Le dernier rapport international sur le changement climatique dresse un tableau de la perturbation de la société à moins de réduire radicalement et rapidement les émissions de gaz à effet de serre.
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Bien que nous en soyons au début, certaines villes et municipalités commencent à reconnaître que les conditions passées ne peuvent plus servir de variables de remplacement raisonnables pour l'avenir.
Cela est particulièrement vrai pour l'infrastructure du pays. Les autoroutes, les installations de traitement des eaux et le réseau électrique sont de plus en plus exposés aux phénomènes météorologiques extrêmes et aux autres effets du changement climatique.
Le problème est que la plupart des projets d'infrastructure, y compris le plan de revitalisation de l'infrastructure de l'administration Trump, ignorent généralement les risques liés au changement climatique.
Dans nos travaux de recherche sur la durabilité et l'infrastructure, nous encourageons et commençons à nous orienter vers la conception de systèmes d'infrastructure créés par l'homme, dans un souci de capacité d'adaptation.
Concevoir pour le passé
Les systèmes d'infrastructure constituent la première ligne de défense contre les inondations, la chaleur, les incendies de forêt, les ouragans et autres catastrophes. Les urbanistes et les citoyens supposent souvent que ce qui est construit aujourd'hui continuera à fonctionner malgré ces risques, permettant ainsi aux services de continuer et de nous protéger comme ils le faisaient par le passé. Mais ces systèmes sont conçus sur la base d’histoires d’événements extrêmes.
Les pompes, par exemple, sont dimensionnées en fonction d'événements de précipitations historiques. Les lignes de transmission sont conçues dans les limites de la puissance qu'elles peuvent déplacer tout en maintenant des conditions de fonctionnement sûres par rapport à la température de l'air. Les ponts sont conçus pour pouvoir supporter certains débits dans les rivières qu'ils traversent. L'infrastructure et l'environnement sont intimement liés.
Aujourd'hui, toutefois, le pays dépasse plus fréquemment ces conditions historiques et devrait connaître des événements météorologiques extrêmes plus fréquents et plus intenses. En d'autres termes, en raison du changement climatique, les systèmes naturels évoluent maintenant plus rapidement que les infrastructures.
Comment les systèmes d'infrastructure peuvent-ils s'adapter? Considérons d’abord les raisons pour lesquelles les systèmes d’infrastructure échouent aux extrêmes:
- Le danger dépasse les tolérances de conception. Ce fut le cas des inondations de l'Interstate 10 à Phoenix à l'automne 2014, où l'intensité des précipitations a dépassé les conditions prévues.
- Au cours de ces périodes, la capacité supplémentaire du système est réduite: en cas de problème, les options de gestion du facteur de stress, telles que le réacheminement des flux, qu'il s'agisse d'eau, d'électricité ou même de circulation, sont moins nombreuses.
- Nous exigeons souvent le maximum de notre infrastructure lors d'événements extrêmes, poussant les systèmes à un moment où la capacité supplémentaire est faible.
Le changement graduel pose également de graves problèmes, en partie parce qu’il n’ya pas d’événement distinctif incitant à l’action. Ce type de situation peut être particulièrement gênant dans le contexte des retards de maintenance et des déficits budgétaires qui affectent actuellement de nombreux systèmes d’infrastructure. Les villes et les villages seront-ils bercés de complaisance seulement pour constater que leurs infrastructures de longue durée ne fonctionnent plus comme ils le devraient?
À l'heure actuelle, le défaut semble être d'obtenir des fonds pour construire davantage que ce que nous avons eu au cours du siècle dernier. Mais les gestionnaires d'infrastructure devraient prendre du recul et demander ce que nos systèmes d'infrastructure doivent faire pour nous à l'avenir.
Agile et flexible par conception
Des approches fondamentalement nouvelles sont nécessaires pour relever les défis non seulement du changement climatique, mais aussi des technologies perturbatrices.
Celles-ci incluent l'intégration croissante des technologies de l'information et de la communication, ce qui augmente le risque de cyberattaques. Parmi les autres technologies émergentes figurent les véhicules autonomes et les drones, ainsi que les énergies renouvelables intermittentes et le stockage de la batterie à la place des systèmes d'alimentation classiques. En outre, les technologies connectées numériquement modifient fondamentalement la connaissance du monde qui nous entoure: réfléchissez à la manière dont nos appareils mobiles peuvent maintenant nous rediriger de manière que nous ne comprenons pas complètement en fonction de notre comportement de déplacement et du trafic dans une région.
