Feu de forêt – Wikipédia

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Oxydation rapide et incontrôlée de la végétation inflammable dans les campagnes ou les zones sauvages

UNE incendies, feu de brousse, feu de forêt ou alors feu de campagne est un incendie non planifié, indésirable et incontrôlé dans une zone de végétation combustible commençant dans les zones rurales et les zones urbaines.[1] Selon le type de végétation présente, un feu de forêt peut également être classé plus spécifiquement comme un feu de forêt, un feu de brousse, un feu de brousse (en Australie), un feu de désert, un feu d’herbe, un feu de colline, un feu de tourbe, un feu de prairie, un feu de végétation ou un veld Feu.[2] De nombreuses organisations considèrent incendies signifier un incendie imprévu et indésirable,[3] tandis que feu de forêt est un terme plus large qui inclut les feux dirigés ainsi que l’utilisation des feux de végétation (WFU ; ceux-ci sont également appelés feux d’intervention surveillés).[3][4]

Le charbon de bois fossile indique que les feux de forêt ont commencé peu après l’apparition des plantes terrestres il y a 420 millions d’années.[5] L’apparition d’incendies de forêt tout au long de l’histoire de la vie terrestre laisse supposer que le feu a dû avoir des effets évolutifs prononcés sur la flore et la faune de la plupart des écosystèmes.[6] La Terre est une planète intrinsèquement inflammable en raison de sa couverture de végétation riche en carbone, de climats saisonniers secs, de l’oxygène atmosphérique et de la foudre et des allumages volcaniques généralisés.[6]

Les incendies de forêt peuvent être caractérisés en fonction de la cause de l’inflammation, de leurs propriétés physiques, du matériau combustible présent et de l’effet des conditions météorologiques sur l’incendie.[7] Les feux de forêt peuvent causer des dommages aux biens et à la vie humaine, bien que les feux de forêt naturels puissent avoir des effets bénéfiques sur la végétation indigène, les animaux et les écosystèmes qui ont évolué avec le feu.[8][9] Le comportement et la gravité des feux de forêt résultent d’une combinaison de facteurs tels que les combustibles disponibles, le cadre physique et les conditions météorologiques.[10][11][12][13] Les analyses des données météorologiques historiques et des enregistrements nationaux des incendies dans l’ouest de l’Amérique du Nord montrent la primauté du climat dans la conduite de grands incendies régionaux via des périodes humides qui créent des combustibles substantiels, ou la sécheresse et le réchauffement qui prolongent les conditions météorologiques propices aux incendies.[14] Des analyses de variables météorologiques sur le risque d’incendie de forêt ont montré que l’humidité relative ou les précipitations peuvent être utilisées comme de bons prédicteurs pour la prévision des incendies de forêt au cours des dernières années.[15]

Les incendies de forêt de haute gravité créent un habitat forestier de succession précoce complexe (également appelé « habitat forestier à chicots »), qui a souvent une richesse et une diversité d’espèces plus élevées qu’une vieille forêt non brûlée. De nombreuses espèces végétales dépendent des effets du feu pour leur croissance et leur reproduction.[16] Les feux de forêt dans des écosystèmes où les feux de forêt sont rares ou où la végétation non indigène a empiété peuvent avoir des effets écologiques fortement négatifs.[7]

Les feux de forêt sont parmi les formes les plus courantes de catastrophe naturelle dans certaines régions, notamment en Sibérie, en Californie et en Australie.[17][18][19] Les zones à climat méditerranéen ou dans le biome de la taïga sont particulièrement sensibles.

Aux États-Unis et dans d’autres pays, la suppression agressive des feux de forêt visant à minimiser les incendies a contribué à l’accumulation de charges de combustible, augmentant le risque d’incendies importants et catastrophiques.[20][21][22][23][24][25][26][27][28] Aux États-Unis en particulier, cette suppression des feux de forêt a réduit les méthodes traditionnelles de gestion des terres pratiquées par les peuples autochtones.[29][30][31] La gestion forestière moderne adoptant une perspective écologique s’engage dans des brûlages contrôlés pour atténuer ce risque et promouvoir les cycles de vie naturels des forêts.

Prévision des incendies en Amérique du Sud.

Le scientifique de l’UC Irvine, James Randerson, discute de nouvelles recherches établissant un lien entre les températures des océans et la gravité de la saison des incendies.

Naturel[[[[Éditer]

Les principales causes naturelles des incendies de forêt comprennent :[32][33]

Activité humaine[[[[Éditer]

Les causes humaines directes les plus courantes d’incendie de forêt comprennent les incendies criminels, les cigarettes jetées, les arcs électriques (tels que détectés par la cartographie des arcs) et les étincelles provenant de l’équipement.[34][35] L’allumage de feux de forêt par contact avec des fragments de balles de fusil chauds est également possible dans les bonnes conditions.[36] Les feux de forêt peuvent également être déclenchés dans les communautés confrontées à la culture itinérante, où les terres sont défrichées rapidement et cultivées jusqu’à ce que le sol perde de sa fertilité, et le défrichage sur brûlis.[37] Les zones boisées défrichées par l’exploitation forestière encouragent la dominance d’herbes inflammables, et les chemins forestiers abandonnés envahis par la végétation peuvent servir de couloirs d’incendie. Les incendies de prairie annuels dans le sud du Vietnam découlent en partie de la destruction de zones forestières par les herbicides militaires américains, les explosifs et les opérations mécaniques de défrichement et de brûlage pendant la guerre du Vietnam.[38]

Prévalence[[[[Éditer]

La cause la plus courante des incendies de forêt varie à travers le monde. Au Canada et dans le nord-ouest de la Chine, la foudre est la principale source d’inflammation. Dans d’autres parties du monde, l’implication humaine est un contributeur majeur. En Afrique, en Amérique centrale, aux Fidji, au Mexique, en Nouvelle-Zélande, en Amérique du Sud et en Asie du Sud-Est, les incendies de forêt peuvent être attribués à des activités humaines telles que l’agriculture, l’élevage et le brûlage des terres. En Chine et dans le bassin méditerranéen, la négligence humaine est une cause majeure d’incendies de forêt.[39][40] Aux États-Unis et en Australie, la source des incendies de forêt peut être attribuée à la fois à des éclairs et à des activités humaines (telles que des étincelles de machines, des mégots de cigarettes jetés ou des incendies criminels).[41][42]Les feux de filons de charbon brûlent par milliers dans le monde, comme ceux de Burning Mountain, en Nouvelle-Galles du Sud ; Centralia, Pennsylvanie; et plusieurs feux alimentés au charbon en Chine. Ils peuvent également s’enflammer de manière inattendue et enflammer des matières inflammables à proximité.[43]

Les incendies de forêt causés par les humains représentent 40 % des incendies de forêt en Colombie-Britannique et sont causés par des activités telles que le brûlage à l’air libre, l’utilisation de moteurs ou de véhicules, la chute de substances brûlantes telles que des cigarettes ou toute autre activité humaine pouvant créer une étincelle. ou une source de chaleur suffisante pour allumer un feu de forêt.[44] Des centaines d’incendies ont brûlé en 2019 en Colombie-Britannique et un quart d’entre eux ont été causés par des humains.[45]

Étendue plate d'herbes brunes et de quelques arbres verts avec de la fumée noire et grise et des flammes visibles au loin.

Un incendie de surface dans le désert occidental de l’Utah, aux États-Unis
Région montagneuse avec sol noirci et arbres en raison d'un incendie récent.

Paysage carbonisé à la suite d’un incendie de couronne dans les North Cascades, aux États-Unis

La propagation des incendies de forêt varie en fonction du matériau inflammable présent, de sa disposition verticale et de sa teneur en humidité, ainsi que des conditions météorologiques.[46] La disposition et la densité du combustible sont régies en partie par la topographie, car la forme du terrain détermine des facteurs tels que la lumière du soleil et l’eau disponibles pour la croissance des plantes. Dans l’ensemble, les types d’incendie peuvent généralement être caractérisés par leurs combustibles comme suit :

  • Terre les feux sont alimentés par des racines souterraines, de l’humus et d’autres matières organiques enfouies. Ce type de carburant est particulièrement susceptible de s’enflammer en raison de taches. Les feux au sol brûlent généralement en couvant et peuvent brûler lentement pendant des jours ou des mois, comme les feux de tourbe à Kalimantan et à Sumatra oriental, en Indonésie, qui résultent d’un projet de création de rizières qui a involontairement drainé et séché la tourbe.[47][48][49]
  • Rampant ou alors surface les incendies sont alimentés par la végétation basse sur le sol forestier, comme la litière de feuilles et de bois, les débris, l’herbe et les arbustes bas.[50] Ce type de feu brûle souvent à une température relativement plus basse que les feux de cime (moins de 400 °C (752 °F)) et peut se propager lentement, bien que les pentes raides et le vent puissent accélérer la vitesse de propagation.[51]
  • Échelle les incendies consomment des matériaux entre la végétation basse et la canopée des arbres, tels que les petits arbres, les bûches abattues et les vignes. Le kudzu, la fougère grimpante du Vieux Monde et d’autres plantes envahissantes qui escaladent les arbres peuvent également encourager les feux d’échelle.[52]
  • couronner, canopée, ou alors aérien les incendies brûlent les matières en suspension au niveau de la canopée, comme les grands arbres, les vignes et les mousses. L’allumage d’un feu de couronne, appelé couronnement, dépend de la densité des matériaux en suspension, de la hauteur de la canopée, de la continuité de la canopée, des feux de surface et d’échelle suffisants, de la teneur en humidité de la végétation et des conditions météorologiques pendant l’incendie.[53] Les feux de peuplement allumés par l’homme peuvent se propager dans la forêt amazonienne, endommageant les écosystèmes qui ne sont pas particulièrement adaptés à la chaleur ou aux conditions arides.[54]

