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Rencontrez les scientifiques qui tentent de comprendre les pires incendies de forêt au monde
Il ne sera pas facile de mettre à jour la norme de 47 ans pour prédire ce que feront les incendies, mais cela sauvera des vies. 16 décembre 2019
tornade de feu Kristine Paulson
Jason Forthofer combattait le Sunrise Fire dans le sud du Montana depuis plus d'une semaine lorsqu'il a commis la plus grosse erreur de sa carrière. Il travaillait avec une équipe au bord du feu, creusant des tranchées et allumant des flammes de backburn contrôlées dans la chaleur étouffante, quand il a entendu une rumeur sur une cabane à proximité qui pourrait avoir besoin de protection.
Curieux et désireux d'aider, Forthofer et son collègue Kevin Beck ont épaulé leurs sacs tôt un matin et se sont frayé un chemin jusqu'à une ancienne piste minière dans la forêt voisine. Forthofer était à pied, tandis que Beck conduisait un véhicule à quatre roues. Bientôt, ils poussaient à travers les fourrés, les branches accrochant le lourd tissu de leurs manteaux ignifuges. Peut-être y avait-il quelques nuages au-dessus de nos têtes ; s'il y en avait, Forthofer les ignorait. Le météorologue responsable de l'incident travaillant avec l'équipe avait mis en garde contre d'éventuels orages depuis plusieurs jours - typiques d'un été dans le Montana - mais aucun ne s'était matérialisé.
La cabane, lorsqu'ils l'ont trouvée, se trouvait à environ un demi-mille de la route, une cabane de mine branlante rafistolée avec de la ferraille et entourée de sapins de Douglas. Ils examinèrent le bâtiment : il semblait que des gens s'y étaient rendus récemment, mais personne n'était à la maison à présent. Forthofer entendit alors un bruit qui lui noua l'estomac : le grondement sourd du tonnerre. La cime des arbres voisins a commencé à se balancer.
Beck a sauté sur son quatre-roues et Forthofer l'a fait courir, se dirigeant vers la route aussi vite que le permettaient les broussailles épaisses. Ils avaient pris un risque stupide en ignorant les prévisions - et ils le savaient. Une tempête qui s'approchait pouvait facilement soulever des vents dangereux, poussant un feu incontrôlé vers eux à une vitesse terrible.
La panique de Forthofer montait à mesure que les vents augmentaient. Trente milles à l'heure. Puis 40. Alors qu'ils approchaient de la route, il se mit à courir, sachant que les flammes pouvaient l'atteindre à tout moment.
En sueur et épuisés, terrifiés par ce qui aurait pu arriver, Forthofer et Beck sont revenus. Ils étaient en sécurité. Mais une pensée revenait encore et encore dans l'esprit de Forthofer : J'aurais pu mourir là. C'est ainsi que meurent les pompiers.
Jason Forthofer se tient sur le toit du Missoula Fire Sciences Lab. Kristine Paulson
Sunrise n'était que l'un des 21 incendies qui ont brûlé le Montana au cours de l'été 2017. Mais l'incendie était en grande partie maîtrisé au moment où Forthofer s'est assis à son bureau quelques semaines plus tard et a considéré son expérience sous un angle différent. Lorsqu'il ne combat pas directement les incendies, Forthofer les étudie en travaillant avec un groupe d'analystes, de biologistes, de programmeurs informatiques et d'ingénieurs au Missoula Fire Sciences Lab dans le Montana.
Son double rôle - en première ligne et en tant que chercheur - illustre la position unique du laboratoire dans la lutte contre les incendies de forêt aux États-Unis.
Ce contexte est essentiel, et ce n'est pas quelque chose que la plupart des scientifiques comprennent, déclare l'écologiste Matt Jolly, l'un des collègues de Forthofer. Ils essaient d'écrire sur les incendies de forêt, d'écrire sur les feux de cime [dans les cimes des arbres]. Et ils n'en ont jamais vu !
