Tous les soirs de la fin du printemps au début de l'automne, deux avions décollent des aéroports de l'ouest des États-Unis et volent au coucher du soleil, chacun se dirigeait vers un feu de forêt actif, et puis un autre, et un autre. A partir de 10, 000 pieds au-dessus du sol, les pilotes peuvent repérer la lueur d'un feu, et parfois la fumée pénètre dans la cabine, brûlure des yeux et de la gorge.

Les pilotes volent en ligne droite au-dessus des flammes, puis faire demi-tour et revenir dans un chemin adjacent mais se chevauchant, comme s'ils tondaient une pelouse. Lorsque l'activité du feu est à son apogée, il n'est pas rare que l'équipage cartographie 30 incendies en une nuit. La vue aérienne qui en résulte des incendies de forêt les plus dangereux du pays permet d'établir les bords de ces incendies et d'identifier les zones couvertes de flammes, feux épars et points chauds isolés.

Une grande constellation mondiale de satellites, exploité par la NASA et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), combiné à une petite flotte d'avions exploités par le US Forest Service (USFS) aide à détecter et à cartographier l'étendue, propagation et impact des incendies de forêt. Au fur et à mesure que la technologie a évolué, a donc la valeur de la télédétection, la science du balayage de la Terre à distance à l'aide de satellites et d'avions volant à haute altitude.

Le plus immédiat, décisions de vie ou de mort dans la lutte contre les incendies de forêt - envoyer des smokejumpers sur une crête, par exemple, ou appeler un ordre d'évacuation lorsque des flammes jaillissent d'une rivière - sont effectués par les pompiers et les chefs dans les centres de commandement et sur la ligne de feu. Les données des satellites et des avions fournissent une connaissance de la situation avec un vue d'ensemble.

"Nous utilisons les satellites pour éclairer les décisions sur l'emplacement des actifs à travers le pays, " a déclaré Brad Quayle du Centre de technologie et d'applications géospatiales du Service forestier, qui joue un rôle clé dans la fourniture de données de télédétection pour la suppression active des incendies de forêt. "Quand il y a une forte concurrence pour les pompiers, ravitailleurs et avions, des décisions doivent être prises sur la façon de répartir ces actifs. »

Il n'est pas rare qu'un satellite d'observation de la Terre soit le premier à détecter un incendie de forêt, surtout dans les régions éloignées comme la nature sauvage de l'Alaska. Et au plus fort de la saison des incendies, quand il y a plus d'incendies que d'avions pour les cartographier, les données des satellites sont utilisées pour estimer l'évolution de l'incendie, capturer les zones brûlées, le périmètre changeant et les dommages potentiels, comme dans le cas de Howe Ridge Fire au Montana, qui a brûlé pendant près de deux mois dans le parc national des Glaciers l'été dernier.

Image globale du feu depuis l'espace

En janvier 1980, deux scientifiques, Michael Matson et Jeff Dozier, qui travaillaient au National Environmental Satellite de la NOAA, Données, et le bâtiment du service d'information à Camp Springs, Maryland, détecté de minuscules points lumineux sur une image satellite du golfe Persique. L'image avait été capturée par l'instrument Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sur le satellite NOAA-6, et les taches, ils ont découvert, étaient des torches de la taille d'un feu de camp causées par la combustion de méthane dans les puits de pétrole. C'était la première fois qu'un si petit incendie était vu depuis l'espace. Dozier, qui deviendra le doyen fondateur de la Bren School of Environmental Science and Management de l'Université de Californie à Santa Barbara, était « intrigué par les possibilités, " et il a continué à développer, dans l'année, une méthode mathématique pour distinguer les petits feux des autres sources de chaleur. Cette méthode deviendrait la base de presque tous les algorithmes ultérieurs de détection d'incendie par satellite.

Ce qui a été appris d'AVHRR a informé la conception du premier instrument avec des bandes spectrales explicitement conçues pour détecter les incendies, Spectroradiomètre imageur à résolution modérée de la NASA, ou MODIS, lancé sur le satellite Terra en 1999, et un deuxième instrument MODIS sur Aqua en 2002. MODIS à son tour a informé la conception de la Suite Visible Infrared Imaging Radiometer, VIIRS, qui vole sur les satellites NOAA/NASA Suomi-NPP et NOAA-20 du Joint Polar Satellite System. Chaque nouvel instrument représentait une avancée majeure dans la technologie de détection d'incendie.

"Sans MODIS, nous n'aurions pas l'algorithme VIIRS, " dit Ivan Csiszar, chef de produit incendie actif pour l'équipe de validation de l'étalonnage du système conjoint de satellites polaires. « Nous avons bâti sur cet héritage.