Dans les zones de mousson du nord de l’Australie, les feux de surface peuvent se propager, y compris à travers les pare-feux prévus, en brûlant ou en fumant des morceaux de bois ou des touffes d’herbe portées intentionnellement par de grands oiseaux volants habitués à attraper des proies emportées par les incendies de forêt. Les espèces impliquées sont le Milan noir (Milvus migrans), Cerf-volant siffleur (Haliastur sphenurus) et Faucon brun (Falco berigora). Les Aborigènes locaux connaissent ce comportement depuis longtemps, y compris dans leur mythologie.[55]

Propriétés physiques[[[[Éditer]

Une rangée d'arbres complètement enflammée. Des tours avec instrumentation sont vues juste au-delà de la portée de l'incendie.

Un chemin de terre a agi comme une barrière coupe-feu en Afrique du Sud. Les effets de la barrière sont clairement visibles sur les côtés non brûlés (à gauche) et brûlés (à droite) de la route.

Les feux de forêt se produisent lorsque tous les éléments nécessaires d’une force de feu se réunissent dans une zone sensible : une source d’inflammation est mise en contact avec un matériau combustible tel que la végétation, qui est soumis à une chaleur suffisante et a un apport suffisant en oxygène de l’air ambiant . Une teneur en humidité élevée empêche généralement l’inflammation et ralentit la propagation, car des températures plus élevées sont nécessaires pour évaporer l’eau du matériau et chauffer le matériau jusqu’à son point de combustion.[12][56] Les forêts denses fournissent généralement plus d’ombre, ce qui entraîne des températures ambiantes plus basses et une plus grande humidité, et sont donc moins sensibles aux incendies de forêt.[57] Les matériaux moins denses tels que les herbes et les feuilles sont plus faciles à enflammer car ils contiennent moins d’eau que les matériaux plus denses tels que les branches et les troncs.[58] Les plantes perdent continuellement de l’eau par évapotranspiration, mais la perte d’eau est généralement compensée par l’eau absorbée par le sol, l’humidité ou la pluie.[59] Lorsque cet équilibre n’est pas maintenu, les plantes se dessèchent et sont donc plus inflammables, souvent conséquence des sécheresses.[60][61]

Un feu de forêt de face est la partie qui entretient une combustion continue avec flammes, où le matériau non brûlé rencontre les flammes actives, ou la transition couvante entre le matériau non brûlé et le matériau brûlé.[62] À l’approche de la façade, le feu chauffe à la fois l’air ambiant et les matériaux ligneux par convection et rayonnement thermique. Tout d’abord, le bois est séché pendant que l’eau est vaporisée à une température de 100 °C (212 °F). Ensuite, la pyrolyse du bois à 230 °C (450 °F) libère des gaz inflammables. Enfin, le bois peut brûler à 380 °C (720°F) ou, lorsqu’il est suffisamment chauffé, s’enflammer à 590 °C (1 000 °F).[63][64] Même avant que les flammes d’un incendie de forêt n’atteignent un endroit particulier, le transfert de chaleur du front de l’incendie de forêt réchauffe l’air à 800 °C (1 470 °F), ce qui préchauffe et sèche les matériaux inflammables, ce qui accélère l’inflammation des matériaux et permet au feu se répandre plus vite.[58][65] Les feux de forêt de surface à haute température et de longue durée peuvent favoriser le flashover ou flamber: le séchage de la canopée des arbres et leur allumage ultérieur par le bas.[66]

Les feux de forêt ont une vitesse taux de spread à terme (FROS) lors de la combustion à travers des combustibles denses ininterrompus.[67] Ils peuvent se déplacer aussi vite que 10,8 kilomètres par heure (6,7 mph) dans les forêts et 22 kilomètres par heure (14 mph) dans les prairies.[68] Les feux de forêt peuvent avancer tangentiellement au front principal pour former un flanquement avant, ou brûler dans la direction opposée de la façade principale en support.[69] Ils peuvent également se propager par sauter ou alors repérage que les vents et les colonnes de convection verticales transportent brandons (braises de bois chaudes) et d’autres matériaux qui brûlent dans l’air au-dessus des routes, des rivières et d’autres barrières qui pourraient autrement servir de coupe-feu.[70][71] Les torches et les incendies dans la canopée des arbres encouragent les taches, et les combustibles secs autour d’un feu de forêt sont particulièrement vulnérables à l’inflammation des brandons.[72] Le repérage peut créer feux ponctuels lorsque les braises chaudes et les brandons enflamment les combustibles sous le vent du feu. Dans les feux de brousse australiens, les feux ponctuels sont connus pour se produire jusqu’à 20 kilomètres (12 mi) du front de feu.[73]

L’incidence des grands incendies de forêt non maîtrisés en Amérique du Nord a augmenté ces dernières années, affectant considérablement les zones urbaines et agricoles. Les dommages physiques et les pressions sur la santé laissés à la suite d’incendies incontrôlés ont particulièrement dévasté les exploitants de fermes et de ranchs dans les zones touchées, suscitant l’inquiétude de la communauté des prestataires de soins de santé et des défenseurs des services de cette population professionnelle spécialisée.[74]

Les incendies de forêt particulièrement importants peuvent affecter les courants d’air dans leurs environs immédiats par l’effet de cheminée : l’air s’élève lorsqu’il est chauffé et les grands incendies de forêt créent de puissants courants ascendants qui attireront de l’air neuf et plus frais des zones environnantes dans les colonnes thermiques.[75] De grandes différences verticales de température et d’humidité favorisent les nuages ​​​​de pyrocumulus, les vents forts et les tourbillons de feu avec la force des tornades à des vitesses de plus de 80 kilomètres par heure (50 mph).[76][77][78] Des taux de propagation rapides, des couronnements ou des taches prolifiques, la présence de tourbillons de feu et de fortes colonnes de convection signifient des conditions extrêmes.[79]

La chaleur thermique d’un incendie de forêt peut provoquer une altération importante des roches et des rochers, la chaleur peut dilater rapidement un rocher et un choc thermique peut se produire, ce qui peut entraîner la défaillance de la structure d’un objet.

Effet du climat[[[[Éditer]

Les feux de forêt provoqués par la foudre sont fréquents pendant la saison sèche de l’été au Nevada.

Les vagues de chaleur, les sécheresses, la variabilité climatique telle qu’El Niño et les conditions météorologiques régionales telles que les crêtes de haute pression peuvent augmenter le risque et modifier considérablement le comportement des incendies de forêt.[80][81][82] Des années de précipitations suivies de périodes chaudes peuvent favoriser des incendies plus étendus et des saisons des incendies plus longues.[83] Depuis le milieu des années 1980, la fonte des neiges plus précoce et le réchauffement associé ont également été associés à une augmentation de la durée et de la gravité de la saison des feux de forêt, ou à la période de l’année la plus sujette aux incendies,[84] dans l’ouest des États-Unis.[85]Le réchauffement climatique peut augmenter l’intensité et la fréquence des sécheresses dans de nombreuses régions, créant des incendies de forêt plus intenses et plus fréquents.[7] Une étude de 2019 indique que l’augmentation du risque d’incendie en Californie peut être attribuable au changement climatique d’origine humaine.[86] Une étude des dépôts de sédiments alluviaux remontant à plus de 8 000 ans a révélé que les périodes climatiques plus chaudes connaissaient de graves sécheresses et des incendies remplaçant les peuplements et a conclu que le climat avait une influence si puissante sur les incendies de forêt qu’il est probablement impossible de recréer une structure forestière de préinstallation dans un avenir plus chaud.[87]

L’intensité augmente également pendant les heures de la journée. Les taux de combustion des bûches qui couvent sont jusqu’à cinq fois plus élevés au cours de la journée en raison de la baisse de l’humidité, de l’augmentation des températures et de la vitesse du vent.[88] La lumière du soleil réchauffe le sol pendant la journée, ce qui crée des courants d’air qui se déplacent vers le haut. La nuit, la terre se refroidit, créant des courants d’air qui descendent. Les feux de forêt sont attisés par ces vents et suivent souvent les courants d’air au-dessus des collines et des vallées.[89] Les incendies en Europe se produisent fréquemment pendant les heures de 12h00. et 14h00[90] Les opérations de suppression des feux de forêt aux États-Unis tournent autour de 24 heures jour du feu qui commence à 10h00 en raison de l’augmentation prévisible de l’intensité résultant de la chaleur diurne.[91]

