Sur une période de 36 heures en août, L'ouragan Henri a produit des précipitations record à New York, où un système d'égout pluvial vieillissant n'a pas été construit pour gérer le déluge, entraînant des inondations dans les rues. Pendant ce temps, une sécheresse en cours en Californie a continué de surcharger les aquifères et d'étendre les restrictions d'eau à l'échelle de l'État. Alors que le changement climatique amplifie la fréquence et l'intensité des événements extrêmes aux États-Unis et dans le monde, et les populations et les économies qu'ils menacent grandissent et changent, il est impératif de rendre les infrastructures plus résilientes. Mais comment le faire à temps, moyen rentable?

Une discipline émergente appelée dynamique multisectorielle (MSD) offre une solution prometteuse. MSD se concentre sur les risques aggravants et les points de basculement potentiels à travers les systèmes naturels et humains interconnectés. Des points de bascule se produisent lorsque ces systèmes ne peuvent plus supporter plusieurs, contraintes co-évolutives, comme les événements extrêmes, croissance démographique, dégradation du sol, pénurie d'eau potable, la pollution de l'air, infrastructures vieillissantes, et des exigences humaines accrues. Les chercheurs de MSD utilisent des observations et des modèles informatiques pour identifier les indicateurs précurseurs clés de ces points de non-retour, fournir aux décideurs des informations essentielles pouvant être appliquées pour atténuer les risques et renforcer la résilience des infrastructures et des ressources gérées.

Au MIT, le Programme conjoint sur la science et la politique du changement global développe depuis 2018 une expertise et des outils de modélisation MSD et les utilise pour explorer les risques aggravants et les points de basculement potentiels dans certaines régions des États-Unis. Dans un webinaire de deux heures le 15 septembre, Les chercheurs du programme commun du MIT ont présenté un aperçu de l'ensemble d'outils de recherche MSD du programme et de ses applications.

MSD et la plateforme de triage des risques

"La dynamique multisectorielle explore les interactions et les interdépendances entre les systèmes humains et naturels, et comment ces systèmes peuvent s'adapter, interagir, et co-évoluer en réponse aux chocs à court terme et aux influences et contraintes à long terme, " déclare le directeur adjoint du programme commun du MIT, C. Adam Schlosser, notant qu'une telle analyse peut révéler et quantifier des risques potentiels qui échapperaient probablement à la détection dans des enquêtes cloisonnées. « Ces systèmes peuvent subir des effets en cascade ou des défaillances après avoir traversé des points de basculement. La vraie question n'est pas seulement de savoir où se trouvent ces points de basculement dans chaque système, mais comment ils se manifestent et interagissent dans tous les systèmes."

Pour répondre à cette question, les chercheurs MSD du programme ont développé la plateforme MIT Socio-Environmental Triage (MST), désormais accessible au public pour la première fois. Centré sur la zone continentale des États-Unis, la première version de la plateforme analyse les risques actuels liés à l'eau, terre, climat, l'économie, énergie, démographie, santé, et infrastructures, et où ces composés créent des points chauds à risque. Il s'agit essentiellement d'un outil de visualisation au niveau du filtrage qui permet aux utilisateurs d'examiner les risques, identifier les points chauds lors de la combinaison des risques, et prendre des décisions sur la manière de déployer une analyse plus approfondie pour résoudre des problèmes complexes aux niveaux régional et local. Par exemple, MST peut identifier les points chauds pour les risques combinés d'inondation et de pauvreté dans le bassin inférieur du fleuve Mississippi, et ainsi alerter les décideurs sur les endroits où des ressources plus concentrées de lutte contre les inondations sont nécessaires.

Les versions successives de la plate-forme incorporeront des projections basées sur le cadre de modélisation du système mondial intégré (IGSM) du programme conjoint du MIT sur la façon dont différents systèmes et facteurs de stress peuvent co-évoluer dans le futur et ainsi changer le paysage des risques. Cette capacité améliorée pourrait aider à découvrir des voies rentables pour atténuer et s'adapter à un large éventail de risques environnementaux et économiques.

Applications MSD

Cinq présentations de webinaires ont exploré comment les chercheurs du programme commun du MIT appliquent la plate-forme de triage des risques du programme et d'autres outils de modélisation MSD pour identifier les points de basculement et les risques potentiels dans cinq domaines clés :qualité de l'eau, l'utilisation des terres, économie et énergie, santé, et infrastructures.

