Les indices d'incendies de forêt et les modèles climatiques à haute résolution se combinent pour produire une analyse historique détaillée des événements d'incendies de forêt aux États-Unis et suggèrent le potentiel d'incendies plus graves et plus fréquents dans la seconde moitié du siècle.

La liste est longue, quelques noms familiers :Tournesol, Paradis, Whitewater-Baldy, Pomme, Pinecreek. Des noms qui évoquent des images de répits pastoraux loin du monde occupé.

Maintenant, ces noms sont synonymes d'incendies de forêt.

Le nombre et la gravité des incendies de forêt font les gros titres à travers le monde, de l'ouest des États-Unis au Brésil, de la Sibérie à l'Australie. Les feux de forêt dévastent l'environnement, décimant d'énormes étendues de terres et de populations d'animaux sauvages - il est estimé, par exemple, qu'un demi-milliard d'animaux ont péri dans les méga-incendies qui ont récemment balayé l'Australie. Au-delà de leur impact sur la nature, les feux de forêt nuisent également à la qualité de l'air, Infrastructure, foyers et vies humaines.

En combinant les données d'indices d'incendie bien établis et les enregistrements climatiques historiques, des scientifiques du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) établissent une prévision des incendies de forêt à travers les États-Unis et l'Alaska contigus qui s'étendent sur le reste du siècle. Ils appliquent également ces prévisions pour prédire comment les incendies de forêt pourraient affecter les infrastructures essentielles, en particulier le réseau électrique du pays.

Comprendre leur emplacement, la fréquence et la gravité pourraient aider les opérateurs d'infrastructure, les agences de gestion des terres et les gouvernements locaux élaborent des plans pour atténuer les ravages causés par les futurs incendies de forêt.

Attiser les flammes de l'intérêt

En 2007, Yan Feng était chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à San Diego, quand elle a été témoin de son premier feu de forêt, un événement suffisamment grave pour fermer l'école pendant plusieurs jours.

"Les gens portaient des masques parce que la qualité de l'air était si mauvaise, on pouvait voir les cendres flotter partout, " se souvient Feng, maintenant un scientifique principal de l'atmosphère et du climat dans la division des sciences de l'environnement (EVS) d'Argonne. "Mais c'était un événement tellement impressionnant que je me suis intéressé aux incendies de forêt."

Elle a rejoint le laboratoire en 2010, écartant cet intérêt pendant quelques années jusqu'à ce qu'un institut de recherche sollicite l'expertise et les ressources de calcul intensif d'Argonne pour développer un modèle climatique à haute résolution et une carte des risques d'incendie de l'ouest des États-Unis.

Le travail de Feng sur ce projet a de nouveau suscité son intérêt pour les incendies de forêt, et elle a commencé à rédiger des propositions de financement pour poursuivre ses recherches sur le sujet. Bientôt, elle découvrirait que d'autres à Argonne partageaient ses activités.

L'un d'eux était Mark Petri, directeur du programme du réseau électrique d'Argonne, dont le travail comprend l'analyse de la résilience des infrastructures critiques. L'un des moyens de tester cette résilience est d'identifier et de comprendre les aléas externes, comme les conditions météorologiques extrêmes, qui peuvent affecter le réseau et d'autres infrastructures essentielles.

Comme il s'avère, Argonne avait déjà construit une base de connaissances assez importante sur ces risques, sauvez-en un en particulier.

"Nous nous débrouillons bien avec les ouragans et les tempêtes de verglas, derechos et nor'easters, " dit Pétri, "mais le seul domaine dans lequel nous semblions manquer était les incendies de forêt."

Et ce qu'ils voulaient, plus précisement, étaient des données qui se concentraient sur l'impact des changements climatiques sur les incendies de forêt.

Rentrez dans Feng.

Grâce au financement de recherche et développement dirigé par le laboratoire Argonne (LDRD) recueilli par Petri, elle et ses collègues Jiali Wang et Emily Brown ont publié un article dans le journal Lettres de recherche environnementale qui examine les tendances des feux de forêt au cours des 30 dernières années. En utilisant le célèbre indice de sécheresse Keetch-Byram (KBDI) et des observations climatiques à haute résolution exceptionnelles à partir de sites à travers le pays, ils ont illustré comment ces tendances pourraient affecter les événements futurs.

Le KBDI mesure la quantité d'humidité disponible pour la végétation locale dans les couches supérieures du sol et la matrice de matière organique en décomposition, ou duff profond, qui repose au-dessus de ces couches. Un indice de zéro suggère que le sol est bien saturé; à 800, les conditions de sécheresse prévalent.

Alors que d'autres ont déjà effectué des analyses historiques des tendances des feux de forêt à l'aide du KBDI, les chercheurs d'Argonne ont été les premiers à en obtenir une à une résolution sans précédent et sur une si grande surface et une aussi grande période de temps.

Si vous pensez à une grille, la plupart des points de grille utilisés dans les études actuelles représentent une zone, ou résolution spatiale, dans la gamme de 10 à 50 km. L'équipe de Feng a utilisé des observations qui couvraient des zones de seulement 4 km sur les États-Unis contigus, pour la période 1982 à 2017.

Mais parce que le KBDI et d'autres indices d'incendie servent principalement d'indicateurs prédictifs des incendies de forêt, ils ont dû trouver un moyen de relier l'indice aux incendies réels, ce qu'ils ont fait en trouvant des données historiques sur les incendies survenus au cours de cette période.