Au cours de l’été 1974-1975 (hémisphère sud), l’Australie a subi son pire incendie de forêt jamais enregistré, lorsque 15 % de la masse terrestre de l’Australie a subi « d’importants dégâts d’incendie ».[92] Les incendies de cet été-là ont brûlé environ 117 millions d’hectares (290 millions d’acres ; 1 170 000 kilomètres carrés ; 450 000 milles carrés).[93][94]

En 2019, la chaleur et la sécheresse extrêmes ont provoqué des incendies de forêt massifs en Sibérie, en Alaska, aux îles Canaries, en Australie et dans la forêt amazonienne. Les incendies dans ce dernier ont été causés principalement par l’exploitation forestière illégale. La fumée des incendies s’est étendue sur un vaste territoire, y compris les grandes villes, réduisant considérablement la qualité de l’air.[95]

En août 2020, les incendies de forêt de l’année étaient 13% pires qu’en 2019 en raison principalement du changement climatique et de la déforestation.[96] L’existence de la forêt amazonienne est menacée par des incendies, dont certains peuvent être des incendies criminels.[97][98][99][100] Selon Mike Barrett, directeur exécutif de la science et de la conservation au WWF-UK, si cette forêt tropicale est détruite, « nous perdrons la lutte contre le changement climatique. Il n’y aura pas de retour en arrière.[96]

Émissions[[[[Éditer]

Les feux de forêt libèrent dans l’atmosphère de grandes quantités de dioxyde de carbone, de particules de carbone noir et brun et de précurseurs d’ozone tels que les composés organiques volatils et les oxydes d’azote (NOx). Ces émissions affectent le rayonnement, les nuages ​​et le climat à l’échelle régionale et même mondiale. Les feux de forêt émettent également des quantités substantielles d’espèces organiques semi-volatiles qui peuvent se séparer de la phase gazeuse pour former des aérosols organiques secondaires (SOA) pendant des heures voire des jours après l’émission. De plus, la formation des autres polluants au cours du transport de l’air peut conduire à des expositions néfastes pour les populations des régions éloignées des feux de forêt.[101] Alors que les émissions directes de polluants nocifs peuvent affecter les premiers intervenants et les résidents locaux, la fumée des incendies de forêt peut également être transportée sur de longues distances et avoir un impact sur la qualité de l’air à l’échelle locale, régionale et mondiale.[102] La question de savoir si les panaches de fumée transportés sont pertinents pour la qualité de l’air de surface dépend de l’endroit où ils existent dans l’atmosphère, qui à son tour dépend de la hauteur d’injection initiale du panache de fumée convective dans l’atmosphère. La fumée injectée au-dessus de la couche limite planétaire (PBL) peut être détectable par les satellites spatiaux et jouer un rôle dans la modification du bilan énergétique de la Terre, mais ne se mélangerait pas à la surface où elle aurait un impact sur la qualité de l’air et la santé humaine. Alternativement, la fumée confinée à une PBL peu profonde (par la stratification nocturne stable de l’atmosphère ou le piégeage du terrain) peut devenir particulièrement concentrée et problématique pour la qualité de l’air de surface. L’intensité des feux de forêt et les émissions de fumée ne sont pas constantes tout au long de la durée de vie du feu et ont tendance à suivre un cycle diurne qui culmine en fin d’après-midi et en début de soirée, et qui peut être raisonnablement approximé en utilisant une distribution normale monomodale ou bimodale.[103]

Au cours du siècle dernier, les incendies de forêt ont représenté 20 à 25 % des émissions mondiales de carbone, le reste provenant des activités humaines.[104] Les émissions mondiales de carbone provenant des incendies de forêt jusqu’en août 2020 étaient égales aux émissions annuelles moyennes de l’Union européenne.[96] En 2020, le carbone libéré par les incendies de forêt en Californie était nettement plus important que les autres émissions de carbone de l’État.[105]

Écologie[[[[Éditer]

Deux illustrations de la terre, l'une au-dessus de l'autre. Les mers sont de couleur gris foncé et les continents d'un gris plus clair. Les deux images ont des marqueurs rouges, jaunes et blancs indiquant où les incendies se sont produits au cours des mois d'août (image du haut) et de février (image du bas) de l'année 2008.

L’occurrence des feux de forêt tout au long de l’histoire de la vie terrestre laisse supposer que le feu a dû avoir des effets évolutifs prononcés sur la flore et la faune de la plupart des écosystèmes.[6] Les feux de forêt sont courants dans les climats suffisamment humides pour permettre la croissance de la végétation, mais caractérisés par des périodes sèches et chaudes prolongées.[16] Ces endroits comprennent les zones végétalisées d’Australie et d’Asie du Sud-Est, le veld d’Afrique australe, les fynbos du Cap occidental d’Afrique du Sud, les zones boisées des États-Unis et du Canada et le bassin méditerranéen.

Les feux de forêt de grande intensité créent un habitat forestier de succession précoce complexe (également appelé « habitat forestier à chicots »), qui a souvent une richesse et une diversité d’espèces plus élevées que les forêts anciennes non brûlées.[8] Les espèces végétales et animales de la plupart des types de forêts nord-américaines ont évolué avec le feu, et bon nombre de ces espèces dépendent des incendies de forêt, et en particulier des incendies de grande intensité, pour se reproduire et se développer. Le feu aide à restituer au sol les éléments nutritifs de la matière végétale, la chaleur du feu est nécessaire à la germination de certains types de graines, et les chicots (arbres morts) et les forêts de succession précoce créés par un feu de grande intensité créent des conditions d’habitat bénéfiques. à la faune.[8] Les forêts de succession précoce créées par des incendies de grande sévérité soutiennent certains des niveaux les plus élevés de biodiversité indigène trouvés dans les forêts de conifères tempérées.[9][106] L’exploitation forestière après incendie n’a aucun avantage écologique et de nombreux impacts négatifs; il en est souvent de même pour l’ensemencement après feu.[107]

Bien que certains écosystèmes dépendent des incendies naturels pour réguler la croissance, certains écosystèmes souffrent de trop de feux, comme le chaparral dans le sud de la Californie et les déserts de basse altitude dans le sud-ouest américain. La fréquence accrue des incendies dans ces zones habituellement dépendantes du feu a bouleversé les cycles naturels, endommagé les communautés végétales indigènes et encouragé la croissance de mauvaises herbes non indigènes.[108][109][110][111]Les espèces envahissantes, telles que Lygodium microphyllum et Bromus tectorum, peut se développer rapidement dans les zones qui ont été endommagées par des incendies. Parce qu’ils sont hautement inflammables, ils peuvent augmenter le risque futur d’incendie, créant une boucle de rétroaction positive qui augmente la fréquence des incendies et altère davantage les communautés végétales indigènes.[52][112]

Dans la forêt amazonienne, la sécheresse, l’exploitation forestière, les pratiques d’élevage de bétail et l’agriculture sur brûlis endommagent les forêts résistantes au feu et favorisent la croissance de broussailles inflammables, créant un cycle qui encourage davantage de brûlis.[113] Les incendies dans la forêt tropicale menacent sa collection d’espèces diverses et produisent de grandes quantités de CO2.[114] En outre, les incendies dans la forêt tropicale, ainsi que la sécheresse et l’intervention humaine, pourraient endommager ou détruire plus de la moitié de la forêt amazonienne d’ici 2030.[115] Les feux de forêt génèrent des cendres, réduisent la disponibilité des nutriments organiques et provoquent une augmentation du ruissellement de l’eau, érodant d’autres nutriments et créant des conditions de crue éclair.[46][116] Un incendie de forêt en 2003 dans les North Yorkshire Moors a brûlé 2,5 kilomètres carrés (600 acres) de bruyère et les couches de tourbe sous-jacentes. Par la suite, l’érosion éolienne a dépouillé les cendres et le sol exposé, révélant des vestiges archéologiques datant de 10 000 avant JC.[117] Les feux de forêt peuvent également avoir un effet sur le changement climatique, en augmentant la quantité de carbone libérée dans l’atmosphère et en inhibant la croissance de la végétation, ce qui affecte l’absorption globale de carbone par les plantes.[118]

Dans la toundra, il existe un schéma naturel d’accumulation de combustible et de feux de forêt qui varie en fonction de la nature de la végétation et du terrain. Des recherches en Alaska ont montré des intervalles de retour des incendies (IRF) qui varient généralement de 150 à 200 ans, les zones de basses terres plus sèches brûlant plus fréquemment que les zones de hautes terres plus humides.[119]

Adaptation des plantes[[[[Éditer]

Deux photographies de la même section d'une forêt de pins ; les deux montrent une écorce noircie au moins à mi-hauteur des arbres. La première image manque sensiblement de végétation de surface, tandis que la seconde montre de petites herbes vertes sur le sol de la forêt.