Le Fire Lab est peut-être mieux connu pour les programmes informatiques qu'il produit pour prévoir le comportement des incendies de forêt. En 1972, un chercheur du nom de Dick Rothermel a utilisé une série d'expériences simples pour créer l'un des premiers modèles mathématiques capables de prédire la propagation d'un incendie. Brûlant du carburant dans sa soufflerie, Rothermel a contrôlé des facteurs tels que la vitesse du vent, puis a observé ses incendies au fur et à mesure qu'ils se développaient. Il a tracé les résultats sur un graphique et a utilisé les données pour en déduire un ensemble d'équations qui pourraient être appliquées aux incendies de forêt partout. Soudain, les analystes pouvaient faire des prédictions sur la façon dont un incendie se propagerait - et les résultats ont changé la façon dont les experts pensent et interagissent avec le feu.
Matt Jolly regarde un feu brûler dans le laboratoire. Kristine Paulson
Aujourd'hui, le modèle Rothermel fournit la colonne vertébrale de presque tous les programmes informatiques utilisés pour analyser le comportement des incendies de forêt aux États-Unis. Mais bien que ses travaux aient été avancés pour l'époque, Rothermel n'a pas pris en compte de nombreux facteurs qui font que les incendies se comportent différemment dans le monde réel que dans l'environnement limité d'un laboratoire. Ses recherches supposaient, par exemple, que les aiguilles de pin dans un lit de combustible peu profond brûleraient de la même manière que les mêmes aiguilles empilées beaucoup plus haut. Des modèles comme celui de Rothermel ne sont vraiment valables que pour la gamme de données et d'expériences que vous avez menées, explique Forthofer. En dehors de cette plage, tout le monde peut deviner si la courbe continue.
Pour compenser, les analystes du comportement du feu ont boulonné une série presque infinie d'ajustements et d'entrées sur le squelette de Rothermel afin qu'ils puissent faire des prédictions plus précises sur la progression d'un incendie particulier au cours des heures ou des jours. Ils intègrent des données décrivant tout, de la pente à la végétation en passant par les caractéristiques de la canopée et les facteurs météorologiques. Le tout est un exploit de technologie et d'ingéniosité, une tentative de prédire quelque chose qui a passé des siècles à être mystérieux et inconnaissable.
Aujourd'hui, cependant, après des décennies de sécheresse et de hausse des températures, des incendies monstrueux dans tout l'Ouest américain ont mis en évidence les faiblesses du système. Le modèle de Rothermel ne peut pas gérer tout ce que l'environnement lui lance, du nombre d'arbres morts qui se trouvent actuellement dans les forêts américaines aux vitesses de vent fluctuantes.
Un portrait de Harry T. Gisborne, pionnier de la recherche sur les incendies de forêt, accueille les visiteurs lorsqu'ils entrent dans le laboratoire. Kristine Paulson
Les outils ne sont pas toujours adaptés, explique Forthofer. Ils n'ont presque jamais raison, jamais parfaitement raison. Et quand ils se trompent, cela peut entraîner des conséquences réelles et graves : perte d'argent, perte de maisons ou, pire que tout, perte de vies.
Ainsi, avec des enfers dévorant des dizaines de milliers d'hectares et tuant plus de personnes chaque année, le Fire Lab tente de construire un tout nouveau modèle pour la première fois en un demi-siècle. Il y a beaucoup de rattrapage à faire.
Un après-midi de juillet 2019, Forthofer me fait visiter le labo, accompagné de son patron, Mark Finney. La lutte contre les incendies n'est jamais loin pour Forthofer - son frère et sa femme étaient tous deux pompiers, et beaucoup de ses amis le sont toujours - et il a le physique solide de quelqu'un qui marche régulièrement avec des sacs de 100 livres. Finney, en revanche, est nerveux et anguleux, avec des tempes argentées et une tendance à parler par courtes rafales.
À partir du hall d'entrée du bâtiment, les touches idiosyncratiques abondent. Une chèvre de montagne empaillée préside à la réception (Merci de ne pas toucher la chèvre, plaide une pancarte à proximité). Une courtepointe en patchwork sur le thème des feux de forêt datant de 2010 commémore le 50e anniversaire du laboratoire.