"Donc, nous avons effectué cette analyse de corrélation et trouvé des corrélations significatives entre l'indice de feu et la zone de brûlage observée par les feux de forêt au cours des 36 dernières années, " a déclaré Feng. " Cela nous a donné confiance pour l'utilisation de cet indice prédictif pour les estimations futures. "

L'indice a ensuite été appliqué aux modèles climatiques régionaux produits par Jiali Wang et son collègue en sciences de l'environnement Rao Kotamarthi à l'aide d'un modèle de recherche et de prévision météorologiques (WRF) à un espacement de grille de 12 km. Adopter une approche de statu quo prenant en compte les incertitudes provenant de différentes sources de données d'entrée, ils ont pu prédire la fréquence et la gravité des futurs incendies de forêt du milieu à la fin du 21e siècle sur les États contigus des États-Unis et de l'Alaska.

c'est plus compliqué

Par rapport à d'autres phénomènes induits par le climat, comme des ouragans plus intenses ou des tempêtes plus fréquentes et extrêmes, les feux de forêt sont plus compliqués.

En plus des conditions météorologiques régionales, les chercheurs doivent tenir compte d'autres facteurs environnementaux clés qui peuvent favoriser et propager un incendie. Il y a la topographie - en gros, la configuration du terrain et la gestion des terres; une pente exposée au vent accélère la propagation d'un incendie, et une surface chargée de bois sec, les feuilles et les buissons ajoutent littéralement de l'huile au feu.

Différents indices ne prennent en compte que certaines de ces variables, et chacun a ses avantages et ses inconvénients, a noté Wang, un scientifique de l'atmosphère et de la Terre d'Argonne et co-auteur de l'article. Le KBDI, par exemple, se concentre sur la température et les précipitations, mais ne tient pas compte du vent qui, comme nous l'avons vu, est critique pour la propagation du feu.

"Nous avons commencé avec un indice de feu assez simple qui vous donne le risque, mais ne peut pas prévoir l'incendie aussi précisément que les prévisions météorologiques, " a déclaré Wang. " C'est assez bon sur les régions qui ont du carburant riche, mais pour les régions qui n'en ont pas, nous devons examiner d'autres indices avec moins de limitations et peut-être de meilleures capacités prédictives."

Malgré ces limites, l'équipe a pu utiliser ses données historiques comme base de référence solide pour prédire le potentiel d'incendies de forêt au cours de la seconde moitié de ce siècle. Les perspectives sont inquiétantes, Pour dire le moins, principalement en raison de la hausse des températures.

Déjà, températures extrêmes, les vents violents et les conditions de sécheresse dans l'Ouest donnent un sombre aperçu des choses à venir. Depuis fin septembre, les incendies de forêt avaient créé une énorme bande de destruction du sud de la Californie au nord en passant par l'Oregon et Washington, brûler un record de 4 millions d'acres rien qu'en Californie.

« Sur la base de nos études et d'autres, il y a une augmentation en termes de fréquence et de gravité des incendies qui se produisent actuellement par rapport à il y a deux ou trois décennies, " dit Feng.

Et selon les recherches, les choses ne feront qu'empirer.

"Nous avons utilisé les modèles WRF plusieurs fois, et tous les extrants projettent plus nombreux, des incendies plus fréquents et plus extrêmes, surtout en occident, où il y a déjà beaucoup d'incendies, " a ajouté Wang. Il en sera de même pour le Sud et le Sud-Est, déjà sujettes aux dommages causés par les ouragans et autres dangers extrêmes.

Ils ont également constaté que le potentiel d'incendies extrêmes pourrait s'étendre à des parties du pays où les incendies de forêt présentaient peu de risques dans le passé, comme le Midwest, le Nord-Est et l'Alaska.

Bien qu'il soit généralement ignoré dans de telles études en raison du manque de données d'observation et des exigences de calcul pour les ajouter aux simulations, L'Alaska a été inclus dans le document de l'équipe, dans lequel ils écrivaient que l'État « s'est réchauffé deux fois plus vite que le reste de la nation, et connaît une augmentation de la température du pergélisol, ce qui peut conduire à plus d'incendies de forêt."

Les données résultantes seront utilisées par l'équipe d'Argonne pour construire un indicateur de risque d'incendie dans leur modèle d'évaluation des risques d'infrastructure, un qui s'adresse déjà à ces autres, risques extrêmes plus largement étudiés.

Le modèle sert en quelque sorte de feuille de route des aléas, fournir aux entreprises de services publics et aux autres opérateurs d'infrastructures des prévisions de risques à long terme, qu'il s'agisse d'un incendie de forêt ou d'un ouragan. Connaître le moment potentiel et la gravité de l'un d'entre eux peut les aider à développer un meilleur plan de gestion pour la sécurité des infrastructures essentielles, en particulier le réseau électrique du pays.

Cela pourrait signifier une meilleure gestion des terres, comme couper des arbres et des buissons autour des services publics, ou déplacer les lignes électriques lorsque cela est possible. Des travaux sont en cours pour développer des stratégies plus intelligentes pour couper l'alimentation lorsque les systèmes risquent de surchauffer, éviter des pannes comme celles pour lesquelles l'un des plus grands services publics de Californie a été critiqué lors des incendies de forêt qui ont balayé le nord de la Californie, l'année dernière.

"Le travail que l'équipe d'Argonne a produit contribuera à renforcer les modèles de résilience aux aléas que nous développons pour fournir des stratégies bien pensées pour la sécurité de la population de la nation, terrains et infrastructures, ", a déclaré Petri. "Cela servira également d'atout pour les autres personnes travaillant sur des stratégies d'atténuation des incendies de forêt dans tout le laboratoire."

Cette recherche a été publiée en ligne sous le titre "U.S. wildfire potential:a Historical view and future projection using high-resolution climate data" dans Lettres de recherche environnementale , 22 juillet 2020.