Le projet « Wildfire Digital Twin » de la NASA fournira aux pompiers et aux gestionnaires des incendies de forêt un outil supérieur pour surveiller les incendies de forêt et prévoir les événements nocifs de pollution atmosphérique et aidera les chercheurs à observer plus précisément les tendances mondiales en matière d’incendies de forêt.
L’outil utilisera l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique pour prévoir les trajectoires potentielles de brûlure en temps réel, en fusionnant les données des capteurs in situ, aéroportés et spatiaux pour produire des modèles globaux de haute précision.
Alors que les modèles globaux actuels décrivant la propagation des incendies de forêt et de la fumée ont une résolution spatiale d’environ 10 kilomètres par pixel, le Wildfire Digital Twin produirait des modèles d’ensemble régionaux avec une résolution spatiale de 10 à 30 mètres par pixel, soit une amélioration de deux ordres de grandeur. .
Ces modèles pourraient être générés en quelques minutes seulement. En comparaison, la production des modèles mondiaux actuels peut prendre des heures.
Des modèles avec une résolution spatiale aussi élevée, produits à cette vitesse, seraient extrêmement précieux pour les premiers intervenants et les gestionnaires des incendies de forêt qui tentent d’observer et de contenir les incendies dynamiques.
Milton Halem, professeur d’informatique et de génie électrique à l’Université du Maryland, comté de Baltimore, dirige le projet Wildfire Digital Twin, qui comprend une équipe de plus de 20 chercheurs de six universités.
« Nous voulons être en mesure de fournir aux pompiers des informations utiles et opportunes », a déclaré Halem, ajoutant que sur le terrain, « il n’y a généralement pas d’Internet ni d’accès aux gros superordinateurs, mais avec notre version API du modèle, ils pourraient faites fonctionner le jumeau numérique non seulement sur un ordinateur portable, mais même sur une tablette », a-t-il déclaré.
Le projet FireSense de la NASA vise à tirer parti des capacités scientifiques et technologiques uniques de l’agence pour améliorer la gestion des incendies de forêt aux États-Unis.
Le bureau technologique des sciences de la Terre de la NASA soutient cet effort avec son nouvel élément de programme, le développement technologique pour le soutien à la science, à la gestion et à l’atténuation des catastrophes des feux de forêt (technologie FireSense), qui se consacre au développement de nouvelles capacités d’observation pour la prévision et la gestion des incendies de forêt, y compris des technologies comme celle de la Terre. Système de jumeaux numériques.
Les jumeaux numériques du système terrestre sont des outils logiciels dynamiques permettant de modéliser et de prévoir les événements climatiques en temps réel. Ces outils s’appuient sur des sources de données réparties dans plusieurs domaines pour créer des prévisions d’ensemble décrivant tout, des inondations aux intempéries.
En plus d’aider les premiers intervenants, un jumeau numérique du système terrestre dédié à la modélisation des incendies de forêt serait également utile aux scientifiques qui surveillent les tendances des incendies de forêt à l’échelle mondiale. Halem espère en particulier que Wildfire Digital Twins améliorera notre capacité à étudier les incendies de forêt dans les forêts boréales mondiales de conifères résistants au froid, qui séquestrent de grandes quantités de carbone.
Lorsque ces forêts brûlent, tout ce carbone est rejeté dans l’atmosphère. Une étude, publiée en août 2023, a révélé que les incendies de forêt boréaux représentaient à eux seuls 25 % de toutes les émissions mondiales de CO2 pour cette année-là à ce jour.
« La raison pour laquelle les émissions de CO2 provenant des feux de forêt boréaux augmentent à un rythme annuel croissant est que le réchauffement climatique augmente plus rapidement aux hautes latitudes que dans le reste de la planète et, par conséquent, les étés boréaux y sont de plus en plus longs », a déclaré Halem. « Alors que le reste de la planète s’est réchauffé d’un degré Celsius depuis la révolution préindustrielle, cette région s’est réchauffée bien au-delà de deux degrés. »
Les travaux de Halem s’appuient sur d’autres modèles d’incendies de forêt, en particulier le modèle NUWRF (Unified Weather Research and Forecasting) de la NASA, développé par la NASA, et WRF-SFIRE, développé par une équipe de chercheurs avec le soutien de la National Science Foundation. Ces modèles simulent des phénomènes tels que la vitesse du vent et la couverture nuageuse, ce qui en fait la base idéale pour un Wildfire Digital Twin.
Plus précisément, l’équipe de Halem travaille sur de nouvelles techniques d’assimilation de données satellitaires qui intégreront les informations provenant de capteurs à distance basés dans l’espace dans leur jumeau numérique Wildfire, permettant ainsi d’améliorer les prévisions de données mondiales qui seront utiles aussi bien pour les urgences que pour les missions scientifiques.
En octobre, l’équipe de Halem a participé à la première campagne de terrain FireSense en collaboration avec l’expérience d’évaluation du modèle de feu et de fumée du Service national des forêts (FASMEE) pour observer la fumée alors qu’elle parcourait plus de 16 km lors d’un brûlage contrôlé dans l’Utah, à l’aide d’un ceilomètre. L’équipe intègre désormais ces données dans son logiciel de modélisation pour l’aider à suivre les panaches avec plus de précision.
Ils s’intéressent particulièrement au suivi des particules inférieures à 2,5 micromètres, suffisamment petites pour traverser les poumons d’une personne et pénétrer dans la circulation sanguine. Ces particules, également connues sous le nom de PM 2,5, peuvent causer de graves problèmes de santé même si une personne se trouve loin d’une brûlure active.
« Lorsque ces incendies s’allument et commencent à brûler, ils produisent de la fumée, et cette fumée parcourt des distances considérables. Elle affecte les gens non seulement localement, mais également à des distances de plusieurs milliers de kilomètres, voire plus », a déclaré Halem.
Les données du brûlage contrôlé aideront également Halem et son équipe à quantifier la relation entre les aérosols et les précipitations. L’augmentation des aérosols provenant des incendies de forêt a un impact énorme sur la formation des nuages, ce qui à son tour a un impact sur la manière dont les précipitations se produisent en aval d’un incendie affecté.
L’assimilation de toutes ces informations provenant des capteurs en temps réel est essentielle pour détailler l’impact total des incendies de forêt aux échelles locale, régionale et mondiale.