Une vue de la fumée à l'intérieur de l'avion de recherche C-130 exploité par la National Science Foundation et le National Center for Atmospheric Research. Crédit :Brett Palm/Université de Washington
Les feux de forêt qui brûlent dans l'Ouest affectent non seulement les zones brûlées, mais les régions plus larges couvertes de fumée. Ces dernières années, le ciel brumeux et la qualité de l'air dangereux sont devenus des caractéristiques régulières de la fin de l'été.
De nombreux facteurs font que les incendies de forêt occidentaux s'aggravent et génèrent de plus gros, panaches de fumée plus durables qui peuvent s'étendre à travers le continent. Une analyse menée par l'Université de Washington examine les observations les plus détaillées à ce jour à l'intérieur des panaches de fumée des incendies de forêt de la côte ouest.
L'équipe multi-institutionnelle a suivi et survolé les panaches d'incendies de forêt à partir de la source pour collecter des données sur l'évolution de la composition chimique de la fumée au fil du temps. Un papier résultant, publié le 2 novembre dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , montre que les prévisions de fumée peuvent sous-estimer considérablement la quantité de particules dans la fumée rance.
Les nouveaux résultats pourraient doubler l'estimation des particules dans la fumée rance, ce qui pourrait faire la différence entre une qualité de l'air « modérée » et « malsaine » dans les régions sous le vent de l'incendie.
« Les feux de forêt sont de plus en plus importants et fréquents, et la fumée contribue de plus en plus à la pollution atmosphérique globale, " a déclaré l'auteur principal Joel Thornton, un professeur UW de sciences atmosphériques. "Nous avons vraiment ciblé les panaches de fumée proches de la source pour essayer de mieux comprendre ce qui est émis et ensuite comment cela peut se transformer lorsqu'il passe sous le vent."
Sachant comment la fumée de feu de forêt nouvellement générée se transforme en éventé, la fumée dissipée pourrait conduire à de meilleures prévisions de la qualité de l'air. Les communautés peuvent utiliser ces prévisions pour se préparer en déplaçant les activités de plein air à l'intérieur ou en reprogrammant dans les cas où l'air ne sera pas sûr d'être à l'extérieur, ainsi que de limiter d'autres activités polluantes telles que les feux de bois.
"Il y a deux aspects qui entrent dans les prévisions de fumée, " a déclaré le premier auteur Brett Palm, un chercheur postdoctoral de l'UW en sciences de l'atmosphère. "L'un est juste où va le panache de fumée, basé sur la dynamique de la façon dont l'air se déplace dans l'atmosphère. Mais l'autre question est :quelle quantité de fumée est transportée ? Jusqu'où sous le vent la qualité de l'air va-t-elle être mauvaise ? C'est la question à laquelle notre travail contribue à répondre."
Cette photo d'un panache de fumée provenant de l'incendie de Rabbit Foot dans l'Idaho en 2018 montre comment la fumée de la source, A gauche, change au fur et à mesure qu'il se déplace sous le vent. Crédit :Brett Palm/Université de Washington
Quand les arbres, l'herbe et le feuillage brûlent à haute température, ils génèrent de la suie, ou du noir de carbone, ainsi que les particules et vapeurs organiques, appelés aérosols organiques, qui sont plus réactifs que la suie. Les incendies peuvent également produire des aérosols de « carbone brun », une forme moins bien comprise d'aérosol organique qui donne au ciel une brume brunâtre.
Une fois en l'air, les aérosols organiques peuvent réagir avec l'oxygène ou d'autres molécules déjà présentes dans l'atmosphère pour former de nouveaux composés chimiques. Température de l'air, la lumière du soleil et la concentration de fumée affectent ces réactions et modifient ainsi les propriétés du panache de fumée plus ancien.
L'équipe multi-institutionnelle a mesuré ces réactions en survolant des panaches de feux de forêt en juillet et août 2018 dans le cadre de WE-CAN, ou l'expérience Western Wildfire pour la chimie des nuages, Campagne de terrain sur l'absorption des aérosols et l'azote menée par la Colorado State University.