La chercheuse principale du programme conjoint Xiang Gao a décrit ses efforts pour appliquer un modèle américain de qualité de l'eau à haute résolution pour calculer un emplacement spécifique, indice de qualité de l'eau sur plus de 2, 000 bassins hydrographiques du pays. En tenant compte des interactions entre le climat, agriculture, et les systèmes socio-économiques, diverses mesures de la qualité de l'eau peuvent être obtenues, allant des niveaux de nitrate et de phosphate aux concentrations de phytoplancton. Cette approche de modélisation fait progresser une capacité unique d'identifier les points chauds potentiels de risque pour la qualité de l'eau pour les ressources en eau douce.

Le chercheur scientifique du programme conjoint Angelo Gurgel a discuté de son analyse basée sur le MSD sur la façon dont le changement climatique, croissance démographique, changer les régimes alimentaires, L'amélioration des rendements des cultures et d'autres forces qui entraînent un changement d'affectation des terres au niveau mondial peuvent en fin de compte avoir un impact sur la façon dont les terres sont utilisées aux États-Unis. En s'appuyant sur les données d'observation nationales et le cadre IGSM, l'analyse montre que si les tendances actuelles de l'utilisation des terres aux États-Unis devraient persister ou s'intensifier d'ici 2050, il n'y a aucune preuve de points de basculement préoccupants survenant tout au long de cette période.

La chercheuse scientifique du programme conjoint du MIT, Jennifer Morris, a présenté plusieurs exemples de la façon dont la plate-forme de triage des risques peut être utilisée pour combiner les ensembles de données américains existants et le cadre IGSM pour évaluer les risques énergétiques et économiques au niveau régional. Par exemple, en agrégeant des flux de données distincts sur l'emploi des combustibles fossiles et la pauvreté, on peut cibler des comtés sélectionnés pour des programmes de formation professionnelle en énergie propre alors que la nation se dirige vers un avenir à faible émission de carbone.

"Nos cadres de modélisation et de tri des risques peuvent fournir des images des paysages économiques et énergétiques actuels et futurs, " dit Morris. " Ils peuvent également mettre en évidence les interactions entre différents humains, construit, et les systèmes naturels, y compris les risques aggravants qui se produisent au même endroit. »

Sebastian Eastham, affilié à la recherche du programme conjoint du MIT, chercheur au Laboratoire MIT pour l'aviation et l'environnement, décrit une approche MSD pour l'étude de la pollution de l'air et de la santé publique. Relier l'IGSM à un modèle de chimie atmosphérique, Eastham vise finalement à mieux comprendre où se trouvent les plus grands risques pour la santé aux États-Unis et comment ils peuvent s'aggraver tout au long de ce siècle selon différents scénarios politiques. En utilisant l'outil de triage des risques pour combiner les mesures de risque actuelles pour la qualité de l'air et la pauvreté dans un comté sélectionné sur la base des données actuelles sur la population et la qualité de l'air, il a montré comment identifier rapidement les points chauds du risque de maladies cardiovasculaires et autres maladies induites par la pollution atmosphérique.

Finalement, Alyssa McCluskey, filiale de recherche du programme conjoint du MIT, maître de conférences à l'Université du Colorado à Boulder, a montré comment l'outil de triage des risques peut être utilisé pour identifier les risques potentiels pour les routes, cours d'eau, et les lignes de distribution d'électricité contre les inondations, températures extrêmes, croissance démographique, et d'autres facteurs de stress. En outre, McCluskey a décrit comment le développement et l'expansion des infrastructures de transport et d'énergie peuvent menacer des habitats fauniques essentiels.

Permettre l'ensemble, des analyses spécifiques à l'emplacement des risques et des points chauds dans et entre plusieurs domaines, les outils de modélisation MSD du programme conjoint peuvent être utilisés pour éclairer l'élaboration des politiques et les investissements du niveau municipal au niveau mondial.

"MSD relève le défi de relier l'humain, Naturel, et les systèmes d'infrastructure afin d'éclairer l'analyse des risques et la prise de décision, " dit Schlosser. " Grâce à notre plate-forme de triage des risques et à d'autres modèles MSD, nous prévoyons d'évaluer les interactions importantes et les points de basculement, et de fournir une prévision qui appuie l'action vers un résilient, et un monde prospère."