Pourtant, nos paradigmes actuels de conception d’infrastructures mettent l’accent sur les grands systèmes centralisés conçus pour durer des dizaines d’années et capables de supporter les risques environnementaux à un niveau de risque présélectionné. Le problème est que le niveau de risque est maintenant incertain parce que le climat change, parfois de manière mal comprise. En tant que tel, les prévisions des événements extrêmes peuvent être un peu ou beaucoup plus mauvaises.
Compte tenu de cette incertitude, agilité et flexibilité devraient être au cœur de la conception de notre infrastructure. Dans notre recherche, nous avons vu comment un certain nombre de villes ont déjà adopté des principes pour faire progresser ces objectifs et les avantages qu’ils procurent.
Un tunnel «intelligent» à Kuala Lumpur est conçu pour compléter le système de drainage des eaux pluviales de la ville. (David Boey, CC BY) À Kuala Lampur, les tunnels routiers peuvent passer à la gestion des eaux pluviales lors de fortes précipitations, un exemple de multifonctionnalité.
Aux États-Unis, les technologies de smartphone basées sur les citoyens commencent à fournir des informations en temps réel. Par exemple, le projet CrowdHydrology utilise des données sur les inondations soumises par des citoyens que les capteurs conventionnels limités ne peuvent pas collecter.
Les concepteurs et les gestionnaires d'infrastructure de plusieurs sites américains, notamment New York, Portland, Miami et le sud-est de la Floride et Chicago, doivent désormais planifier cet avenir incertain - un processus appelé carte routière. Par exemple, Miami a élaboré un plan de 500 millions de dollars US pour moderniser l’infrastructure, notamment en installant une nouvelle capacité de pompage et en aménageant des routes pour protéger les propriétés en danger situées au bord de l’océan.
Ces compétences s'alignent sur la pensée basée sur la résilience et éloignent le pays de notre approche par défaut consistant simplement à construire plus grand, plus fort ou plus redondant.
Planification de l'incertitude
Comme il y a maintenant plus d'incertitude concernant les dangers, la résilience plutôt que le risque devrait être au cœur de la conception et de l'exploitation des infrastructures à l'avenir. La résilience signifie que les systèmes peuvent résister à des phénomènes météorologiques extrêmes et redevenir opérationnels rapidement.
La technologie des microréseaux permet aux bâtiments individuels de fonctionner en cas de panne de courant plus importante et constitue un moyen de renforcer la résilience du système électrique. (Amy Vaughn / Département américain de l’énergie, CC BY-ND) Cela signifie que les planificateurs d'infrastructure ne peuvent pas simplement changer leurs paramètres de conception - par exemple, construire pour résister à un événement de 1 000 ans au lieu d'un événement de 100 ans. Même si nous pouvions prédire avec précision quels devraient être ces nouveaux niveaux de risque pour le siècle à venir, est-il techniquement, financièrement ou politiquement possible de construire ces systèmes plus robustes?
C'est pourquoi des approches basées sur la résilience sont nécessaires, qui mettent l'accent sur la capacité d'adaptation. Les approches classiques mettent l’accent sur la robustesse, comme la construction d’une digue capable de résister à une certaine élévation du niveau de la mer. Ces approches sont nécessaires mais compte tenu de l'incertitude du risque, nous avons besoin d'autres stratégies dans notre arsenal.
Par exemple, fournir des services d'infrastructure par d'autres moyens en cas de défaillance de notre infrastructure principale, comme le déploiement de microréseaux avant les ouragans. Ou encore, les planificateurs peuvent concevoir des systèmes d'infrastructure tels que, lorsqu'ils échouent, les conséquences pour la vie humaine et l'économie soient minimisées.
Cette pratique a récemment été mise en place aux Pays-Bas, où le delta du Rhin est autorisé à être inondé mais les habitants ne sont pas autorisés à vivre dans la plaine inondable et les agriculteurs sont indemnisés en cas de perte de leurs cultures.
L'incertitude est la nouvelle norme et la fiabilité repose sur le positionnement de l'infrastructure dans laquelle opérer et s'adapter à cette incertitude. Si le pays continue de s’engager à mettre en place l’infrastructure du siècle dernier, on peut continuer à prévoir des défaillances de ces systèmes critiques et les pertes qui en découlent.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Mikhail Chester, professeur agrégé d'ingénierie civile, environnementale et durable à l'Arizona State University; Braden Allenby, professeur titulaire de la chaire et professeur titulaire de la chaire Lincoln en ingénierie et éthique, École d'ingénierie durable et de l'environnement bâti, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Université de l'Arizona; et Samuel Markolf, associé de recherche postdoctorale, Réseau de recherche sur la durabilité urbaine à la durabilité des extrêmes, Arizona State University
