Une nouvelle étude publiée par le Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) prévoit un avenir sombre pour les incendies de forêt et la fumée toxique qui en résulte. Voici le résumé de leur nouvelle étude:

Publication de recherche complète: https://www.pnas.org/content/118/2/e2011048118#F1

Augmentation des incendies de forêt mortels dans le monde

Les récentes augmentations dramatiques et meurtrières de l'activité mondiale des feux de forêt ont accru l'attention sur les causes des incendies de forêt, leurs conséquences et la manière dont les risques d'incendies de forêt pourraient être atténués. Nous rassemblons ici des données sur l'évolution des risques et du fardeau sociétal des incendies de forêt aux États-Unis. Nous estimons que près de 50 millions de foyers se trouvent actuellement à l'interface entre les terres sauvages et les villes aux États-Unis, un nombre augmentant de 1 million de maisons tous les 3 ans. Pour illustrer comment les changements dans l'activité des feux de forêt pourraient affecter la pollution de l'air et les résultats sanitaires connexes, et comment ces liens pourraient guider la science et les politiques futures, nous développons un modèle statistique qui relie les données satellitaires sur les incendies et la fumée aux informations des stations de surveillance de la pollution.

Les feux de forêt ont représenté jusqu'à 25% des particules PM2.5 aux États-Unis

À l'aide du modèle, nous estimons que les incendies de forêt ont représenté jusqu'à 25% des PM2.5 (particules de diamètre <2.5 μm) ces dernières années aux États-Unis, et jusqu'à la moitié dans certaines régions occidentales, avec des modèles spatiaux d'exposition à la fumée ambiante qui ne suivent pas les gradients traditionnels d'exposition à la pollution socio-économique. Nous combinons le modèle avec des scénarios stylisés pour montrer que les interventions de gestion du carburant pourraient avoir de grands avantages pour la santé et que les futurs impacts sur la santé de la fumée de feu de forêt induite par le changement climatique pourraient approcher les augmentations globales projetées de la mortalité liée à la température due au changement climatique - mais que les deux estimations demeurent incertain. Nous utilisons les résultats de modèles pour mettre en évidence des domaines importants pour les recherches futures et pour tirer des leçons pour les politiques.

Les zones brûlées par les feux de forêt aux États-Unis représentent jusqu'à 400% des quatre dernières décennies

Au cours des quatre dernières décennies, la superficie brûlée par les incendies de forêt a pratiquement quadruplé aux États-Unis (Fig. 1A) (1). Cette croissance rapide a été tirée par un certain nombre de facteurs, y compris l'accumulation de combustibles due à un héritage de la suppression des incendies au cours du siècle dernier (2) et une augmentation plus récente de l'aridité du carburant (Fig. 1B, illustrée pour l'ouest des États-Unis), une tendance qui devrait se poursuivre avec le réchauffement climatique (34). Ces augmentations se sont produites parallèlement à une augmentation substantielle du nombre de maisons dans l'interface forêt-ville (WUI). En utilisant des données sur l'univers des lieux de résidence aux États-Unis et des cartes nationales mises à jour de la couverture terrestre, nous mettons à jour des études antérieures (56) et estiment qu'il y a maintenant ∼49 millions de logements résidentiels dans le WUI, un nombre qui a augmenté d'environ 350,000 maisons par an au cours des deux dernières décennies (Fig. 1C et Annexe SI). Comme l'effort de lutte contre les incendies se concentre essentiellement sur la protection des habitations privées (7), ces facteurs ont contribué à une augmentation constante des dépenses de lutte contre les incendies de forêt par le gouvernement américain (Fig. 1D), qui, ces dernières années, ont totalisé ∼ 3 milliards de dollars / an de dépenses fédérales (1). La superficie totale des brûlages dirigés a augmenté dans le sud-est des États-Unis, mais est restée largement stable ailleurs (Fig. 1E), suggérant à beaucoup qu'il y a un sous-investissement dans cette stratégie d'atténuation des risques, étant donné la croissance globale massive du risque d'incendie de forêt (8).