Dehors, les nuages traversent les plaines, mais vous ne le sauriez pas à l'intérieur de l'espace caverneux et sans fenêtre du laboratoire d'essai, dont les imposantes parois internes sont en tôle ondulée. Nous nous arrêtons devant une énorme dalle remplie de sable, qui, selon Forthofer et Finney, est essentiellement un brûleur géant. Ils soulignent les jets de propane personnalisés en dessous, qui leur permettent de contrôler avec précision l'intensité des flammes et de prendre des mesures exactes pendant qu'elles brûlent.
Le labo a surnommé la table Big Sandy, me dit Finney. (Ils ont baptisé des brûleurs similaires Little Sandy et Big Bertha.) L'une des expériences emblématiques de Big Sandy mesure la longueur de la flamme, la température et la pression dans un feu qui démarre en ligne droite. Des rangées de dents en carton découpées au laser brûlent une par une dans un mouvement presque liquide alors qu'une ligne de flammes atteignant 8 pieds de haut se propage à travers elles, formant une vague de pics et de creux.
Des mesures sur Big Sandy ont montré que ces formes sont causées par l'air froid poussant les flammes par intermittence dans leur lit de combustible, entraînant le processus de combustion. Un enregistrement vidéo soumis à une analyse de trace de flux ajoute de fines lignes vertes qui facilitent le suivi de ce mouvement. Il montre comment cet air froid tourne en une série de petits tourbillons, ou vortex, lorsque les gaz devant les flammes montent et descendent à mesure qu'ils se réchauffent et se refroidissent. Sans ce mouvement, les flammes n'avanceraient pas, explique Finney; ils flotteraient simplement au-dessus de leur carburant et finiraient par s'éteindre.
Dans un bureau au bout du couloir de Big Sandy, l'analyste des incendies Chuck McHugh me fait découvrir une partie de son travail. Les modèles qu'il me montre des incendies de forêt passés ressemblent à des enchevêtrements de gribouillis rouges et de taches colorées superposées sur des cartes. En fait, explique-t-il, les lignes rouges documentent les chemins possibles que le feu pourrait emprunter ; les formes colorées indiquent le nombre d'heures que le feu pourrait prendre pour se propager dans cette zone. Sur certaines cartes, ces taches sont entourées de feux ponctuels pétillants, d'allumages où le logiciel a deviné que des étincelles pourraient jaillir de l'incendie principal. Le tout ressemble à une moisissure visqueuse, organique et vivante, ce qu'elle est en quelque sorte.
Partout où nous marchons, l'équipe essaie de mieux comprendre et prévoir le comportement du feu. À l'étage se trouvent les souffleries, où Forthofer et ses collègues enregistrent comment les incendies sont affectés par l'air à différentes vitesses. Il montre également un grand appareil en métal noir dont la base incurvée génère le flux d'air nécessaire pour créer (et étudier) des tornades de feu de 10 pieds. Nous terminons notre visite dans une pièce pleine d'engins en mousse et en métal pour mesurer comment la chaleur se déplace dans l'air pour allumer un nouveau carburant lorsqu'un incendie se déclare. Tout l'endroit, expliquent-ils, peut être réglé sur une température et une humidité de l'air spécifiques ou ouvert pour la ventilation en cas d'urgence.
Finney dit que toute cette complexité montre que le travail de Rothermel ne suffit plus.
Mark Finney se tient devant Little Bertha, un équipement qui permet aux scientifiques de tester comment le feu se déplace sur une pente. Kristine Paulson
Ce n'est pas parce que vous avez un modèle, dit-il, que vous comprenez quelque chose.
