmosphérique. Scientifique des données PNNL André Colman dirige RADR-Fire, le système de traitement d'images satellitaires qui cartographie les incendies actifs. RADR-Fire aide le personnel de lutte contre les incendies, les opérateurs de services publics et d'autres décideurs à mieux comprendre le comportement d'un incendie afin qu'ils puissent faire des choix éclairés au milieu d'une catastrophe naturelle.
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L'un des nombreux capteurs qui font partie du système RADR-Fire de PNNL monte à bord de la Station spatiale internationale, où il aide à créer une image plus complète des incendies de forêt actifs. (Photo : NASA)
Mais c'est aussi un outil de planification. Les mêmes informations recueillies par le système RADR-Fire peuvent aider les opérateurs de services publics à évaluer les risques en identifiant les zones les plus sujettes aux incendies de forêt et les infrastructures énergétiques nécessitant une protection. Les capteurs montés à bord de nombreux satellites différents - dont un capteur expérimental à bord de la Station spatiale internationale - offrent une vue panoramique de la surface de la Terre.
Certains capteurs satellitaires peuvent révéler où le carburant est fort, comme les zones à végétation sèche et dense. D'autres montrent où les infrastructures vulnérables, comme les lignes de transmission ou les centrales électriques, se trouvent sur la trajectoire d'un incendie. L'équipe de Coleman a travaillé avec les pompiers pour ajouter de nouvelles fonctionnalités au système, comme la possibilité de signaler où les gouttes ignifuges ont atterri. Alors que les pompiers combattent les incendies au sol, RADR-Fire fournit des informations précieuses d'en haut.
Les techniques classiques de cartographie des incendies impliquent l'imagerie aérienne nocturne à bord des avions de lutte contre les incendies. Les analystes des incendies de forêt traitent les images après le retour de l'avion à la base, dessinant souvent à la main les limites changeantes de l'incendie sur la base des images aériennes. Ces cartes aident les décideurs de la lutte contre les incendies à allouer des ressources limitées et à gérer stratégiquement l'incendie. Mais le processus coûteux prend souvent des heures, les vues peuvent être obscurcies par d'épais nuages de fumée et le mauvais temps peut entraîner des avions au sol, qui ne sont souvent pas disponibles lorsque plusieurs incendies nécessitent une attention particulière.
RADR-Fire accomplit la tâche rapidement et plus équitablement. Là où les avions d'observation des incendies sont souvent dédiés aux incendies les plus importants et les plus dangereux, RADR-Fire peut évaluer les petits incendies de forêt qui attirent rarement l'attention des avions, qu'ils se dirigent vers les villes ou se déplacent dans des campagnes inhabitées. Ses capteurs peuvent regarder à travers la fumée et détecter la chaleur, indiquant exactement où et comment les feux brûlent, même lorsque la visibilité est faible.
Cependant, RADR-Fire n'est pas une panacée en un seul point. La capacité de cartographie n'est qu'un outil crucial parmi d'autres, destiné à soutenir les efforts continus de gestion des incendies de forêt. Aujourd'hui, Coleman et son équipe utilisent un réseau satellite similaire pour partager les prévisions saisonnières à court terme des risques d'incendie avec les services publics d'électricité. En traitant les données des capteurs axées sur la végétation entourant les infrastructures énergétiques, Coleman cartographie le « paysage énergétique », signalant en particulier les zones affamées d'eau qui sont riches en carburant sec et alimentant le feu.
"Ces prévisions saisonnières sont vraiment une extension de notre travail RADR-Fire", a déclaré Coleman. « À la base, RADR-Fire consiste à surveiller les incendies de forêt actifs. Mais nous avons étendu nos outils en utilisant la télédétection par satellite pour comprendre désormais l'état des carburants, de sorte que nous obtenons l'image la plus actuelle et la plus à jour de ce qui se passe.
L'équipe de Coleman aide les services publics à identifier d'autres risques liés au réseau. Si une sous-station ou un couloir de lignes électriques est entouré de broussailles sèches et que les niveaux d'humidité sont faibles, ils peuvent signaler non seulement ce risque d'incendie, mais également l'impact d'une coupure de courant régionale. Les services publics doivent comprendre les conséquences des coupures de courant pour une variété de services, y compris les hôpitaux, les résidences-services, les postes de police, le traitement et la distribution de l'eau, etc.
Arrêter les incendies avant qu'ils ne se déclarent
Des techniques telles que l'éclaircie des forêts et le brûlage contrôlé peuvent aider à apprivoiser les futurs incendies avant qu'ils ne s'enflamment. Les flammes se sont arrêtées juste au moment où elles ont rencontré les séquoias de Yosemite plus tôt cet été, par exemple – ce que les gestionnaires du parc attribuent aux brûlages contrôlés. Responsable scientifique du PNNL Marc Wigmosta a développé un nouvel outil avec le US Forest Service (USFS) pour aider les agences gouvernementales à savoir où éclaircir ou appliquer des brûlages contrôlés. Dans certains cas, ces les approches réduisent les risques d'incendie de 25 à 96 %.