Les plantes des écosystèmes sujets aux incendies de forêt survivent souvent grâce à des adaptations à leur régime de feu local. Ces adaptations comprennent une protection physique contre la chaleur, une croissance accrue après un incendie et des matériaux inflammables qui encouragent le feu et peuvent éliminer la concurrence. Par exemple, les plantes du genre Eucalyptus contiennent des huiles inflammables qui encouragent le feu et les feuilles sclérophylles dures à résister à la chaleur et à la sécheresse, assurant leur domination sur les espèces moins tolérantes au feu.[120][121] Une écorce dense, la chute des branches inférieures et une teneur élevée en eau dans les structures externes peuvent également protéger les arbres de la hausse des températures.[16] Les graines résistantes au feu et les pousses de réserve qui germent après un incendie favorisent la préservation des espèces, incarnées par les espèces pionnières. La fumée, le bois carbonisé et la chaleur peuvent stimuler la germination des graines dans un processus appelé sérotinie.[122] L’exposition à la fumée des plantes en feu favorise la germination d’autres types de plantes en induisant la production de buténolide orange.[123]

Prairies dans l’ouest du Sabah, forêts de pins malaisiens et indonésiens Casuarina On pense que les forêts sont le résultat de périodes d’incendie antérieures.[124]La litière de bois mort Chamise a une faible teneur en eau et est inflammable, et l’arbuste germe rapidement après un incendie.[16] Les lys du Cap dorment jusqu’à ce que les flammes effleurent le revêtement, puis fleurissent presque toute la nuit.[125]Les séquoias dépendent de feux périodiques pour réduire la compétition, libérer les graines de leurs cônes et nettoyer le sol et la canopée pour une nouvelle croissance.[126]Le pin des Caraïbes dans les pinèdes des Bahamas s’est adapté et s’appuie sur des feux de surface de faible intensité pour sa survie et sa croissance. Une fréquence de feu optimale pour la croissance est tous les 3 à 10 ans. Les feux trop fréquents favorisent les plantes herbacées, et les feux peu fréquents favorisent les espèces typiques des forêts sèches des Bahamas.[127]

Effets atmosphériques[[[[Éditer]

Une route pavée avec des arbres et des herbes sur le côté avec un grand nuage de fumée blanc et gris foncé s'élevant au loin.

La majeure partie de la pollution atmosphérique et météorologique de la Terre réside dans la troposphère, la partie de l’atmosphère qui s’étend de la surface de la planète à une hauteur d’environ 10 kilomètres (6 mi). La portance verticale d’un orage violent ou d’un pyrocumulonimbus peut être renforcée dans la zone d’un grand incendie de forêt, ce qui peut propulser de la fumée, de la suie et d’autres matières particulaires jusqu’à la basse stratosphère.[128] Auparavant, la théorie scientifique dominante soutenait que la plupart des particules dans la stratosphère provenaient de volcans, mais de la fumée et d’autres émissions d’incendies de forêt ont été détectées dans la basse stratosphère.[129] Les nuages ​​​​de Pyrocumulus peuvent atteindre 6 100 mètres (20 000 pieds) au-dessus des incendies de forêt.[130] L’observation par satellite des panaches de fumée provenant d’incendies de forêt a révélé que les panaches pouvaient être tracés intacts sur des distances supérieures à 1 600 kilomètres (1 000 mi).[131] Des modèles assistés par ordinateur tels que CALPUFF peuvent aider à prédire la taille et la direction des panaches de fumée générés par les feux de forêt en utilisant la modélisation de la dispersion atmosphérique.[132]

Les feux de forêt peuvent affecter la pollution atmosphérique locale,[133] et libèrent du carbone sous forme de dioxyde de carbone.[134]Les émissions des feux de forêt contiennent des particules fines qui peuvent causer des problèmes cardiovasculaires et respiratoires.[135] L’augmentation des sous-produits du feu dans la troposphère peut augmenter la concentration d’ozone au-delà des niveaux de sécurité.[136] On estime que les incendies de forêt en Indonésie en 1997 ont libéré entre 0,81 et 2,57 gigatonnes (0,89 et 2,83 milliards de tonnes courtes) de CO2 dans l’atmosphère, ce qui représente entre 13% et 40% des émissions mondiales annuelles de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combustibles fossiles.[137][138]
En juin et juillet 2019, les incendies dans l’Arctique ont émis plus de 140 mégatonnes de dioxyde de carbone, selon une analyse du CAMS. Pour mettre cela en perspective, cela équivaut à la même quantité de carbone émise par 36 millions de voitures en un an. Les récents incendies de forêt et leurs émissions massives de CO2 font qu’il sera important d’en tenir compte dans la mise en œuvre des mesures pour atteindre les objectifs de réduction des gaz à effet de serre fixés par l’accord de Paris sur le climat.[139] En raison de la chimie oxydante complexe qui se produit pendant le transport de la fumée des incendies de forêt dans l’atmosphère,[140] il a été indiqué que la toxicité des émissions augmentait avec le temps.[141][142]

Les modèles atmosphériques suggèrent que ces concentrations de particules de suie pourraient augmenter jusqu’à 15 % l’absorption du rayonnement solaire incident pendant les mois d’hiver.[143] On estime que l’Amazonie détient environ 90 milliards de tonnes de carbone. En 2019, l’atmosphère terrestre contenait 415 parties par million de carbone, et la destruction de l’Amazonie ajouterait environ 38 parties par million.[144]

Carte nationale des eaux souterraines et de l’humidité du sol aux États-Unis. Il montre la très faible humidité du sol associée à la saison des incendies de 2011 au Texas.
Panorama d'une étendue vallonnée avec une grande traînée de fumée couvrant plus de la moitié du ciel visible.
Sentier de fumée d’un incendie vu en regardant vers Dargo de Swifts Creek, Victoria, Australie, 11 janvier 2007

Histoire[[[[Éditer]

Bain d’élan, une photographie primée de wapitis évitant un feu de forêt dans le Montana

La première preuve d’incendies de forêt est constituée de fossiles de plantes rhyniophytoïdes conservés sous forme de charbon de bois, découverts dans les frontières galloises, datant de la période silurienne (environ 420 il y a des millions d’années). Des feux de surface couvants ont commencé à se produire quelque temps avant la période du Dévonien inférieur 405 il y a des millions d’années. La faible teneur en oxygène atmosphérique au cours du Dévonien moyen et supérieur s’est accompagnée d’une diminution de l’abondance du charbon de bois.[145][146] Des preuves supplémentaires de charbon suggèrent que les incendies se sont poursuivis tout au long de la période carbonifère. Plus tard, l’augmentation globale de l’oxygène atmosphérique de 13 % au Dévonien supérieur à 30 à 31 % au Permien supérieur s’est accompagnée d’une répartition plus étendue des incendies de forêt.[147] Plus tard, une diminution des dépôts de charbon de bois liés aux feux de forêt de la fin du Permien au Trias s’explique par une diminution des niveaux d’oxygène.[148]

Les feux de forêt au cours des périodes paléozoïque et mésozoïque ont suivi des schémas similaires aux feux qui se produisent dans les temps modernes. Feux de surface provoqués par les saisons sèches[[[[éclaircissements nécessaires] sont évidents dans les forêts de progymnospermes du Dévonien et du Carbonifère. Les forêts de lépidodendrons datant de la période carbonifère ont des pics carbonisés, preuve de feux de cime. Dans les forêts de gymnospermes du Jurassique, il existe des preuves de feux de surface légers et à haute fréquence.[148] L’augmentation de l’activité des incendies à la fin du Tertiaire[149] est peut-être dû à l’augmentation de C4-type graminées. Au fur et à mesure que ces graminées se sont déplacées vers des habitats plus mésiques, leur haute inflammabilité a augmenté la fréquence des incendies, favorisant les prairies par rapport aux forêts.[150] Cependant, les habitats sujets aux incendies peuvent avoir contribué à la proéminence d’arbres tels que ceux des genres Eucalyptus, Pinus et Séquoia, qui ont une écorce épaisse pour résister aux incendies et emploient la pyriscence.[151][152]

Implication humaine[[[[Éditer]

Vue aérienne d’incendies de forêt délibérés sur la chaîne de Khun Tan, en Thaïlande. These fires are lit by local farmers every year in order to promote the growth of a certain mushroom