 

Tendances des facteurs et conséquences des incendies de forêt. (A et B) Augmentation de la superficie brûlée sur les terres publiques et privées des États-Unis (A) (1) ont été en partie attribuables à la montée de l'aridité des carburants, illustrée ici dans l'ouest des États-Unis (4) (B). (C et D) Le nombre de maisons dans le WUI a également augmenté rapidement (C, nos calculs; Annexe SI), ce qui a contribué à l'augmentation des coûts de suppression (D) supportés par le gouvernement fédéral. (E) La superficie de brûlage dirigé a considérablement augmenté dans le sud, mais est stable dans toutes les autres régions (1). (F et G) Les jours de fumée ont augmenté partout aux États-Unis (F), ce qui a peut-être nui aux améliorations décennales de la qualité de l'air aux États-Unis (G). (H) Nous calculons une proportion croissante de PM2.5 attribuable à la fumée des feux de forêt, en particulier en Occident. Les lignes rouges et bleues de chaque graphique indiquent des ajustements linéaires aux données historiques, les pentes étant indiquées dans le coin supérieur gauche de chaque panneau; tous sont significativement différents de zéro (P <0.01 pour chacun), sauf pour le brûlage dirigé dans les régions hors du Sud. Les lignes rouges indiquent que les données sous-jacentes proviennent d'études publiées ou de données gouvernementales, et les lignes bleues indiquent de nouvelles estimations tirées de ce document.

Inquiétudes croissantes

Quelles sont les conséquences de ce changement de l'activité des incendies sur la qualité globale de l'air et sur les résultats sanitaires, et comment la politique devrait-elle réagir? De fortes augmentations de l'activité des feux de forêt se sont accompagnées d'une augmentation substantielle du nombre de jours de fumée dans l'air aux États-Unis (Fig. 1F), comme estimé à partir des données satellitaires (9). De telles augmentations ont été observées dans l'ensemble des États-Unis continentaux, pas seulement dans l'Ouest, et menacent d'annuler les améliorations substantielles de la qualité de l'air observées aux États-Unis au cours des deux dernières décennies (Fig. 1G). Les empreintes digitales des incendies de forêt sont déjà visibles dans les concentrations de carbone organique à tendance haussière au printemps et en été observées dans les zones rurales du sud et de l'ouest des États-Unis (Annexe SI, fig. S1), respectivement, et des études révèlent que la présence de fumée dans l'air peut augmenter la morbidité et la mortalité parmi les populations exposées (10, 11).

Un défi pour les centres de population

Un défi pour comprendre la contribution plus large du changement de l'activité des feux de forêt à la qualité de l'air est la difficulté de relier avec précision l'activité des feux aux expositions aux polluants connexes dans des centres de population souvent éloignés (12). Les mesures satellitaires de l'exposition à la fumée sont de plus en plus disponibles et sont attrayantes car la surveillance du panache relie intuitivement les régions source et réceptrice. Cependant, ces données ne peuvent pas encore être utilisées pour mesurer précisément la densité de la fumée ou pour séparer la fumée au niveau de la surface de la fumée plus élevée dans la colonne atmosphérique, et il est donc difficile de les relier aux relations existantes exposition-santé (13, 14). Les modèles de transport chimique (CTM), qui peuvent directement modéliser le mouvement et l'évolution des émissions des feux de forêt, offrent une approche alternative pour relier les concentrations de pollution locales à une activité d'incendie spécifique. Cependant, pour générer des estimations d'exposition précises à partir des marques communautaires, il faut surmonter plusieurs incertitudes majeures dans la voie entre la source et le récepteur. Premièrement, il a été démontré que de grandes incertitudes dans les inventaires des émissions des feux de forêt entraînent de nombreuses différences dans les PM2.5 (particules de diamètre <2.5 μm) aux États-Unis (et> 20 × différences régionales dans les années de feu élevé) lorsque différents inventaires sont utilisés comme intrants pour la même marque communautaire (15, 16), et l'intégration des observations par satellite n'améliore que légèrement les performances (17). Deuxièmement, les conditions détaillées entourant les émissions telles que la hauteur des injections d'émissions et la météorologie très localisée et leur transport peuvent ne pas être capturées par les modèles et peuvent avoir un impact dramatique sur les estimations d'exposition en aval (18, 19). Enfin, les représentations CTM de la chimie atmosphérique peuvent ne pas capturer avec précision l'évolution de la fumée des feux de forêt (20-24). En plus de l'incertitude liée au modèle, les frais de calcul liés à l'exécution de CTM sur de grandes échelles spatiales et temporelles signifient que les modèles sont rarement validés par rapport à la longue série chronologique de mesures de concentration disponibles à partir de centaines de stations au sol à travers les États-Unis.