Lorsque la fumée d'un feu de forêt obscurcit la vue, le RADR-Fire de PNNL peut scruter à travers les panaches sombres pour trouver les limites du feu. Découvrez comment les scientifiques obtiennent un avantage sur les incendies de demain : https://t.co/CxswShmIRk pic.twitter.com/z7RfVbN6gX
– Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (@PNNLab) 10 août 2022
En se concentrant sur la région de Wenatchee dans l'État de Washington, qui revendique le plus grand incendie de forêt de l'histoire de l'État, l'équipe a travaillé pour voir comment différents modèles d'utilisation des terres peuvent rendre cette région plus résistante aux incendies de forêt et au changement climatique.
"En imitant la nature et en ajoutant de la complexité aux paysages, cela aide à empêcher les futurs incendies de devenir incontrôlables", a déclaré Wigmosta.
Avec environ 500 millions d'acres de forêts publiques, privées, étatiques et tribales soutenues par la gestion de l'USFS, il a été difficile de prioriser les zones sur lesquelles concentrer ces efforts avec des ressources limitées.
Des approches comme celle de Wigmosta offrent également d'autres avantages, comme la réduction de 33 % de la fumée des futurs incendies et même le renforcement du débit de 7 à 10 %.
"Ces informations aideront les gestionnaires des terres à concevoir une voie à suivre pour orienter leurs ressources vers les plus grands bénéfices - qu'il s'agisse de réduire les émissions de feux de forêt, d'améliorer la séquestration du carbone à long terme ou même d'augmenter le débit", a déclaré Wigmosta.
Prédire les feux de forêt de demain
De nombreux organismes chargés de signaler les risques d'incendie s'appuient sur des facteurs météorologiques bien connus pour estimer le danger. Traversez une forêt publique et vous verrez peut-être une roue de couleur indiquant le risque d'incendie : vert lorsque le risque est faible, rouge lorsque des facteurs tels que des températures élevées et des vents forts indiquent un danger accru. Mais les incendies de forêt - et toutes les variables qui façonnent leur intensité - sont plus complexes que cela.
Quelques facteurs de base comme la température et la vitesse du vent peuvent donner une estimation approximative du risque. Cependant, pour obtenir une image plus robuste et précise du comportement des incendies de forêt aujourd'hui et à l'avenir, nous devons en considérer davantage.
C'est pourquoi le scientifique de l'atmosphère Ruby Leung a dirigé une équipe de scientifiques dans la conception d'une nouvelle approche pour projeter le comportement des feux de forêt. Une nouvelle paire de modèles considère une liste élargie de 28 "prédicteurs de feux de forêt" qui projettent le comportement des feux de forêt maintenant et, lorsqu'ils sont associés à des modèles qui estiment le changement climatique, plusieurs décennies dans le futur.
La sécheresse de la végétation, le niveau d'humidité atmosphérique, le nombre de personnes vivant à proximité - ces variables et d'autres peuvent fournir une image plus complète de la probabilité qu'un incendie se déclare, de la distance à laquelle il brûle et de la quantité de fumée qu'il dégage dans l'atmosphère.
L'objectif initial du travail était de projeter comment les émissions de feu augmentent et diminuent dans le climat de demain, a déclaré Leung, qui a commencé en partenariat avec l'Agence de protection de l'environnement et a été soutenu par HyperFACETS, un projet de science du climat parrainé par le Bureau des sciences du ministère de l'Énergie. . Même si le comportement futur des incendies variera selon les régions, les émissions des incendies devraient augmenter.
"Certains endroits verront une plus grande augmentation de émissions de feu, tandis que d'autres verront moins », a déclaré Leung. "Mais dans l'ensemble, l'ensemble des États-Unis verra une augmentation des émissions de feu à l'avenir. Et cela est dû à des températures plus chaudes et à une sécheresse croissante.
La nouvelle approche utilise l'intelligence artificielle pour identifier les variables les plus importantes pour prédire la zone de brûlure et les niveaux de fumée. Tout comme un un système artificiellement intelligent peut trier habilement les photos de chats et de chiens, il peut également trier quelles variables de prédiction d'incendie sont essentielles pour des prédictions habiles.
Sans surprise, la sécheresse du carburant et la charge de carburant sont les principaux contributeurs. Mais les conditions météorologiques qui se déroulent au fil des ans peuvent également augmenter considérablement le risque. De tels modèles ne sont généralement pas pris en compte dans la modélisation conventionnelle du comportement du feu.
Le suivi des niveaux d'émission de feu est important pour son risque généralisé pour la santé humaine, a déclaré Leung. Mais cette importance ne fera que croître à mesure que les incendies brûleront plus fort.
"Quand nous pensons à la pollution", a déclaré Leung, "nous pensons souvent aux émissions de pot d'échappement de voiture ou de la combustion de combustibles fossiles. Pourtant, les polluants provenant des émissions de feux de forêt pourraient dépasser ces deux et devenir la plus grande source de polluants à l'avenir à mesure que les émissions de feu augmentent tandis que les émissions anthropiques seront réduites.
Lorsque les chercheurs peignent des images de plus en plus détaillées des incendies de forêt de demain, beaucoup en bénéficieront. Les opérateurs de services publics sont mieux équipés pour protéger les infrastructures énergétiques contre les catastrophes naturelles, les décideurs sont mieux informés lorsqu'ils gèrent les réponses au changement climatique et la communauté scientifique détient une meilleure compréhension des phénomènes météorologiques extrêmes.
Gracieuseté de Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL).
Connexe: Les pompiers et les premiers intervenants ont du mal à se loger
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