The human use of fire for agricultural and hunting purposes during the Paleolithic and Mesolithic ages altered the preexisting landscapes and fire regimes. Woodlands were gradually replaced by smaller vegetation that facilitated travel, hunting, seed-gathering and planting.[153] In recorded human history, minor allusions to wildfires were mentioned in the Bible and by classical writers such as Homer. However, while ancient Hebrew, Greek, and Roman writers were aware of fires, they were not very interested in the uncultivated lands where wildfires occurred.[154][155] Wildfires were used in battles throughout human history as early thermal weapons. From the Middle ages, accounts were written of occupational burning as well as customs and laws that governed the use of fire. In Germany, regular burning was documented in 1290 in the Odenwald and in 1344 in the Black Forest.[156] In the 14th century Sardinia, firebreaks were used for wildfire protection. In Spain during the 1550s, sheep husbandry was discouraged in certain provinces by Philip II due to the harmful effects of fires used in transhumance.[154][155] As early as the 17th century, Native Americans were observed using fire for many purposes including cultivation, signaling, and warfare. Scottish botanist David Douglas noted the native use of fire for tobacco cultivation, to encourage deer into smaller areas for hunting purposes, and to improve foraging for honey and grasshoppers. Charcoal found in sedimentary deposits off the Pacific coast of Central America suggests that more burning occurred in the 50 years before the Spanish colonization of the Americas than after the colonization.[157] In the post-World War II Baltic region, socio-economic changes led more stringent air quality standards and bans on fires that eliminated traditional burning practices.[156] In the mid-19th century, explorers from HMS Beagle observed Australian Aborigines using fire for ground clearing, hunting, and regeneration of plant food in a method later named fire-stick farming.[158] Such careful use of fire has been employed for centuries in the lands protected by Kakadu National Park to encourage biodiversity.[159]

Wildfires typically occurred during periods of increased temperature and drought. An increase in fire-related debris flow in alluvial fans of northeastern Yellowstone National Park was linked to the period between AD 1050 and 1200, coinciding with the Medieval Warm Period.[160] However, human influence caused an increase in fire frequency. Dendrochronological fire scar data and charcoal layer data in Finland suggests that, while many fires occurred during severe drought conditions, an increase in the number of fires during 850 BC and 1660 AD can be attributed to human influence.[161] Charcoal evidence from the Americas suggested a general decrease in wildfires between 1 AD and 1750 compared to previous years. However, a period of increased fire frequency between 1750 and 1870 was suggested by charcoal data from North America and Asia, attributed to human population growth and influences such as land clearing practices. This period was followed by an overall decrease in burning in the 20th century, linked to the expansion of agriculture, increased livestock grazing, and fire prevention efforts.[162] A meta-analysis found that 17 times more land burned annually in California before 1800 compared to recent decades (1,800,000 hectares/year compared to 102,000 hectares/year).[163]

According to a paper published in Science, the number of natural and human-caused fires decreased by 24.3% between 1998 and 2015. Researchers explain this a transition from nomadism to settled lifestyle and intensification of agriculture that lead to a drop in the use of fire for land clearing.[164][165]

Increases of certain native tree species (i.e. conifers) in favor of others (i.e. leaf trees) also increases wildfire risk, especially if these trees are also planted in monocultures[166][167]

Some invasive species, moved in by humans (i.e., for the pulp and paper industry) have in some cases also increased the intensity of wildfires. Examples include species such as Eucalyptus in California[168][169] and gamba grass in Australia.

La prévention[[[[Éditer]

A short video on managing and protecting the natural habitat between a town and the hillside, from the risk of fire.

Wildfire prevention refers to the preemptive methods aimed at reducing the risk of fires as well as lessening its severity and spread.[170] Prevention techniques aim to manage air quality, maintain ecological balances, protect resources,[112] and to affect future fires.[171] North American firefighting policies permit naturally caused fires to burn to maintain their ecological role, so long as the risks of escape into high-value areas are mitigated.[172] However, prevention policies must consider the role that humans play in wildfires, since, for example, 95% of forest fires in Europe are related to human involvement.[173] Sources of human-caused fire may include arson, accidental ignition, or the uncontrolled use of fire in land-clearing and agriculture such as the slash-and-burn farming in Southeast Asia.[174]

Drawing of a grizzly bear with human features. He is wearing blue jeans with a belt and a brimmed hat with the name

1985 Smokey Bear poster with part of his admonition, « Only you can prevent forest fires ».

In 1937, U.S. President Franklin D. Roosevelt initiated a nationwide fire prevention campaign, highlighting the role of human carelessness in forest fires. Later posters of the program featured Uncle Sam, characters from the Disney movie Bambi, and the official mascot of the U.S. Forest Service, Smokey Bear.[175] Reducing human-caused ignitions may be the most effective means of reducing unwanted wildfire. Alteration of fuels is commonly undertaken when attempting to affect future fire risk and behavior.[46] Wildfire prevention programs around the world may employ techniques such as wildland fire use et prescribed or controlled burns.[176][177]Wildland fire use refers to any fire of natural causes that is monitored but allowed to burn. Controlled burns are fires ignited by government agencies under less dangerous weather conditions.[178]

A small fire on the slope of a hill. The hill features small, green shrubbery and some trees. A person in light-colored clothing in seen in the background, some distance from the flames.

Strategies for wildfire prevention, detection, control and suppression have varied over the years.[179] One common and inexpensive technique to reduce the risk of uncontrolled wildfires is controlled burning: intentionally igniting smaller less-intense fires to minimize the amount of flammable material available for a potential wildfire.[180][181] Vegetation may be burned periodically to limit the accumulation of plants and other debris that may serve as fuel, while also maintaining high species diversity.[182][183] Jan Van Wagtendonk, a biologist at the Yellowstone Field Station, claims that Wildfire itself is « the most effective treatment for reducing a fire’s rate of spread, fireline intensity, flame length, and heat per unit of area. »[184] While other people claim that controlled burns and a policy of allowing some wildfires to burn is the cheapest method and an ecologically appropriate policy for many forests, they tend not to take into account the economic value of resources that are consumed by the fire, especially merchantable timber.[107] Some studies conclude that while fuels may also be removed by logging, such thinning treatments may not be effective at reducing fire severity under extreme weather conditions.[185]

However, multi-agency studies conducted by the United States Department of Agriculture, the U.S. Forest Service Pacific Northwest Research Station, and the School of Forestry and Bureau of Business and Economic Research at the University of Montana, through strategic assessments of fire hazards and the potential effectiveness and costs of different hazard reduction treatments, clearly demonstrate that the most effective short- and long-term forest fire hazard reduction strategy and by far the most cost-effective method to yield long-term mitigation of forest fire risk is a comprehensive fuel reduction strategy that involves mechanical removal of overstocked trees through commercial logging and non-commercial thinning with no restrictions on the size of trees that are removed, resulting in considerably better long-term results compared to a non-commercial « thin below » operation or a commercial logging operation with diameter restrictions. Starting with a forest with a « high risk » of fire and a pre-treatment crowning index of 21, the « thin from below » practice of removing only very small trees resulted in an immediate crowning index of 43, with 29% of the post-treatment area rated « low risk » immediately and only 20% of the treatment area remaining « low risk » after 30 years, at a cost (net economic loss) of $439 per acre treated. Again starting with a forest at « high risk » of fire and a crowning index of 21, the strategy involving non-commercial thinning and commercial logging with size-restrictions resulted in an crowning index of 43 immediately post-treatment with 67% of the area considered « low risk » and 56% of the area remaining low risk after 30 years, at a cost (net economic loss) of $368 per acre treated. On the other hand, starting with a forest at « high risk » of fire and the same crowning index of 21, a comprehensive fire hazard reduction treatment strategy, without restrictions on size of trees removed, resulted in an immediate crowning index of 61 post-treatment with 69% of the treated area rated « low risk » immediately and 52% of the treated area remaining « low risk » after 30 years, with positive revenue (a net economic gain gain) of $8 per acre.[186][187]

Building codes in fire-prone areas typically require that structures be built of flame-resistant materials and a defensible space be maintained by clearing flammable materials within a prescribed distance from the structure.[188][189] Communities in the Philippines also maintain fire lines 5 to 10 meters (16 to 33 ft) wide between the forest and their village, and patrol these lines during summer months or seasons of dry weather.[190] Continued residential development in fire-prone areas and rebuilding structures destroyed by fires has been met with criticism.[191] The ecological benefits of fire are often overridden by the economic and safety benefits of protecting structures and human life.[192]

Detection[[[[Éditer]

A four-legged tower with a small at the top, next to two one-story buildings. The tower is four stories tall. Trees are at either side, and in the foreground, there are rocks, some vegetation, and a rough trail.

Fast and effective detection is a key factor in wildfire fighting.[193] Early detection efforts were focused on early response, accurate results in both daytime and nighttime, and the ability to prioritize fire danger.[194]Fire lookout towers were used in the United States in the early 20th century and fires were reported using telephones, carrier pigeons, and heliographs.[195] Aerial and land photography using instant cameras were used in the 1950s until infrared scanning was developed for fire detection in the 1960s. However, information analysis and delivery was often delayed by limitations in communication technology. Early satellite-derived fire analyses were hand-drawn on maps at a remote site and sent via overnight mail to the fire manager. During the Yellowstone fires of 1988, a data station was established in West Yellowstone, permitting the delivery of satellite-based fire information in approximately four hours.[194]

Currently, public hotlines, fire lookouts in towers, and ground and aerial patrols can be used as a means of early detection of forest fires. However, accurate human observation may be limited by operator fatigue, time of day, time of year, and geographic location. Electronic systems have gained popularity in recent years as a possible resolution to human operator error. A government report on a recent trial of three automated camera fire detection systems in Australia did, however, conclude « …detection by the camera systems was slower and less reliable than by a trained human observer ». These systems may be semi- or fully automated and employ systems based on the risk area and degree of human presence, as suggested by GIS data analyses. An integrated approach of multiple systems can be used to merge satellite data, aerial imagery, and personnel position via Global Positioning System (GPS) into a collective whole for near-realtime use by wireless Incident Command Centers.[196]

A small, high risk area that features thick vegetation, a strong human presence, or is close to a critical urban area can be monitored using a local sensor network. Detection systems may include wireless sensor networks that act as automated weather systems: detecting temperature, humidity, and smoke.[197][198][199][200] These may be battery-powered, solar-powered, or tree-rechargeable: able to recharge their battery systems using the small electrical currents in plant material.[201] Larger, medium-risk areas can be monitored by scanning towers that incorporate fixed cameras and sensors to detect smoke or additional factors such as the infrared signature of carbon dioxide produced by fires. Additional capabilities such as night vision, brightness detection, and color change detection may also be incorporated into sensor arrays.[202][203][204]

A satellite view of the Balkans and Greece. Clouds and smoke trails are seen above the Balkans and trailing south into the Ionian Sea.