Images de panache de fumée par satellite

Pour mieux comprendre la contribution changeante des feux de forêt à l'exposition aux particules à travers les États-Unis et pour illustrer les principales questions scientifiques et politiques restantes à l'intersection des incendies de forêt, de la pollution et du climat, nous formons et validons un modèle statistique qui relie les changements dans les estimations par satellite. exposition au panache de fumée et activité du feu au sol mesurée PM2.5 concentrations dans les régions des États-Unis (Annexe SI, fig. S2). Notre modèle est particulièrement formé pour prédire la variation de PM2.5 au fil du temps à de nombreux endroits individuels - variation qui est de plus en plus exploitée pour comprendre comment les changements dans les polluants atmosphériques affectent les principaux résultats pour la santé. Notre approche ne repose pas sur des inventaires d'émissions incertains et atténue les difficultés de modélisation de la dispersion du panache, et les résultats peuvent facilement être validés par rapport à plus d'une décennie de données au sol sur lesquelles le modèle n'a pas été formé. Les estimations du modèle sont robustes à d'autres façons d'incorporer les données sur le feu et le panache (Annexe SI, Fig. S3 et Tableaux S1 – S3) et les performances dans la prévision de la variation PM2.5 est comparable aux approches de référence fondées sur la télédétection (Annexe SI, fig. S4) et dépasse les performances déclarées des marques communautaires (Annexe SI). Nous comparons les estimations de cette approche de forme réduite à d'autres estimations régionales des concentrations de fumée dans la littérature, constatant que notre approche fournit des estimations similaires de la part de PM2.5 de la fumée comme des études récentes couvrant des régions ou périodes plus petites (Annexe SI, fig. S5).

Les PM2.5 des incendies WIld contribuent jusqu'à la moitié des PM2.5 dans l'Ouest

Nos résultats montrent que la contribution de la fumée des feux de forêt aux PM2.5 les concentrations aux États-Unis ont considérablement augmenté depuis le milieu des années 2000 et, ces dernières années, elles ont représenté jusqu'à la moitié de l'ensemble des PM2.5 exposition dans les régions occidentales par rapport à <20% il y a dix ans (Fig. 1H). Alors que l'augmentation de la contribution de la fumée aux particules2.5 sont concentrés dans l'ouest des États-Unis, ils peuvent également être vus dans d'autres régions (Fig. 2 A et B), résultat du transport sur de longues distances de la fumée des grands incendies. En effet, dans les régions du Midwest et de l'Est des États-Unis, une part croissante de la fumée proviendrait d'incendies dans l'ouest des États-Unis ou en dehors des États-Unis (13) (Fig. 2 C et D), reflétant des conclusions récentes sur l'important mouvement transfrontière de l'ensemble PM2.5 aux États-Unis (25). Les modèles d'exposition sont également pertinents pour les débats sur la justice environnementale: nous constatons que si les comtés avec des proportions plus élevées de Blancs non hispaniques dans la population sont moins exposés au total PM2.5, comme cela a longtemps été reconnu dans la communauté de la justice environnementale, ils sont en fait plus exposés en moyenne aux PM2.5 de la fumée des feux de forêt (Fig. 2 E et F). Comment ces différences dans la fumée ambiante PM2.5 l'exposition se traduisant par des expositions individuelles réelles dépendra de divers facteurs individuels, y compris des disparités dans le temps passé à l'extérieur et dans les caractéristiques des environnements domestiques et de travail intérieurs, dont beaucoup pourraient être corrélés à des facteurs socio-économiques. Par exemple, l'infiltration de polluants extérieurs dans les maisons est connue pour être plus élevée en moyenne pour les maisons plus âgées et plus petites et pour les ménages à faible revenu (26), et ces différences pourraient entraîner des disparités dans l'exposition individuelle globale même si les expositions ambiantes ne sont pas différentes.