Wildfire est plein de processus à petite échelle comme les tourbillons de Big Sandy. Chaque élément de la recherche entreprise par le Fire Lab est une tentative d'étudier une infime partie de la situation dans son ensemble. Et c'est particulièrement important avec des éléments comme le vent, qui à la fois affecte le comportement du feu et continue d'être affecté par le feu. Le modèle de Rothermel, soutient Finney, est loin de rendre compte des boucles de rétroaction et des seuils de comportement étranges dans un système complexe comme celui-là.
Chuck McHugh analyse l'activité des incendies et la probabilité de propagation. Ses calculs déterminent si une action doit être entreprise ou pas d'action du tout.
C'est pourquoi il cherche quelque chose de nouveau : une théorie complète qui peut expliquer le comportement du feu, pas seulement le prédire.
La poursuite d'une théorie complète du feu motive les travaux du Fire Lab dans un certain nombre de domaines, de la dynamique des fluides et du transfert de chaleur par convection au temps de résonance - la période pendant laquelle une particule de combustible comme une aiguille de pin continuera à libérer de l'énergie après son enflammement. En combinant tous ces modèles plus petits, Forthofer et Finney espèrent en créer un plus grand qui puisse expliquer ces phénomènes dans la nature.
Les mêmes processus physiques qui provoquent la propagation d'un feu de couronne géant avec des flammes de 200 pieds font partie d'un petit feu avec une flamme d'un pied se propageant dans notre tunnel, explique Forthofer.
Le bureau de Finney est dédié au feu sous toutes ses formes. Kristine Paulson
Finney compare sa tâche à la rétro-ingénierie d'une recette à partir d'une liste d'ingrédients. Lui et ses collègues ont déjà assemblé leurs éléments de base : rayonnement, convection, carburant, chaleur, oxygène. Mais nous n'avons pas réellement les quantités de chacun ou l'ordre de chacun ou les instructions de préparation, dit-il.
Bien que le travail de Rothermel ait eu un impact énorme, ce n'est pas le seul jeu en ville. Le Canada a développé son propre système, Prometheus, au début des années 2000. Les scientifiques australiens, quant à eux, utilisent leurs propres programmes informatiques qui correspondent aux bizarreries des feux de brousse de l'Outback. Le modèle Rothermel reste cependant la norme. Alen Slijepcevic, chef adjoint de la Country Fire Authority de l'État australien de Victoria, a suivi avec intérêt la quête du Missoula Fire Lab. Tout ce travail aura une implication mondiale, sans aucun doute, dit-il.
Dans la chambre de conditionnement du Fire Lab, dont la température et l'humidité sont contrôlées, où des appareils fabriqués avec précision sont utilisés pour les brûlures. Kristine Paulson
Ailleurs, certaines institutions se sont tournées vers une approche différente, connue sous le nom de dynamique des fluides computationnelle (CFD), qui modélise la façon dont les fluides et les gaz se déplacent. La technique divise une zone en un maillage de petites unités et calcule comment chaque pièce pourrait interagir avec les autres. Les résultats peuvent imiter plus précisément le comportement réel du feu.
Le problème est que cela nécessite beaucoup plus de puissance de calcul qu'un programme basé sur le système de Rothermel. L'exécution d'un seul modèle CFD peut prendre des jours : le Service météorologique national doit utiliser des superordinateurs pour exécuter des modèles CFD capables de prédire la météo plus rapidement qu'en temps réel. Il est donc peu probable que la technologie soit utilisée pour prédire le comportement des incendies de forêt dans un avenir proche : lorsqu'un incendie se déclare, les analystes de première ligne effectuent souvent des centaines de simulations tout en travaillant dans des endroits éloignés où l'infrastructure est défaillante et les connexions Internet sont médiocres. Ils ont besoin de programmes pouvant s'exécuter sur un ordinateur portable standard, et rapidement. Après tout, comme l'explique Kevin McGrattan, mathématicien de l'Institut national des normes et de la technologie : Il ne sert à rien de dire à quelqu'un que l'ouragan allait frapper la Nouvelle-Orléans la semaine dernière.