Les instruments des satellites en orbite polaire, comme Terra, Aqua, Suomi-NPP et NOAA-20, observent généralement un feu de forêt à un endroit donné plusieurs fois par jour alors qu'ils orbitent autour de la Terre d'un pôle à l'autre. Pendant ce temps, les satellites géostationnaires GOES-16 et GOES-17 de la NOAA, lancé en novembre 2016 et mars 2018, respectivement, fournir des mises à jour continues, mais à une résolution plus grossière et pour des parties fixes de la planète.

« Vous ne pouvez pas obtenir une image globale avec un avion, vous ne pouvez pas le faire depuis une station au sol, " a déclaré Ralph Kahn, chercheur principal au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Pour avoir une image globale, vous avez besoin de satellites."

L'instrument MODIS a cartographié les incendies et les cicatrices de brûlures avec une précision qui dépassait de loin l'AVHRR. Et après près de 20 ans en orbite, les bandes optiques et thermiques sur MODIS, qui détectent l'énergie réfléchie et rayonnée, continuer à fournir des images visibles de jour et des informations de nuit sur les incendies actifs.

VIIRS a amélioré les capacités de détection d'incendie. Contrairement à MODIS, la bande de l'imageur VIIRS a une résolution spatiale plus élevée, à 375 mètres par pixel, ce qui lui permet de détecter les plus petits, feux à basse température. VIIRS fournit également des capacités de détection d'incendie de nuit grâce à sa bande jour-nuit, qui peut mesurer la lumière visible de faible intensité émise par de petits feux naissants.

Les premiers instants après l'allumage d'un incendie sont critiques, dit Everett Hinkley, Responsable du programme national de télédétection pour le Service forestier des États-Unis. En Californie, par exemple, lorsque des vents intenses se combinent avec des conditions de carburant sec, le temps de réponse peut faire la différence entre un incendie catastrophique, comme le feu de camp qui a consumé presque toute la ville de Paradise, et un qui est rapidement contenu.

"Ces pompiers qui sont les premiers intervenants ne connaissent pas toujours l'emplacement précis de l'incendie, à quelle vitesse il se déplace ou dans quelle direction, " a déclaré Hinkley. "Nous travaillons pour essayer de leur donner des informations en temps réel ou quasi-réel pour les aider à mieux comprendre le comportement du feu dans ces premières heures critiques."

Les intervenants se tournent de plus en plus vers les satellites GOES pour géolocalisation précise des incendies dans les zones reculées. Le 2 juillet, 2018, par exemple, après que de la fumée ait été signalée dans une zone boisée près du comté de Custer dans le centre du Colorado, GOES East y a détecté un hotspot. Les prévisionnistes de Pueblo ont inspecté visuellement les données et ont fourni les coordonnées exactes de ce qui allait devenir l'Adobe Fire, et les équipes ont été envoyées rapidement sur les lieux. L'algorithme de détection et de caractérisation des incendies, la dernière version de l'algorithme de détection d'incendie opérationnel de la NOAA, est en cours de mise à jour et devrait encore améliorer la détection précoce des incendies et réduire les faux positifs.

"Le Saint Graal est que les pompiers veulent pouvoir allumer un feu dans les premières heures ou même dans la première heure afin qu'ils puissent prendre des mesures pour l'éteindre, " dit Vince Ambrosia, un scientifique en télédétection des feux de forêt au centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, Californie. "Il est donc essentiel d'avoir une couverture régulière et fréquente."

Les données de télédétection sur les feux de forêt sont accessibles de différentes manières. Parmi eux, Informations sur les incendies de la NASA pour le système de gestion des ressources, ou ENTREPRISES, utilise les données MODIS et VIIRS pour fournir des mises à jour sur les incendies actifs dans le monde, y compris un emplacement approximatif d'un hotspot détecté. Les images sont disponibles dans un délai de quatre à cinq heures.

Fumée et santé publique

Bien sûr, où il y a le feu, il y a de la fumée, et savoir comment la fumée des feux de forêt se propage dans l'atmosphère est important pour la qualité de l'air, visibilité et santé humaine. Comme d'autres matières particulaires dans l'atmosphère, la fumée des incendies de forêt peut pénétrer profondément dans les poumons et causer toute une gamme de problèmes de santé. Les satellites peuvent nous donner des informations importantes sur le mouvement et l'épaisseur de cette fumée.