 

 

La quantité, la source et l'incidence de la fumée des feux de forêt. (A et B) Moyenne de microgrammes prévus par mètre cube de PM2.5 attribuable à la fumée des feux de forêt de 2006 à 2008 et de 2016 à 2018, calculée à partir d'un modèle statistique ajustant les données de panache de fumée dérivées par satellite. (C) Part de fumée provenant de l'extérieur des États-Unis, de juin à septembre 2007 à 2014 (calculée à partir de la réf. 13), avec une quantité importante de fumée dans le nord-est et le Midwest provenant d'incendies canadiens et environ 60% de fumée dans le nord-est provenant de l'extérieur du pays; à l'échelle nationale, environ 11% de la fumée proviendrait de l'extérieur du pays. (D) La part de la fumée provenant de l'ouest des États-Unis, de juin à septembre 2007 à 2014. La fumée originaire de l'ouest des États-Unis représente 54% de la fumée ressentie dans le reste des États-Unis. (E et F) Les gradients d'exposition raciale sont opposés pour les particules de fumée par rapport à la matière particulaire totale: dans l'ensemble des États-Unis voisins, les comtés avec une proportion plus élevée de population de Blancs non hispaniques ont une exposition moyenne aux particules plus faible, mais une exposition ambiante moyenne plus élevée à particules de fumée (P <0.01 pour les deux relations).

 

Quelles sont les futures options politiques?

Ces tendances et schémas mettent en évidence des points de tension importants entre la réglementation existante sur la qualité de l'air et la menace croissante de la fumée des feux de forêt et soulèvent d'importantes questions de recherche sans réponse qui seront essentielles pour éclairer le choix des politiques. Les approches actuelles de réglementation aux États-Unis traitent la qualité de l'air principalement comme un problème local, dans lequel les comtés sont pénalisés si les concentrations de polluants dépassent les seuils désignés à court ou à long terme. La réglementation actuelle en vertu de la Clean Air Act exempte également potentiellement la fumée des feux de forêt - mais pas la fumée des brûlures dirigées - de la désignation de réalisation. Ces approches semblent en contradiction avec la nature transfrontalière et la contribution croissante de la fumée des feux de forêt à la qualité de l'air.

Pour mieux orienter la politique, une première contribution scientifique clé sera une meilleure quantification des expositions à la fumée et des méthodes convenues pour valider ces expositions. Les approches statistiques et basées sur le transport de l'évaluation de l'exposition ont leurs forces et leurs faiblesses, et les performances des deux devraient être évaluées sur la base de paramètres pertinents pour la mesure des réponses sanitaires en aval. En particulier, pour isoler l'exposition à la fumée des facteurs de confusion potentiels, la plupart des approches statistiques des récentes études d'impact sur la santé utilisent la variation dans le temps de l'exposition à la pollution pour estimer les effets sur la santé. Cela implique que les modèles de fumée utilisés pour estimer les impacts sur la santé devraient être évalués dans leur capacité à prédire la variation temporelle des PM2.5 à des endroits pertinents, pas seulement des modèles spatiaux PM2.5 niveaux; la plupart des efforts de validation existants se concentrent sur ce dernier. Pour se prémunir contre le surajustement, ces évaluations doivent être effectuées sur des données au sol non utilisées dans la formation du modèle. Notre modèle montre comment une approche statistique relativement simple peut prédire avec suffisamment de précision la variation des PM2.5, mais de telles approches - seules ou en combinaison avec des marques communautaires - peuvent probablement être considérablement améliorées. [Bien que nous ne les considérions pas ici, une activité accrue des feux de forêt pourrait également avoir des effets négatifs significatifs sur la qualité de l'eau en raison de l'augmentation du ruissellement et de la suspension ultérieure de particules, de métaux traces et de produits chimiques (27); mieux mesurer ces expositions et leurs effets sur la santé est un autre domaine clé de la recherche.]

Une deuxième question scientifique clé est la nature des réponses sanitaires à la fumée des feux de forêt. De plus en plus de preuves indiquent une gamme de conséquences négatives sur la santé associées à l'exposition à la fumée des feux de forêt (10, 28), conformément à une vaste littérature sur les conséquences plus larges de l'air pollué sur la santé. Les données les plus récentes suggèrent qu'il n'y a pas de niveau d'exposition «sûr» aux principaux polluants tels que PM2.5 (29, 30), mais des différences dans la forme de la fonction de réponse pollution-santé à de faibles niveaux d'exposition peuvent avoir des implications importantes sur les avantages de la réduction de la pollution.

