Les brûlures prescrites combattent littéralement le feu avec plus de feu. Souvent appelés «incendies bénéfiques», ils ciblent les zones à risque d'incendies de forêt et de brûler des matériaux qui pourraient autrement alimenter un incendie futur.
Cependant, tous les incendies, qu'ils soient accidentels ou planifiés, produisent de la fumée qui peuvent provoquer des problèmes de santé et respiratoires, en particulier dans les communautés voisines. Les incendies en feu libèrent des produits chimiques nocifs, comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui sont cancérigènes – les PAH peuvent provoquer un cancer, des dommages pulmonaires et entraîner une immunité affaiblie chez ceux qui inhalent de la fumée.
Récemment, dans une étude publiée dans Recherche de pollution atmosphériqueles scientifiques de l'Université de Stanford ont suggéré des moyens d'effectuer des brûlures prescrites avec des implications de santé considérablement réduites. Ils ont déterminé que simplement peaufiner certaines des conditions de brûlure peut réduire jusqu'à 77% des émissions de HAP. Les chercheurs estiment que cela pourrait réduire les risques de cancer de l'exposition à la fumée de plus de 50%.
« Il existe clairement un potentiel d'amélioration des procédures de brûlures prescrites, de sorte que l'impact sur la santé est réduit », a déclaré Karl Töpperwien, auteur principal du journal et boursier postdoctoral du Département de génie mécanique de l'École de génie. « Nous pouvons essentiellement tuer deux oiseaux avec une pierre – des écosystèmes protégeant tout en protégeant simultanément les communautés qui seraient autrement à risque. »
Beaucoup de mains font fonctionner la lumière
Pour concrétiser cette nouvelle méthode, l'équipe de Töpperwien a adopté une approche multidisciplinaire, collaborant avec des chercheurs en médecine à la Harvard Th Chan School of Public Health, des physiciens du SLAC National Accelerator Laboratory et des chercheurs en produits chimiques d'Aerodyne Research Inc.
Les chercheurs médicaux ont identifié les polluants les plus toxiques des incendies de forêt, en termes de dommages potentiels pour les humains. De nombreux HAP sont répertoriés comme polluants cancérigènes par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et peuvent provoquer des impacts sur la santé à long terme.
« Nous nous concentrions sur ceux-ci comme nos polluants prioritaires, car l'exposition à ces polluants peut provoquer un cancer, une inflammation et d'autres types de maladies », a déclaré Töpperwien.
Une fois identifiée, le prochain obstacle était de mesurer précisément ces polluants. C'est là que les chimistes ont apporté leur expertise.
« Ce sont d'excellents expérimentateurs qui ont vraiment fait avancer la frontière de la mesure des espèces chimiques à haute sélectivité et précision », a déclaré Matthias Ihme, auteur principal du journal et professeur de génie mécanique à l'École d'ingénierie et de la science des photons au SLAC National Accelerator Laboratory.
L'équipe de Töpperwien et IHME a égalé leurs efforts de collaboration ensemble en construisant l'appareil expérimental qui a permis ces mesures et en fournissant une expertise sur les principes fondamentaux du comportement du feu. Ils ont construit une chambre de combustion de la taille d'un laboratoire où ils ont brûlé des échantillons de pin blanc oriental, l'un des arbres les plus courants trouvés dans l'est des États-Unis avec les émissions les plus élevées de HAP parmi les bois durs et les boisés courants.
Incendies de réglage fin
En réglant le niveau d'humidité, de chaleur et d'oxygène des incendies, les chercheurs ont mené des expériences de brûlure contrôlées dans leur laboratoire. Ils ont utilisé des spectromètres de masse atmosphérique et aérosol à haute résolution pour mesurer les émissions de PAH gazeuses et les aérosols en phase de particules en temps réel.
Leurs expériences ont révélé que trois conditions fins peuvent réduire les émissions de HAP jusqu'à 77%.
La première condition concerne la teneur en humidité du carburant. Ils ont constaté que le bois devait avoir une teneur en humidité de 20 à 30% – trop sec et qu'il brûle trop rapidement, produisant plus de fumée, mais trop humide et il semette, émettant des niveaux élevés de HAP. Deuxièmement, l'intensité de la chaleur du feu doit être comprise entre 60 et 70 kW / m2. Différents niveaux de charge thermique favorisent différentes réactions chimiques, qui finissent par former des HAP: la numérotation dans la chaleur signifie trouver le « point idéal » où le moins HAP se forme.
Enfin, les incendies doivent brûler avec des niveaux d'oxygène de 5 à 15%. Trop peu d'oxygène peut provoquer des brûlures inefficaces, conduisant à trop de fumée, tandis que trop d'oxygène peut rendre un feu à feu de façon incontrôlable.
Ces trois paramètres de brûlure peuvent efficacement rendre les brûlures prescrites plus sûres et plus propres pour l'environnement et pour les communautés vivant près des régions sujettes au feu.
Feu sur le terrain
En fin de compte, la question est de savoir si ces incendies de laboratoire peuvent être reproduits dans des brûlures prescrites réelles. Les chercheurs pensent qu'il est très possible et note que de nombreuses techniques qui pourraient contrôler ces conditions sont déjà utilisées dans les tests sur le terrain.
« Il y aura des limites pour augmenter cela, mais je vois clairement une voie pour rendre cette technique plus viable pour un éventail plus large de conditions environnementales », a déclaré IHME, qui est également chercheur principal au Stanford Pulse Institute de SLAC.
En fait, les remarques de Töpperwien que les gestionnaires forestiers et les équipages brûlent préparent souvent le bois avec des traitements pré-brûlés tels que le hachage, le séchage et la mesure de la teneur en humidité pour augmenter l'efficacité des brûlures. La teneur en humidité est peut-être le paramètre le plus simple à contrôler. Le niveau d'oxygène et l'intensité du feu sont affectés par la taille du bois brûlé et la disposition du tas de brûlures, mais il faudra des recherches supplémentaires pour comprendre comment influencer avec précision ces paramètres dans une brûlure réelle.
Pour l'équipe, les prochaines étapes incluent la réplication des brûlures de laboratoire dans une expérience sur le terrain et l'observation de la façon dont leurs résultats se traduisent en brûlures prescrites réelles. Les chercheurs élargiront également ce travail en expérimentant différents bois et en trouvant le meilleur équilibre entre les brûlures plus propres, la consommation de carburant et le coût de l'utilisation de ces méthodes.
« Le feu est plus complexe que nous ne le pensons », a déclaré Ihme. « Il s'agit non seulement de trouver où se trouve la flamme, mais aussi de la façon dont la fumée est transportée, de la façon dont elle affecte la santé à long terme et de la façon dont elle est admise dans l'environnement alors qu'elle s'installe de l'air sur le sol. »