Forthofer, Finney et leurs collègues espèrent que le modèle qu'ils construisent représentera un terrain d'entente : assez intelligent pour faire de meilleures prédictions, avec des éléments de type CFD qui peuvent tenir compte de facteurs comme la turbulence du vent, mais assez simple pour fonctionner sur le terrain.
McGrattan voit le potentiel d'un modèle hybride, bien qu'il ajoute une mise en garde importante : la première étape doit être de former davantage de personnes à utiliser les programmes existants. Lors d'une récente réunion, des représentants du Service forestier lui ont dit que les modèles basés sur Rothermel sont principalement utilisés pour les brûlages pré-planifiés et contrôlés. Quand tout l'enfer se déchaîne à Somewhere, en Californie, il n'y a tout simplement pas le temps d'avoir une personne avec ce genre d'expertise sur le terrain pour exécuter le modèle, lui a-t-on dit.
La nécessité de remettre à jour les modèles de feux de forêt semble plus pressante que jamais. Des incendies de forêt importants et féroces ont fait rage plus fréquemment dans certaines parties de l'Ouest américain ces dernières années, ainsi que dans le monde entier.
Aux États-Unis, le nombre d'acres brûlés chaque année par les incendies de forêt a augmenté de 500 % depuis les années 1970. Des centaines de personnes sont mortes et des milliers de maisons ont été détruites cette décennie dans les seuls incendies de Californie. En 2018, la pire saison des incendies de forêt jamais enregistrée a vu des incendies majeurs comme le Carr Fire et le Mendocino Complex Fire détruire des millions d'acres en août ; quelques mois plus tard, le Camp Fire a tué au moins 86 personnes et effacé toute la ville de Paradise.
Un équipement appelé The Hibachi permet aux scientifiques de tester la façon dont différents spécimens se réchauffent. Kristine Paulson
Mais réduire l'écart entre le modèle et la réalité n'est que la première étape pour faire face à ces catastrophes.
Les pompiers ont tendance à être lents à faire confiance à la technologie plutôt qu'à ce qu'ils ont observé ou vécu, surtout lorsque leur survie est en jeu. Ils apprennent à se fier à leur intuition, tout comme Forthofer l'a fait lorsqu'il a balayé les avertissements d'orage au Sunrise Fire. Vous êtes obligé de prendre des décisions dans des situations où vous avez des connaissances incomplètes, dit-il. Et vous n'êtes pas tout à fait sûr de la crédibilité des choses que vous savez.
Mais comme le souligne son collègue du Fire Lab, Matt Jolly, cela peut avoir des conséquences terribles lorsque les conditions sont si extrêmes que personne ne les a vues auparavant. Lorsque l'expérience échoue, les outils deviennent de plus en plus précieux - et à mesure que le climat change, l'expérience continuera d'échouer de plus en plus souvent.
Dans le monde de la lutte contre les incendies, un incident survenu en 2013 à Yarnell Hill, en Arizona, est considéré comme le pire exemple. En juin, 19 pompiers ont été tués lorsque les vents ont changé de façon spectaculaire avant un orage qui avait été prédit par le National Weather Service. Ils se sont retrouvés piégés, faisant de Yarnell Hill le feu de forêt le plus meurtrier pour les pompiers depuis 1933. Cela vous donne des frissons dans le dos, dit Forthofer, notant les parallèles avec sa propre expérience. Cela ne devrait pas arriver.
C'est pourquoi Jolly et Forthofer mettent l'accent sur la formation et l'éducation, partageant de nouveaux outils avec des pompiers précoces et fiables qui les défendront auprès des autres. Leur capacité à basculer entre le langage de la recherche universitaire et le langage des bataillons d'élite est très pratique.
Jolly, en particulier, passe une grande partie de son temps lors de tables rondes avec des gestionnaires d'incendie et des commandants d'incidents, des ateliers pour les analystes du comportement du feu et d'autres événements de formation professionnelle, demandant De quoi avez-vous besoin ? Qu'est-ce qui rendrait cet outil meilleur?