Pour illustrer cette sensibilité, nous combinons les changements de pollution prédits à partir de notre modèle statistique avec trois fonctions de réponse à la mortalité récemment publiées (29, 31, 32) pour simuler les changements de la mortalité des personnes âgées prédits par divers changements PM2.5 exposition induite par l'atténuation de la fumée des feux de forêt. Guidé par les estimations existantes de la façon dont le brûlage dirigé réduit l'activité ultérieure des feux de forêt (33) (Annexe SI), nous évaluons des scénarios stylisés dans lesquels l'utilisation du brûlage dirigé modifie la distribution interannuelle et la quantité globale de PM2.5 de la fumée. Les estimations du nombre annuel de vies sauvées chez les personnes âgées pour un changement donné de la fumée diffèrent d'un facteur 3 selon les fonctions de réponse publiées, ce qui implique de grandes différences moyennes dans les avantages de l'atténuation de la fumée (Fig. 3). Il manque également des preuves indiquant si certaines populations sont plus sensibles à l'exposition à la fumée (10, 28).

 

Les conséquences sur la santé des changements dans l'exposition à la fumée dépendent de la fonction dose-réponse supposée et de l'ampleur des changements liés à la gestion ou au climat de la fumée. (A) Distributions de PM2.5 pour toutes les années de la grille dans les États-Unis contigus, de 2006 à 2018, selon plusieurs stratégies stylisées de gestion des incendies de forêt et scénarios de changement climatique (voir Annexe SI pour plus de détails). La distribution de base du total prévu PM2.5 de toutes les sources est en noir. Les distributions de gris montrent des scénarios alternatifs dans lesquels le moment et / ou la quantité de fumée globale PM2.5 est modifiée par des interventions de gestion ou augmentée en raison du climat, y compris l'élimination totale (hypothétique) de la fumée PM2.5. (B et C) Nombre annuel de décès prématurés évités dans la population américaine de 65 ans et plus pour chaque stratégie de gestion, calculé en combinant les PM2.5 distributions dans A avec publication à long terme PM2.5 fonctions exposition-réponse représentées en C (293132).

Stratégies de gestion des feux de forêt

Les grands avantages potentiels pour la santé de l'atténuation de la fumée soulèvent également des questions clés sur les stratégies de gestion des feux de forêt. Par exemple, les preuves existantes ne fournissent pas une compréhension complète de la façon dont une intervention de brûlage dirigé modifiera le moment, la quantité et la distribution spatiale de la fumée, et nous constatons que d'autres estimations de l'efficacité du brûlage dirigé pour réduire la taille ultérieure des incendies de forêt. (33) peut entraîner plus de deux fois plus de différences dans les bienfaits estimés pour la santé des brûlures dirigées (Fig. 3). De même, les efforts actuels de suppression des incendies se concentrent naturellement sur la protection des maisons et des structures, mais l'impact global sur la santé de la population d'un incendie de forêt fortement polluant qui ne menace pas les structures pourrait être bien pire que celui d'un incendie plus petit qui menace les structures. En outre, les activités de gestion des carburants visent la protection des communautés locales et les avantages des écosystèmes et ne tiennent pas compte des impacts probables en aval des incendies de forêt sur de grandes populations. Un travail quantitatif supplémentaire est nécessaire pour aider à naviguer dans ces compromis difficiles.

Une troisième question clé est de savoir si, indépendamment de la source PM2.5-santé-les fonctions d'intervention sont appropriées pour estimer les effets sur la santé propres aux feux de forêt et à la fumée. Bien que cette hypothèse soit courante, la littérature existante est mitigée sur le point de savoir si l'exposition à la fumée des feux de forêt a des effets sur la santé différents de l'exposition à d'autres PM2.5 (34), avec certaines preuves que les différences sont spécifiques aux résultats (35). L'amélioration de la science sur ce sujet - y compris les investissements nécessaires dans la surveillance spécifiée pour distinguer les polluants spécifiques aux incendies de forêt - sera essentielle pour comprendre les impacts des incendies de forêt.

