Les chercheurs de la Kansas State University font partie d'un grand projet de collaboration qui utilise des avions sans pilote pour améliorer le plan de gestion de la fumée de Kansas Flint Hills.

Le projet de trois ans est financé par le ministère de la Santé et de l'Environnement du Kansas, ou KDHE, et implique des scientifiques universitaires; scientifiques de la NASA ; les pilotes de systèmes d'aéronefs sans pilote du campus polytechnique de l'Université d'État du Kansas ; météorologues; éleveurs; et écologistes. Les membres de l'équipe de recherche ont des antécédents variés, mais ils partagent tous un objectif commun :améliorer l'environnement et la santé humaine tout en équilibrant les moyens de subsistance des éleveurs et des agriculteurs.

« Nous voulons que nos données soient utiles pour maintenir le feu en tant que pratique à la fois écologiquement acceptable et socialement acceptable dans les Grandes Plaines, " a déclaré Carol Baldwin, le chef de projet et un associé de recherche et de vulgarisation de K-State au Collège d'agriculture.

L'équipe collabore avec un éleveur de Flint Hills pour recueillir des données lors de brûlages dirigés typiques d'herbes hautes. Les chercheurs ont installé des capteurs sur des avions sans pilote pour recueillir des informations sur la qualité de l'air lors d'un incendie.

Les informations qu'ils recueillent aident la NASA à vérifier les produits de données satellitaires et facilitent la collaboration entre le KDHE et l'Environmental Protection Agency pour améliorer le plan de gestion de la fumée de Kansas Flint Hills. Le plan a été mis en œuvre en 2011 et aide les éleveurs à prendre des décisions sur les meilleurs jours pour brûler sans nuire à la santé humaine, notamment dans les zones métropolitaines.

Autrefois, quand les conditions météorologiques étaient bonnes, Le brûlage printanier de Flint Hills a affecté la qualité de l'air à Wichita, Topéka, Kansas City et les régions métropolitaines du Nebraska et de l'Oklahoma. La mauvaise qualité de l'air est mauvaise pour les personnes souffrant d'asthme et d'autres problèmes de santé. Le défi est que le feu est nécessaire pour maintenir l'intégrité du paysage de la prairie à herbes hautes, dit Baldwin.

"Nous avons besoin de feu, " dit Baldwin, qui est un expert en gestion des pâturages. "Si nous enlevons le feu et le pâturage de l'écosystème, nous n'aurons pas de prairies telles que nous les connaissons. Nous allons nous retrouver avec une forêt broussailleuse."

Modèles actuels de gestion des fumées, comme le plan Flint Hills, utiliser les données d'incendies dans d'autres régions des États-Unis, pas dans les Grandes Plaines, Baldwin a dit, et c'est un problème. Le projet dirigé par l'université souhaite obtenir des données plus précises sur les incendies de la région des Grandes Plaines en travaillant avec de vrais éleveurs lors d'un brûlage typique.

"Nous espérons que les éleveurs de Flint Hills utiliseront ces outils pour planifier leurs brûlages afin qu'ils n'affectent pas la qualité de l'air sous le vent de l'incendie, " a déclaré Doug Watson, chef de la surveillance et de la planification de l'air au ministère de la Santé et de l'Environnement du Kansas. "À la fois, nous voulons éduquer les régions métropolitaines sur l'importance de l'écosystème de Flint Hills et les raisons pour lesquelles les éleveurs brûlent pour maintenir cet écosystème. »

Utilisation d'avions sans pilote

Pour tester un brûlage dirigé, les chercheurs travaillent avec Jane Koger, un éleveur de Matfield Green. Koger a permis aux chercheurs de collecter des données auparavant, pendant et après les brûlages annuels sur son ranch.

Les pilotes d'UAS recueillent les émissions de fumée d'un brûlage contrôlé en faisant voler trois avions sans pilote dans la fumée au-dessus des incendies. L'avion sans pilote utilise des capteurs continus et des capteurs d'échantillonnage pour mesurer les particules et les produits chimiques à l'origine de l'ozone, et ils utilisent l'imagerie thermique pour mesurer la température du feu. Les capteurs continus utilisent des lasers pour prendre des mesures et envoyer des données, y compris la concentration de particules, niveaux d'ozone, température et humidité. Les capteurs d'échantillons ont un petit sac pour recueillir et ramener des échantillons de particules d'air qui sont analysés pour les particules, ou MP, ainsi que le dioxyde d'azote et le carbone organique volatil, ou COV, niveaux.

Travis Balthazor, Responsable des opérations aériennes UAS, dirige l'équipe de 12 pilotes UAS formés, qui comprend des chercheurs et des étudiants du campus polytechnique de l'Université d'État du Kansas. Les étudiants acquièrent une expérience du monde réel à travers le projet, dit Balthazor.

"Ceci est en dehors du domaine de notre boîte normale, c'est donc un effort qui nous profite à long terme, " a déclaré Balthazor. " En ce qui concerne l'exploitation d'avions et l'avenir des avions sans pilote, tout le monde veut voler au-delà de la ligne de mire et ils veulent voler plus haut. Nous en avons un avant-goût avec ce projet."

Après la brûlure

Après chaque brûlure, les chercheurs ont un record de biomasse d'herbe qui a été brûlée, les niveaux de chaleur du feu et les niveaux d'émission du feu.

Ces données aident la NASA à vérifier les images satellite et les estimations d'émissions pilotées à distance. La NASA utilise l'imagerie à partir de données satellitaires pour déterminer l'intensité d'un incendie et les taux d'émission de fumée. Pour terminer la validation, les chercheurs combinent des mesures directes de la production de noir de carbone avec les données d'une caméra thermique qui mesure toute la gamme des températures internes d'un incendie. La recherche aide également la NASA à améliorer les modèles de données satellitaires.

D'autres collaborateurs du projet, dont Deon Van Der Merwe, membre auxiliaire du corps professoral en médecine diagnostique et en pathobiologie du Collège de médecine vétérinaire de l'université - utilise l'avion sans pilote pour estimer la taille du feu en pilotant un avion au-dessus des prairies avant un brûlage dirigé pour déterminer la quantité d'herbe, des arbres ou des arbustes se trouvent dans la région.

Pour l'éleveur Koger, le projet de recherche peut aider les éleveurs comme elle à apprendre comment entretenir la prairie à herbes hautes sans nuire à leurs moyens de subsistance.

"Je pense qu'il est important de mieux comprendre ce que nous faisons et ce que nous mettons dans l'air, " a déclaré Koger. "Nous avons des enfants et des petits-enfants, et certains d'entre eux souffrent d'asthme. Cela nous concerne tous. Lorsque nous avons une science concrète – et lorsque K-State partage cela – les éleveurs écoutent. Obtenir des chiffres, savoir ce que nous faisons vraiment et les rendre publics parlera aux gens. »