En août 2024, une équipe de chercheurs et de partenaires de la NASA se sont réunis à Missoula, pour tester une nouvelle technologie de drones pour les prévisions localisées ou la micrométéorologie. Les chercheurs ont attaché des capteurs de vent à un drone, le quadcoptère Alta x de la NASA, visant à fournir des données météorologiques précises et durables pour aider à prédire le comportement du feu.
Les incendies de forêt augmentent en nombre et en gravité dans le monde, y compris les États-Unis, et le vent est un facteur majeur. Cela conduit à une croissance inattendue et imprévisible des incendies, à des menaces publiques et à des décès, faisant de la micrométéorologie un outil très efficace pour lutter contre le feu.
La campagne a été gérée par le projet Firesense de la NASA, axé sur la relevée des défis dans la gestion des incendies de forêt en mettant la science et la technologie de la NASA entre les mains des agences opérationnelles.
« S’assurer que la nouvelle technologie sera facilement adoptée par des agences opérationnelles telles que le US Forest Service et le National Weather Service était un autre objectif principal de la campagne », a déclaré Jacquelyn Shuman, scientifique de projet Firesen au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie.
L’équipe FireSense a choisi le drone Alta X parce que le US Forest Service a déjà une flotte de quadcopters et de pilotes de drones formés, ce qui pourrait rendre l’intégration des capteurs nécessaires – et de l’infrastructure qui l’accompagne – beaucoup plus facile et plus rentable pour l’agence.
Le choix des deux capteurs de la charge utile du drone a également été motivé par leur adoption.
Le premier, appelé radiosonde, mesure la direction et la vitesse du vent, l’humidité, la température et la pression, et est utilisé quotidiennement par le National Weather Service. L’autre capteur, un anémomètre, mesure la vitesse et la direction du vent, et est utilisé dans les stations météorologiques et les aéroports du monde entier.
« Les anémomètres sont partout, mais sont généralement immobiles », a déclaré Robert McSwain, le chef de système aérien de Firesense non mélangé (UAS), basé au Langley Research Center de la NASA à Hampton, en Virginie. « Nous prenons un type de capteur déjà utilisé dans le monde entier et lui donnant des ailes. »
Les deux capteurs créent des ensembles de données qui sont déjà familiers aux météorologues du monde entier, ce qui ouvre les applications potentielles de la plate-forme.
Méthodes de prévision actuelles: ballons météorologiques
Traditionnellement, les données sur les prévisions météorologiques mondiales sont recueillies en attachant une radiosonde à un ballon météo et en la libérant dans les airs. Ce système fonctionne bien pour les prévisions météorologiques régionales. Mais l’environnement en évolution rapide des incendies de forêt nécessite des prévisions plus récurrentes et identifiées pour prédire avec précision le comportement du feu. C’est le créneau parfait pour un drone.
« Ces drones ne sont pas destinés à remplacer les ballons météorologiques », a déclaré Jennifer Fowler, chef de projet de Firesense chez Langley. « L’objectif est de créer une solution de rendez-vous pour obtenir des données plus fréquentes et localisées pour les incendies de forêt – sans remplacer toutes les prévisions météorologiques. »
Les drones fournissent le contrôle, les tests répétés, la durabilité
Les drones peuvent être pilotés pour continuer à effectuer des mesures sur un emplacement précis – un prévisionniste sur place pourrait en piloter une toutes les deux heures à mesure que les conditions changent – et recueillir des données en temps opportun pour déterminer comment la météo aura un impact sur la direction et la vitesse d’un incendie.
Les pompiers sur le terrain peuvent avoir besoin de ces informations pour prendre des décisions rapides sur l’endroit où déployer des pompiers et des ressources, tracer des lignes de feu et protéger les communautés voisines.
Une plate-forme réutilisable, comme un drone, réduit également l’impact financier et environnemental des vols de prévision.
« Un ballon météo sera un seul-off, et le capteur attaché ne sera pas récupéré », a déclaré Fowler. « Le drone instrumenté, en revanche, peut être piloté à plusieurs reprises. »
La campagne Missoula
Avant que une telle technologie puisse être envoyée à un incendie, elle doit être testée. C’est ce que l’équipe FireSense a fait cet été.
McSwain a décrit les conditions de Missoula comme un « alignement des étoiles » pour la recherche: le terrain de montagne complexe produit des vents erratiques et historiquement imprévisibles, et la rareté des instruments de surveillance sur le terrain rend la prévision météorologique très difficile. Au cours de la campagne de trois jours, plusieurs incendies ont brûlé à proximité, ce qui a permis aux chercheurs de tester la façon dont les drones ont fonctionné dans des conditions fumées.
Une équipe de drones de la NASA Langley a effectué huit vols de collecte de données à Missoula. Avant chaque vol de drones, des équipes étudiants de l’Université de l’Idaho à Moscou, Idaho et Salish Kootenai College de Pablo, Montana, ont lancé un ballon météo portant le même type de radiosonde.
Une fois ces ensembles de données créés, ils devaient être transformés en format utilisable. Les météorologues sont utilisés aux nombres, mais les commandants incidents sur un feu actif doivent voir les données sous une forme qui leur permet de comprendre rapidement quelles conditions changent et comment. C’est là que les partenaires de visualisation des données entrent en jeu. Pour la campagne de Missoula, des équipes de Mitre, Nvidia et Esri ont rejoint la NASA sur le terrain.
Les mesures du ballon et des plates-formes de drones ont été immédiatement envoyées aux équipes de données sur place. L’équipe Mitre, avec NVIDIA, a testé des modèles météorologiques d’intelligence artificielle haute résolution, tandis que l’équipe ESRI a créé des visualisations complètes des trajectoires de vol, des températures et de la vitesse et de la direction du vent. Ces représentations visuelles des données rendent les conclusions plus immédiatement apparentes aux non-météorologues.
Quelle est la prochaine étape?
Le développement de capacités de drones pour la surveillance des incendies n’a pas commencé à Missoula, et cela ne s’arrêtera pas là.
« Cette campagne a mis à profit près d’une décennie de recherche, de développement, d’ingénierie et de tests », a déclaré McSwain. « Nous avons constitué une capacité de vol UAS qui peut désormais être utilisée dans la NASA. »
La NASA Alta X et sa charge utile de capteur se rendront en Alabama et en Floride au printemps 2025, incorporant des améliorations identifiées au Montana. Là, l’équipe effectuera une autre démonstration technologique avec des gestionnaires d’incendie de forêt d’une autre région.