Quatrièmement, comment l'interaction du changement climatique et des risques d'incendie de forêt pourrait-elle façonner les priorités politiques? Le réchauffement climatique est responsable d'environ la moitié de l'augmentation de la superficie brûlée aux États-Unis (4), et les changements climatiques futurs pourraient conduire à un doublement supplémentaire des émissions de particules liées aux feux de forêt dans les zones sujettes aux incendies (36) ou une multiplication par plusieurs de la zone brûlée (37, 38). Les coûts de ces augmentations comprennent à la fois les coûts économiques et sanitaires en aval de l'exposition à la fumée, ainsi que le coût des activités de suppression, les pertes directes de vies humaines et de biens et d'autres mesures adaptatives (par exemple, les coupures de courant) qui ont des conséquences économiques étendues. On ignore actuellement si la prise en compte de ces coûts liés aux incendies de forêt augmente de manière significative les dommages économiques globaux estimés dus au changement climatique.

Combien cela coûtera-t-il?

Pour commencer à quantifier le coût possible de l'augmentation des feux de forêt induits par le climat, nous utilisons notre modèle statistique et des scénarios stylisés pour calculer le changement de l'exposition à la fumée et la mortalité qui en résulte associés aux augmentations projetées du risque d'incendie de forêt. En utilisant les augmentations projetées de la fumée future largement cohérentes avec la littérature existante (36-38), nous calculons que l'augmentation de la mortalité due à la fumée des incendies de forêt induite par le changement climatique pourrait se rapprocher des augmentations globales projetées de la mortalité liée à la température - elle-même le plus grand contributeur estimé aux dommages économiques aux États-Unis (39) (Annexe SI). Des études plus détaillées sont nécessaires pour affiner ces estimations en fonction de leur ampleur, de leur spécificité géographique et des sous-populations particulières qui pourraient être les plus touchées. Une question de politique clé connexe sera de savoir si et dans quelle mesure modifier les exceptions actuelles à la Clean Air Act accordées aux États pour les impacts de la pollution due à la fumée des incendies de forêt, car ceux-ci érodent les gains des efforts visant à réduire PM2.5 provenant d’autres sources de pollution.

Quel est le lien entre les incendies de forêt et les infections à Covid-19?

Enfin, les incendies de forêt ont fortement interagi avec la pandémie de COVID-19 d'une manière qui nécessite une étude plus approfondie. Le COVID-19 a dans une certaine mesure entravé la capacité du gouvernement et du secteur privé à réagir au risque d'incendie de forêt, avant, pendant et après les incendies. L'ampleur de la saison des feux de forêt 2020 dans de nombreuses régions de l'Ouest, où la sécheresse de la saison des pluies de 2019 à 2020 a suivi une accumulation de carburants au cours d'une saison de 2018 à 2019 relativement humide, a présenté des défis particulièrement aigus. Les formations des pompiers forestiers ont été retardées ou parfois annulées, les équipes de pompiers condamnés n'étaient pas disponibles en raison de la libération anticipée des prisons d'État pour éviter les épidémies de COVID, de nombreux traitements de gestion des carburants n'ont pas eu lieu en hiver et au printemps, les services publics ont été confrontés à au moins quelques retards dans les activités de réduction des risques d'incendie de forêt, et les approches traditionnelles d'évacuation des incendies de forêt se sont révélées plus difficiles en raison de la capacité réduite des centres d'évacuation en raison des exigences de distanciation sociale. Il est actuellement inconnu mais probable que la saison des incendies historique, et les effets de la fumée qui en résultent, ont également aggravé les effets sur la santé liés au COVID, car les premières preuves suggèrent que l'exposition à la pollution atmosphérique augmente à la fois les cas de COVID et les décès aux États-Unis (40, 41) (un résultat compatible avec la relation entre la pollution et d'autres maladies respiratoires virales) (42, 43). Une meilleure compréhension causale de l'impact de la pollution atmosphérique sur les résultats du COVID, y compris celui des incendies de forêt, est une priorité de recherche extrêmement urgente, et les chercheurs ont fourni des lignes directrices sur la meilleure façon d'étudier les relations pollution de l'air / COVID (44). Les résultats de cette recherche pourraient être importants pour orienter les efforts de lutte contre les incendies et les stratégies de gestion des carburants à contraintes de main-d'œuvre et de finances alors que la pandémie se poursuit.

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