Wildfires across the Balkans in late July 2007 (MODIS image)

Satellite and aerial monitoring through the use of planes, helicopter, or UAVs can provide a wider view and may be sufficient to monitor very large, low risk areas. These more sophisticated systems employ GPS and aircraft-mounted infrared or high-resolution visible cameras to identify and target wildfires.[205][206] Satellite-mounted sensors such as Envisat’s Advanced Along Track Scanning Radiometer and European Remote-Sensing Satellite’s Along-Track Scanning Radiometer can measure infrared radiation emitted by fires, identifying hot spots greater than 39 °C (102 °F).[207][208] The National Oceanic and Atmospheric Administration’s Hazard Mapping System combines remote-sensing data from satellite sources such as Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES), Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), and Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) for detection of fire and smoke plume locations.[209][210] However, satellite detection is prone to offset errors, anywhere from 2 to 3 kilometers (1 to 2 mi) for MODIS and AVHRR data and up to 12 kilometers (7.5 mi) for GOES data.[211] Satellites in geostationary orbits may become disabled, and satellites in polar orbits are often limited by their short window of observation time. Cloud cover and image resolution may also limit the effectiveness of satellite imagery.[212]Global Forest Watch provides detailed daily updates on fire alerts. These are sourced from NASA FIRMS. “VIIRS Active Fires.”

In 2015 a new fire detection tool is in operation at the U.S. Department of Agriculture (USDA) Forest Service (USFS) which uses data from the Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP) satellite to detect smaller fires in more detail than previous space-based products. The high-resolution data is used with a computer model to predict how a fire will change direction based on weather and land conditions. The active fire detection product using data from Suomi NPP’s Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) increases the resolution of fire observations to 1,230 feet (375 meters). Previous NASA satellite data products available since the early 2000s observed fires at 3,280 foot (1 kilometer) resolution. The data is one of the intelligence tools used by the USFS and Department of Interior agencies across the United States to guide resource allocation and strategic fire management decisions. The enhanced VIIRS fire product enables detection every 12 hours or less of much smaller fires and provides more detail and consistent tracking of fire lines during long-duration wildfires – capabilities critical for early warning systems and support of routine mapping of fire progression. Active fire locations are available to users within minutes from the satellite overpass through data processing facilities at the USFS Remote Sensing Applications Center, which uses technologies developed by the NASA Goddard Space Flight Center Direct Readout Laboratory in Greenbelt, Maryland. The model uses data on weather conditions and the land surrounding an active fire to predict 12–18 hours in advance whether a blaze will shift direction. The state of Colorado decided to incorporate the weather-fire model in its firefighting efforts beginning with the 2016 fire season.

In 2014, an international campaign was organized in South Africa’s Kruger National Park to validate fire detection products including the new VIIRS active fire data. In advance of that campaign, the Meraka Institute of the Council for Scientific and Industrial Research in Pretoria, South Africa, an early adopter of the VIIRS 375m fire product, put it to use during several large wildfires in Kruger.

The demand for timely, high-quality fire information has increased in recent years. Wildfires in the United States burn an average of 7 million acres of land each year. For the last 10 years, the USFS and Department of Interior have spent a combined average of about $2–4 billion annually on wildfire suppression.

Suppression[[[[Éditer]

A Russian firefighter extinguishing a wildfire

Wildfire suppression depends on the technologies available in the area in which the wildfire occurs. In less developed nations the techniques used can be as simple as throwing sand or beating the fire with sticks or palm fronds.[213] In more advanced nations, the suppression methods vary due to increased technological capacity. Silver iodide can be used to encourage snow fall,[214] while fire retardants and water can be dropped onto fires by unmanned aerial vehicles, planes, and helicopters.[215][216] Complete fire suppression is no longer an expectation, but the majority of wildfires are often extinguished before they grow out of control. While more than 99% of the 10,000 new wildfires each year are contained, escaped wildfires under extreme weather conditions are difficult to suppress without a change in the weather. Wildfires in Canada and the US burn an average of 54,500 square kilometers (13,000,000 acres) per year.[217][218]

Above all, fighting wildfires can become deadly. A wildfire’s burning front may also change direction unexpectedly and jump across fire breaks. Intense heat and smoke can lead to disorientation and loss of appreciation of the direction of the fire, which can make fires particularly dangerous. For example, during the 1949 Mann Gulch fire in Montana, United States, thirteen smokejumpers died when they lost their communication links, became disoriented, and were overtaken by the fire.[219] In the Australian February 2009 Victorian bushfires, at least 173 people died and over 2,029 homes and 3,500 structures were lost when they became engulfed by wildfire.[220]

Costs of wildfire suppression[[[[Éditer]

In California, the U.S. Forest Service spends about $200 million per year to suppress 98% of wildfires and up to $1 billion to suppress the other 2% of fires that escape initial attack and become large.[221] While costs vary wildly from year to year, depending on the severity of each fire season, in the United States, local, state, federal and tribal agencies collectively spend tens of billions of dollars annually to suppress wildfires.

Wildland firefighting safety[[[[Éditer]

Wildfire fighters cutting down a tree using a chainsaw

Wildland firefighter working a brush fire in Hopkinton, New Hampshire

Wildland fire fighters face several life-threatening hazards including heat stress, fatigue, smoke and dust, as well as the risk of other injuries such as burns, cuts and scrapes, animal bites, and even rhabdomyolysis.[222][223] Between 2000–2016, more than 350 wildland firefighters died on-duty.[224]

Especially in hot weather conditions, fires present the risk of heat stress, which can entail feeling heat, fatigue, weakness, vertigo, headache, or nausea. Heat stress can progress into heat strain, which entails physiological changes such as increased heart rate and core body temperature. This can lead to heat-related illnesses, such as heat rash, cramps, exhaustion or heat stroke. Various factors can contribute to the risks posed by heat stress, including strenuous work, personal risk factors such as age and fitness, dehydration, sleep deprivation, and burdensome personal protective equipment. Rest, cool water, and occasional breaks are crucial to mitigating the effects of heat stress.[222]

Smoke, ash, and debris can also pose serious respiratory hazards to wildland firefighters. The smoke and dust from wildfires can contain gases such as carbon monoxide, sulfur dioxide and formaldehyde, as well as particulates such as ash and silica. To reduce smoke exposure, wildfire fighting crews should, whenever possible, rotate firefighters through areas of heavy smoke, avoid downwind firefighting, use equipment rather than people in holding areas, and minimize mop-up. Camps and command posts should also be located upwind of wildfires. Protective clothing and equipment can also help minimize exposure to smoke and ash.[222]

Firefighters are also at risk of cardiac events including strokes and heart attacks. Firefighters should maintain good physical fitness. Fitness programs, medical screening and examination programs which include stress tests can minimize the risks of firefighting cardiac problems.[222] Other injury hazards wildland firefighters face include slips, trips, falls, burns, scrapes, and cuts from tools and equipment, being struck by trees, vehicles, or other objects, plant hazards such as thorns and poison ivy, snake and animal bites, vehicle crashes, electrocution from power lines or lightning storms, and unstable building structures.[222]

Firefighter safety zone guidelines[[[[Éditer]

The U.S. Forest Service publishes guidelines for the minimum distance a firefighter should be from a flame.[225]

Fire retardants[[[[Éditer]

Fire retardants are used to slow wildfires by inhibiting combustion. They are aqueous solutions of ammonium phosphates and ammonium sulfates, as well as thickening agents.[226] The decision to apply retardant depends on the magnitude, location and intensity of the wildfire. In certain instances, fire retardant may also be applied as a precautionary fire defense measure.[227]

Typical fire retardants contain the same agents as fertilizers. Fire retardants may also affect water quality through leaching, eutrophication, or misapplication. Fire retardant’s effects on drinking water remain inconclusive.[228] Dilution factors, including water body size, rainfall, and water flow rates lessen the concentration and potency of fire retardant.[227] Wildfire debris (ash and sediment) clog rivers and reservoirs increasing the risk for floods and erosion that ultimately slow and/or damage water treatment systems.[228][229] There is continued concern of fire retardant effects on land, water, wildlife habitats, and watershed quality, additional research is needed. However, on the positive side, fire retardant (specifically its nitrogen and phosphorus components) has been shown to have a fertilizing effect on nutrient-deprived soils and thus creates a temporary increase in vegetation.[227]

The current USDA procedure maintains that the aerial application of fire retardant in the United States must clear waterways by a minimum of 300 feet in order to safeguard effects of retardant runoff. Aerial uses of fire retardants are required to avoid application near waterways and endangered species (plant and animal habitats). After any incident of fire retardant misapplication, the U.S. Forest Service requires reporting and assessment impacts be made in order to determine a mitigation, remediation, and/or restrictions on future retardant uses in that area.