Vols de recherche de Boise, Idaho, utilisé un avion de recherche C-130 pour observer la fumée. L'étude a survolé les niveaux de 2, 000 microgrammes par mètre cube, ou environ sept fois le pire air connu à Seattle cet été. Les joints sur l'avion ont gardé l'air à l'intérieur de l'engin beaucoup plus propre, bien que les chercheurs aient dit que c'était comme voler à travers la fumée d'un feu de camp.
"Nous avons essayé de trouver une belle, panache organisé où l'on pourrait démarrer au plus près du feu, " a déclaré Palm. "Ensuite, en utilisant la vitesse du vent, nous essaierions d'échantillonner le même air sur les transects suivants lorsqu'il se déplaçait sous le vent."
L'analyse du nouveau document s'est concentrée sur neuf panaches de fumée bien définis générés par l'incendie de Taylor Creek dans le sud-ouest de l'Oregon, l'incendie de Bear Trap dans l'Utah, l'incendie de Goldstone au Montana, l'incendie du South Sugarloaf au Nevada, et les Sharp, Kiwah, Les feux de forêt de Beaver Creek et de Rabbit Foot dans l'Idaho.
"On ne peut pas vraiment reproduire de grands feux de forêt en laboratoire, " dit Palm. " En général, nous avons essayé d'échantillonner la fumée pendant qu'elle vieillissait pour étudier la chimie, les transformations physiques qui se produisent."
Cette carte des États du nord-ouest montre l'échantillonnage des trajectoires de vol (lignes grises) pendant le feu de forêt de Taylor Creek (bleu). Les lignes rouges sont les endroits où les vols ont collecté des échantillons d'air à l'intérieur des panaches de fumée. Crédit :Palm et al./PNAS
Les chercheurs ont découvert qu'une classe d'émissions de feux de forêt, phénols, ne représentent que 4 % de la matière brûlée, mais environ un tiers des molécules de « carbone brun » absorbant la lumière dans la fumée fraîche. Ils ont trouvé des preuves de transformations complexes au sein du panache :les vapeurs se condensent en particules, mais en même temps et presque au même rythme, les composants particulaires s'évaporent à nouveau en gaz. L'équilibre détermine la quantité de matière particulaire qui survit, et donc la qualité de l'air, lorsque le panache se déplace sous le vent.
"L'un des aspects intéressants était d'illustrer à quel point la fumée est dynamique, " Palm a déclaré. "Avec des processus concurrents, les mesures précédentes donnaient l'impression que rien ne changeait. Mais avec nos mesures, nous pouvions vraiment illustrer la nature dynamique de la fumée."
Les chercheurs ont découvert que ces changements de composition chimique se produisent plus rapidement que prévu. Dès que la fumée est dans l'air, alors même qu'il bouge et se dissipe, il commence à s'évaporer et à réagir avec les gaz environnants dans l'atmosphère.
"Quand les panaches de fumée sont frais, ils sont presque comme une extension de bas niveau d'un feu, parce qu'il y a tellement d'activité chimique au cours de ces premières heures, " dit Thornton.
Les auteurs ont également effectué une série d'expériences 2019 dans une chambre de recherche à Boulder, Colorado, qui a examiné comment les ingrédients de la fumée réagissent dans des conditions diurnes et nocturnes. Les feux de forêt ont tendance à se développer dans les vents de l'après-midi lorsque la lumière du soleil accélère les réactions chimiques, puis mourir et couver la nuit. Mais de très grands incendies de forêt peuvent continuer à flamber pendant la nuit lorsque des cieux plus sombres modifient la chimie.
Comprendre la composition de la fumée pourrait également améliorer les prévisions météorologiques, parce que la fumée refroidit l'air en dessous et peut même modifier la configuration du vent.
"À Seattle, il y a des pensées que la fumée a changé le temps, " a déclaré Thornton. " Ce genre de rétroaction avec la fumée interagissant avec la lumière du soleil est vraiment intéressant à l'avenir. "