Terra porte l'instrument spectroradiomètre d'imagerie multi-angle (MISR), un capteur qui utilise neuf caméras fixes, chacun regardant la Terre sous un angle différent. MISR mesure le mouvement et la hauteur du panache de fumée d'un incendie, ainsi que la quantité de particules de fumée provenant de cet incendie, et donne quelques indices sur la composition du panache. Par exemple, pendant le feu de camp, Les mesures MISR ont montré un panache composé de gros particules non sphériques au-dessus du Paradis, Californie, une indication que les bâtiments brûlaient. Les chercheurs ont établi que la fumée des bâtiments conduit à des particules plus grosses et de forme plus irrégulière que les incendies de forêt. Particules de fumée provenant de l'incendie de la forêt environnante, d'autre part, étaient plus petits et surtout sphériques. Les mesures de MISR ont également montré que l'incendie avait projeté de la fumée à près de 2 milles dans l'atmosphère et l'avait transportée à environ 180 milles sous le vent, vers l'océan Pacifique.

Les scientifiques surveillent également de près si la hauteur de la fumée a dépassé la « couche limite près de la surface, " là où la pollution a tendance à se concentrer. Les feux de forêt les plus énergivores, comme les feux de forêt boréale, sont les plus susceptibles de produire de la fumée qui dépasse la couche limite. A cette hauteur, « la fumée peut généralement voyager plus loin, rester dans l'atmosphère plus longtemps, et avoir un impact plus loin sous le vent, " a déclaré Kahn.

Les satellites ont des limites. Parmi eux, les signatures thermiques détectées par les instruments sont moyennées sur des pixels, ce qui rend difficile l'identification précise de l'emplacement et de la taille de l'incendie. L'interprétation des données des satellites présente des défis supplémentaires. Bien que les signaux thermiques donnent une indication de l'intensité du feu, la fumée au-dessus du feu peut diminuer ce signal, et les feux couvants pourraient ne pas émettre autant d'énergie que les feux enflammés dans les bandes spectrales observées.

De près avec des capteurs de « chaleur » aéroportés

C'est là qu'interviennent les instruments de l'avion du Service forestier. Les données de ces vols contribuent au programme national d'opérations infrarouges (NIROPS), qui utilise des outils développés avec la NASA pour visualiser les informations sur les feux de forêt dans les services de cartographie Web, y compris Google Earth. La NASA travaille en étroite collaboration avec le Forest Service pour développer de nouvelles technologies pour le type de systèmes de détection thermique que ces avions transportent.

Chaque avion NIROPS est équipé d'un capteur infrarouge qui voit une bande de terre de six milles en dessous et peut cartographier 300, 000 acres de terrain par heure. A partir d'une altitude de 10, 000 pieds, le capteur peut détecter un point chaud de seulement 6 pouces de diamètre, et placez-le à moins de 12,5 pieds sur une carte. Les données de chaque passage sont enregistrées, compressé et immédiatement redirigé vers un site FTP, où les analystes créent des cartes auxquelles les pompiers peuvent accéder directement sur un téléphone ou une tablette sur le terrain. Ils volent la nuit quand il n'y a pas de reflet du soleil pour compromettre leurs mesures, le fond est plus frais, et les feux sont moins agressifs.

"Chaque fois que nous numérisons, nous 'vérisons' ce feu, " dit Charles " Kaz " Kazimir, un technicien infrarouge avec NIROPS, qui a piloté des incendies avec le programme pendant 10 ans. "Par terre, ils peuvent avoir des idées sur le comportement de ce feu, mais quand ils obtiennent l'image, c'est la vérité. Cela valide ou invalide leur hypothèse depuis la dernière fois qu'ils ont eu des informations."

Les instruments infrarouges de l'avion comblent certaines des lacunes dans les données satellitaires. Campagnes de terrain, tels que le NASA-NOAA FIREX-AQ, maintenant en cours, sont également conçus pour résoudre ces problèmes. Mais les scientifiques se tournent également vers les nouvelles technologies. En 2003, des représentants de la NASA et du Forest Service ont formé un comité tactique de télédétection des incendies, qui se réunit deux fois par an pour discuter des moyens d'exploiter les technologies de télédétection nouvelles et existantes en ce qui concerne les incendies de forêt. Par exemple, un nouveau capteur infrarouge est en cours de développement qui balaie une fauchée trois fois plus large que le système existant. Cela signifierait moins de lignes de vol et moins de temps passé au-dessus d'un incendie individuel, dit Hinkley.

« Le point à retenir est que nous étudions et développons activement des capacités qui aideront les décideurs sur le terrain, surtout dans les premières phases des feux dynamiques, " a déclaré Hinkley. "Nous ne nous reposons pas seulement sur nos lauriers ici. Nous comprenons que nous devons mieux tirer parti des nouvelles technologies pour assurer la sécurité des personnes. »