Modeling[[[[Éditer]

A dark region shaped like a shield with a pointed bottom. An arrow and the text

Wildfire modeling is concerned with numerical simulation of wildfires in order to comprehend and predict fire behavior.[230][231] Wildfire modeling aims to aid wildfire suppression, increase the safety of firefighters and the public, and minimize damage. Using computational science, wildfire modeling involves the statistical analysis of past fire events to predict spotting risks and front behavior. Various wildfire propagation models have been proposed in the past, including simple ellipses and egg- and fan-shaped models. Early attempts to determine wildfire behavior assumed terrain and vegetation uniformity. However, the exact behavior of a wildfire’s front is dependent on a variety of factors, including wind speed and slope steepness. Modern growth models utilize a combination of past ellipsoidal descriptions and Huygens’ Principle to simulate fire growth as a continuously expanding polygon.[232][233]Extreme value theory may also be used to predict the size of large wildfires. However, large fires that exceed suppression capabilities are often regarded as statistical outliers in standard analyses, even though fire policies are more influenced by large wildfires than by small fires.[234]

Human risk and exposure[[[[Éditer]

2009 California Wildfires at NASA/JPL – Pasadena, California

Wildfire risk is the chance that a wildfire will start in or reach a particular area and the potential loss of human values if it does. Risk is dependent on variable factors such as human activities, weather patterns, availability of wildfire fuels, and the availability or lack of resources to suppress a fire.[235] Wildfires have continually been a threat to human populations. However, human-induced geographical and climatic changes are exposing populations more frequently to wildfires and increasing wildfire risk. It is speculated that the increase in wildfires arises from a century of wildfire suppression coupled with the rapid expansion of human developments into fire-prone wildlands.[236] Wildfires are naturally occurring events that aid in promoting forest health. Global warming and climate changes are causing an increase in temperatures and more droughts nationwide which contributes to an increase in wildfire risk.[237][238]

Airborne hazards[[[[Éditer]

The most noticeable adverse effect of wildfires is the destruction of property. However, the release of hazardous chemicals from the burning of wildland fuels also significantly impacts health in humans.[239]

Wildfire smoke is composed primarily of carbon dioxide and water vapor. Other common smoke components present in lower concentrations are carbon monoxide, formaldehyde, acrolein, polyaromatic hydrocarbons, and benzene.[240] Small particulates suspended in air which come in solid form or in liquid droplets are also present in smoke. 80 -90% of wildfire smoke, by mass, is within the fine particle size class of 2.5 micrometers in diameter or smaller.[241]

Despite carbon dioxide’s high concentration in smoke, it poses a low health risk due to its low toxicity. Rather, carbon monoxide and fine particulate matter, particularly 2.5 µm in diameter and smaller, have been identified as the major health threats.[240] Other chemicals are considered to be significant hazards but are found in concentrations that are too low to cause detectable health effects.

The degree of wildfire smoke exposure to an individual is dependent on the length, severity, duration, and proximity of the fire. People are exposed directly to smoke via the respiratory tract through inhalation of air pollutants. Indirectly, communities are exposed to wildfire debris that can contaminate soil and water supplies.

The U.S. Environmental Protection Agency (EPA) developed the air quality index (AQI), a public resource that provides national air quality standard concentrations for common air pollutants. The public can use this index as a tool to determine their exposure to hazardous air pollutants based on visibility range.[242]

Fire ecologist Leda Kobziar found that wildfire smoke distributes microbial life on a global level.[243] She stated, « There are numerous allergens that we’ve found in the smoke. And so it may be that some people who are sensitive to smoke have that sensitivity, not only because of the particulate matter and the smoke but also because there are some biological organisms in it. »[244]

Water pollution[[[[Éditer]

Temperature increases caused by fires, including wildfires, can cause plastic water pipes to release toxic chemicals such as benzene into the water that they carry.[245]

Post-fire risks[[[[Éditer]

After a wildfire, hazards remain. Residents returning to their homes may be at risk from falling fire-weakened trees. Humans and pets may also be harmed by falling into ash pits.

At-risk groups[[[[Éditer]

Firefighters[[[[Éditer]

Firefighters are at the greatest risk for acute and chronic health effects resulting from wildfire smoke exposure. Due to firefighters’ occupational duties, they are frequently exposed to hazardous chemicals at close proximity for longer periods of time. A case study on the exposure of wildfire smoke among wildland firefighters shows that firefighters are exposed to significant levels of carbon monoxide and respiratory irritants above OSHA-permissible exposure limits (PEL) and ACGIH threshold limit values (TLV). 5–10% are overexposed. The study obtained exposure concentrations for one wildland firefighter over a 10-hour shift spent holding down a fireline. The firefighter was exposed to a wide range of carbon monoxide and respiratory irritants (a combination of particulate matter 3.5 µm and smaller, acrolein, and formaldehyde) levels. Carbon monoxide levels reached up to 160ppm and the TLV irritant index value reached a high of 10. In contrast, the OSHA PEL for carbon monoxide is 30ppm and for the TLV respiratory irritant index, the calculated threshold limit value is 1; any value above 1 exceeds exposure limits.[246]

Between 2001 and 2012, over 200 fatalities occurred among wildland firefighters. In addition to heat and chemical hazards, firefighters are also at risk for electrocution from power lines; injuries from equipment; slips, trips, and falls; injuries from vehicle rollovers; heat-related illness; insect bites and stings; stress; and rhabdomyolysis.[247]

Residents[[[[Éditer]

Residents in communities surrounding wildfires are exposed to lower concentrations of chemicals, but they are at a greater risk for indirect exposure through water or soil contamination. Exposure to residents is greatly dependent on individual susceptibility. Vulnerable persons such as children (ages 0–4), the elderly (ages 65 and older), smokers, and pregnant women are at an increased risk due to their already compromised body systems, even when the exposures are present at low chemical concentrations and for relatively short exposure periods.[240] They are also at risk for future wildfires and may move away to areas they consider less risky.[248]

Wildfires affect large numbers of people in Western Canada and the United States. In California alone, more than 350,000 people live in towns and cities in « very high fire hazard severity zones ».[249]

Fetal exposure[[[[Éditer]

Additionally, there is evidence of an increase in maternal stress, as documented by researchers M.H. O’Donnell and A.M. Behie, thus affecting birth outcomes. In Australia, studies show that male infants born with drastically higher average birth weights were born in mostly severely fire-affected areas. This is attributed to the fact that maternal signals directly affect fetal growth patterns.[250][251]

Asthma is one of the most common chronic disease among children in the United States affecting estimated 6.2 million children.[252] A recent area of research on asthma risk focuses specifically on the risk of air pollution during the gestational period. Several pathophysiology processes are involved are in this. In human’s considerable airway development occurs during the 2nd and 3rd trimester and continue until 3 years of age.[253] It is hypothesized that exposure to these toxins during this period could have consequential effects as the epithelium of the lungs during this time could have increased permeability to toxins. Exposure to air pollution during parental and pre-natal stage could induce epigenetic changes which are responsible for the development of asthma.[254] Recent Meta-Analyses have found significant association between PM2.5, NO2 and development of asthma during childhood despite heterogeneity among studies.[255] Furthermore, maternal exposure to chronic stressor, which are most like to be present in distressed communities, which is also a relevant co relate of childhood asthma which may further help explain the early childhood exposure to air pollution, neighborhood poverty and childhood risk. Living in distressed neighborhood is not only linked to pollutant source location and exposure but can also be associated with degree of magnitude of chronic individual stress which can in turn alter the allostatic load of the maternal immune system leading to adverse outcomes in children, including increased susceptibility to air pollution and other hazards.[256]

Health effects[[[[Éditer]

Animation of diaphragmatic breathing with the diaphragm shown in green

Wildfire smoke contains particulate matter that may have adverse effects upon the human respiratory system. Evidence of the health effects of wildfire smoke should be relayed to the public so that exposure may be limited. Evidence of health effects can also be used to influence policy to promote positive health outcomes.[257]

Inhalation of smoke from a wildfire can be a health hazard.[258] Wildfire smoke is composed of combustion products i.e. carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor, particulate matter, organic chemicals, nitrogen oxides and other compounds. The principal health concern is the inhalation of particulate matter and carbon monoxide.[259]