Cette vidéo d'une branche qui s'enflamme a été accélérée 18x. Avec l'aimable autorisation du laboratoire des sciences du feu de Missoula
Dans son bureau du Fire Lab, tapissé des projets artistiques de sa fille et des éphémères d'une vie passée à l'extérieur, Jolly sort la présentation PowerPoint qu'il utilise pour montrer les offres du laboratoire. Ses cheveux grisonnants tombent sur son front alors qu'il se frotte les yeux à plusieurs reprises; il ressemble un peu à une rock star plus âgée le matin après une dure nuit. (Il ne l'est pas, et ce n'est pas le cas.)
Il me montre une carte multicolore basée sur un système d'évaluation des risques d'incendie qu'il a aidé à développer. Les zones vertes représentent des conditions météorologiques normales, tandis que les rouges représentent une chaleur, un vent ou une sécheresse extrêmes à un niveau observé en seulement 3 % des jours dans l'histoire enregistrée. Il a créé cet outil pour aider à prévenir le genre de tragédie qui s'est produite à Yarnell Hill, me dit-il. Les deux tiers de tous les décès de pompiers forestiers surviennent ces jours-là, lorsque le potentiel d'incendies extrêmes est le plus élevé.
Il feuillette plusieurs de ces cartes en désignant les points rouges. Voici les conditions avant un feu d'herbe de l'Oklahoma qui s'est propagé à des dizaines de milliers d'acres en une journée. Ces taches rouges représentent des zones de Napa et de Sonoma au moment des incendies qui ont dévasté la région viticole en 2016. Et ce petit point rouge à côté de Los Angeles marque le Thomas Fire, la première fois que les pompiers de Californie ont travaillé sur un incendie de forêt le jour de Noël.
Il continue à travers le diaporama, me guidant à travers des cartes des plus grands incendies récents de Californie : le Carr Fire, le Mendocino Complex Fire, le Camp Fire qui a anéanti Paradise.
Lorsque le carburant brûle à Little Bertha, cela montre la formation en forme de vague que prennent les flammes. Kristine Paulson
Vous avez donc pu produire ces cartes en utilisant les données qui auraient été disponibles ce jour-là ? Je demande. Il secoue la tête. Les cartes elles-mêmes étaient disponibles pour être utilisées par les pompiers et les analystes ces jours-là , à la fois avant qu'ils n'arrivent sur les lieux et pendant qu'ils étaient là, me dit-il.
Alors toute l'idée qu'on ne l'a pas vu venir ou que ça nous a pris au dépourvu... Il se mord la lèvre. Nous devons faire mieux avec cela. Une compréhension plus profonde du feu ou un nouveau modèle - ce sont des réalisations dénuées de sens sans une adoption généralisée, dit-il. Si cela ne change pas le comportement, ils sont inutiles.
Des étincelles jaillissent de la cheminée, qui imite le feu dans la nature. Kristine Paulson
Au bout du couloir, Forthofer envisage une transformation de la culture de lutte contre les incendies. Enseigner un modèle mis à jour, une nouvelle théorie qui explique vraiment pourquoi et comment il se comporte de certaines manières, pourrait déclencher ce changement. Cela pourrait fournir à ses collègues une nouvelle façon de comprendre les choses qu'ils voient. Avec suffisamment d'efforts, cela pourrait empêcher des appels rapprochés comme celui qu'il a eu au Sunset Fire, cela pourrait protéger les maisons des gens et, plus important encore, cela pourrait sauver des vies.
Entre ce jour et aujourd'hui, cependant, se situe cette saison des incendies, et la suivante, et celle d'après. En cours de route, Forthofer passera ses étés à combattre des incendies et ses hivers à les mesurer en laboratoire avec Finney. McHugh et ses collègues analystes continueront d'amener leurs modèles vers la réalité, et Jolly continuera de parcourir le pays en discutant avec des vedettes, des commandants de brigade et des gestionnaires de services publics.
Et les incendies continueront.
—Alissa Greenberg ( @alissaleewrites ) est un journaliste indépendant qui fait des reportages à l'intersection de la culture, de la science, des affaires et des affaires internationales.