Particulate matter (PM) is a type of air pollution made up of particles of dust and liquid droplets. They are characterized into three categories based on the diameter of the particle: coarse PM, fine PM, and ultrafine PM. Coarse particles are between 2.5 micrometers and 10 micrometers, fine particles measure 0.1 to 2.5 micrometers, and ultrafine particle are less than 0.1 micrometer.  Each size can enter the body through inhalation, but the PM impact on the body varies by size. Coarse particles are filtered by the upper airways and these particles can accumulate and cause pulmonary inflammation. This can result in eye and sinus irritation as well as sore throat and coughing.[260][261] Coarse PM is often composed of materials that are heavier and more toxic that lead to short-term effects with stronger impact.[261]

Smaller particulate moves further into the respiratory system creating issues deep into the lungs and the bloodstream.[260][261] In asthma patients, PM2.5 causes inflammation but also increases oxidative stress in the epithelial cells. These particulates also cause apoptosis and autophagy in lung epithelial cells. Both processes cause the cells to be damaged and impacts the cell function. This damage impacts those with respiratory conditions such as asthma where the lung tissues and function are already compromised.[261] The third PM type is ultra-fine PM (UFP). UFP can enter the bloodstream like PM2.5 however studies show that it works into the blood much quicker. The inflammation and epithelial damage done by UFP has also shown to be much more severe.[261] PM2.5 is of the largest concern in regards to wildfire.[257] This is particularly hazardous to the very young, elderly and those with chronic conditions such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), cystic fibrosis and cardiovascular conditions. The illnesses most commonly with exposure to the fine particles from wildfire smoke are bronchitis, exacerbation of asthma or COPD, and pneumonia. Symptoms of these complications include wheezing and shortness of breath and cardiovascular symptoms include chest pain, rapid heart rate and fatigue.[260]

Asthma exacerbation[[[[Éditer]

Smoke from wildfires can cause health problems, especially for children and those who already have respiratory problems.[262] Several epidemiological studies have demonstrated a close association between air pollution and respiratory allergic diseases such as bronchial asthma.[257]

An observational study of smoke exposure related to the 2007 San Diego wildfires revealed an increase both in healthcare utilization and respiratory diagnoses, especially asthma among the group sampled.[262] Projected climate scenarios of wildfire occurrences predict significant increases in respiratory conditions among young children.[262]Particulate Matter (PM) triggers a series of biological processes including inflammatory immune response, oxidative stress, which are associated with harmful changes in allergic respiratory diseases.[263]

Although some studies demonstrated no significant acute changes in lung function among people with asthma related to PM from wildfires, a possible explanation for these counterintuitive findings is the increased use of quick-relief medications, such as inhalers, in response to elevated levels of smoke among those already diagnosed with asthma.[264] In investigating the association of medication use for obstructive lung disease and wildfire exposure, researchers found increases both in the usage of inhalers and initiation of long-term control as in oral steroids.[264] More specifically, some people with asthma reported higher use of quick-relief medications (inhalers).[264] After two major wildfires in California, researchers found an increase in physician prescriptions for quick-relief medications in the years following the wildfires than compared to the year before each occurrence.[264]

There is consistent evidence between wildfire smoke and the exacerbation of asthma.[264]

Carbon monoxide danger[[[[Éditer]

Carbon monoxide (CO) is a colorless, odorless gas that can be found at the highest concentration at close proximity to a smoldering fire. For this reason, carbon monoxide inhalation is a serious threat to the health of wildfire firefighters. CO in smoke can be inhaled into the lungs where it is absorbed into the bloodstream and reduces oxygen delivery to the body’s vital organs. At high concentrations, it can cause headaches, weakness, dizziness, confusion, nausea, disorientation, visual impairment, coma, and even death. However, even at lower concentrations, such as those found at wildfires, individuals with cardiovascular disease may experience chest pain and cardiac arrhythmia.[240] A recent study tracking the number and cause of wildfire firefighter deaths from 1990–2006 found that 21.9% of the deaths occurred from heart attacks.[265]

Another important and somewhat less obvious health effect of wildfires is psychiatric diseases and disorders. Both adults and children from countries ranging from the United States and Canada to Greece and Australia who were directly and indirectly affected by wildfires were found by researchers to demonstrate several different mental conditions linked to their experience with the wildfires. These include post-traumatic stress disorder (PTSD), depression, anxiety, and phobias.[266][267][268][269][270]

In a new twist to wildfire health effects, former uranium mining sites were burned over in the summer of 2012 near North Fork, Idaho. This prompted concern from area residents and Idaho State Department of Environmental Quality officials over the potential spread of radiation in the resultant smoke, since those sites had never been completely cleaned up from radioactive remains.[271]

Epidemiology[[[[Éditer]

The western US has seen an increase in both the frequency and intensity of wildfires over the last several decades. This increase has been attributed to the arid climate of the western US and the effects of global warming. An estimated 46 million people were exposed to wildfire smoke from 2004 to 2009 in the Western United States. Evidence has demonstrated that wildfire smoke can increase levels of particulate matter in the atmosphere.[257]

The EPA has defined acceptable concentrations of particulate matter in the air, through the National Ambient Air Quality Standards and monitoring of ambient air quality has been mandated.[272] Due to these monitoring programs and the incidence of several large wildfires near populated areas, epidemiological studies have been conducted and demonstrate an association between human health effects and an increase in fine particulate matter due to wildfire smoke.

The EPA has defined acceptable concentrations of particulate matter in the air. The National Ambient Air Quality Standards are part of the Clean Air Act and provide mandated guidelines for pollutant levels and the monitoring of ambient air quality.[272] In addition to these monitoring programs, the increased incidence of wildfires near populated areas has precipitated several epidemiological studies. Such studies have demonstrated an association between negative human health effects and an increase in fine particulate matter due to wildfire smoke. The size of the particulate matter is significant as smaller particulate matter (fine) is easily inhaled into the human respiratory tract. Often, small particulate matter can be inhaled into deep lung tissue causing respiratory distress, illness, or disease.[257]

An increase in PM smoke emitted from the Hayman fire in Colorado in June 2002, was associated with an increase in respiratory symptoms in patients with COPD.[273] Looking at the wildfires in Southern California in October 2003 in a similar manner, investigators have shown an increase in hospital admissions due to asthma symptoms while being exposed to peak concentrations of PM in smoke.[274] Another epidemiological study found a 7.2% (95% confidence interval: 0.25%, 15%) increase in risk of respiratory related hospital admissions during smoke wave days with high wildfire-specific particulate matter 2.5 compared to matched non-smoke-wave days.[257]

Children participating in the Children’s Health Study were also found to have an increase in eye and respiratory symptoms, medication use and physician visits.[275] Recently, it was demonstrated that mothers who were pregnant during the fires gave birth to babies with a slightly reduced average birth weight compared to those who were not exposed to wildfire during birth. Suggesting that pregnant women may also be at greater risk to adverse effects from wildfire.[276] Worldwide it is estimated that 339,000 people die due to the effects of wildfire smoke each year.[277]

While the size of particulate matter is an important consideration for health effects, the chemical composition of particulate matter (PM2.5) from wildfire smoke should also be considered. Antecedent studies have demonstrated that the chemical composition of PM2.5 from wildfire smoke can yield different estimates of human health outcomes as compared to other sources of smoke.[257] health outcomes for people exposed to wildfire smoke may differ from those exposed to smoke from alternative sources such as solid fuels.

Cultural aspects[[[[Éditer]

Wildfires have a place in many cultures. « To spread like wildfire » is a common idiom in English, meaning something that « quickly affects or becomes known by more and more people ».[278] The Smokey Bear fire prevention campaign has yielded one of the most popular characters in the United States; for many years there was a living Smokey Bear mascot, and it has been commemorated on postage stamps.[279]

Wildfire activity has been attributed as a major factor in the development of Ancient Greece. In modern Greece, as in many other regions, it is the most common natural disaster and figures prominently in the social and economic lives of its people.[280]

Science communication[[[[Éditer]

Scientific communication is one of the main tools used to save lives and educate the public on wildfire safety and preparation. There are certain steps that institutions can take in order to communicate effectively with communities and organizations. Some of these include; fostering trust and credibility within communities by using community leaders as spokespeople for information, connecting with individuals by acknowledging concerns, needs, and challenges faced by communities, and utilizing information relevant to the specific targeted community.[281]

In regards to communicating information to the public regarding wildfire safety, some of the most effective ways to communicate with others about wildfires are community outreach conducted through presentations to homeowners and neighborhood associations, community events such as festivals and county fairs, and youth programs.[281]

Another way to communicate effectively is to follow the « Four C’s »[281] which are Credentials, Connection, Context, and Catalyst. Credentials mean that one is using credible resources along with personal testimonials when presenting. Connection is the next step and means personal identification with the topic of wildfires as well as acknowledgement of what is already known regarding the specific situation. Context is relating information to how it fits into the lives of community members. And Catalyst is briefing community members on the steps they can follow to keep themselves and each other safe.[281]

See also[[[[Éditer]

Les références[[[[Éditer]

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