La physique

Pour atténuer les dommages causés par une marée noire en mer, les équipes d’intervention ont besoin de prévisions précises sur la manière dont le pétrole se dégradera et se propagera au fil du temps. La température et l’ensoleillement affectent tous deux les propriétés globales du pétrole brut, mais jusqu’à présent, l’importance relative de chacun n’était pas claire. Aujourd'hui, Danielle Haas Freeman, Collin Ward et leurs collègues de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Massachusetts, rapportent les résultats d'expériences qui abordent ce problème [1]. Leurs résultats suggèrent que le pétrole altéré par la lumière solaire se comporte différemment dans les eaux froides de l’Arctique et dans les océans tropicaux. L’étude ajoute un élément manquant aux prévisions sur le devenir du pétrole et pourrait aider à orienter le développement de protocoles de nettoyage adaptés à des environnements spécifiques.

Les scientifiques savent que la température de l’eau a une influence sur les propriétés mécaniques du pétrole brut. Les prévisions de marée noire tiennent compte de ces connaissances en utilisant des relations empiriques dérivées d’expériences réalisées dans l’obscurité. Mais les scientifiques savent également que la lumière du soleil peut avoir un impact sur les propriétés mécaniques du pétrole brut, ainsi que sur sa composition chimique. Par exemple, des mesures de l’eau de mer récemment collectées dans le golfe du Mexique suggèrent que 8 % du pétrole restant de l’explosion de Deepwater Horizon en 2010 s’est transformé en composés solubles dans l’eau par des réactions photochimiques du pétrole induites par la lumière. Ce qui restait incertain était de savoir si la lumière du soleil interagissait différemment avec le pétrole brut dans les eaux chaudes et froides et, si tel est le cas, quel impact toute différence pourrait avoir sur les propriétés du pétrole.

Pour étudier ce problème, Freeman, Ward et le reste de l'équipe ont réalisé diverses expériences sur des échantillons de pétrole prélevés dans le puits Deepwater Horizon et sur l'eau de mer de Vineyard Sound à Falmouth, dans le Massachusetts. Le groupe a retiré du pétrole les composants qui devraient naturellement se volatiliser dans les deux premiers jours suivant un déversement. Ces composants représentent 35 % de la masse du pétrole et leur élimination a entraîné une multiplication par sept de la viscosité du pétrole. L’équipe a ensuite effectué une série de mesures, en fonction de la température, des propriétés mécaniques de ce pétrole altéré par évaporation et de l’eau de mer après son irradiation dans un simulateur solaire pendant 120 heures (neuf jours). Ils ont répété la même série de mesures sur des échantillons conservés dans l’obscurité.

Les expériences montrent que la lumière et la température ont un impact sur la viscosité et la solubilité dans l’eau du pétrole brut. Par exemple, l’équipe a découvert qu’un échantillon exposé au soleil et conservé à 40 °C avait une viscosité près de 2 fois supérieure à celle d’un échantillon conservé dans l’obscurité, mais 8 fois inférieure à celle d’un échantillon exposé au soleil et conservé à 20 °C. . Des changements similaires ont été observés pour la solubilité dans l'eau des échantillons, sauf que la direction du changement s'est inversée : les échantillons irradiés conservés à des températures plus élevées contenaient plus de contenu soluble dans l'eau que ceux conservés à des températures plus basses. Et les plus sombres en avaient moins que ceux gardés dans la lumière. "Nous avons été surpris de constater que les relations entre les propriétés du pétrole et la température sont très différentes pour le pétrole transformé par la lumière du soleil et pour le pétrole laissé dans l'obscurité", explique Freeman.

Après une marée noire, l’intervention de nettoyage se concentre en grande partie sur l’élimination du pétrole qui reste à la surface de l’eau. Les nouvelles mesures suggèrent que le pétrole froid altéré photochimiquement devrait entraîner une propagation induite par les turbulences et se dissoudre moins que son homologue chaud. En conséquence, il devrait y avoir plus de pétrole de surface à éliminer pour un déversement en eau froide que pour un déversement en eau chaude, mais ce pétrole sera plus localisé. Ces facteurs pourraient influencer la quantité de pétrole susceptible de débarquer sur les côtes et avoir un impact sur les écosystèmes côtiers. La viscosité plus élevée du pétrole dans un déversement en eau froide pourrait également avoir un impact sur la méthode d'intervention, car l'efficacité d'un outil d'intervention en cas de déversement (épandage de dispersant chimique, écumage ou brûlage in situ) dépend des propriétés d'écoulement du pétrole.

Les résultats de l'équipe WHOI montrent que le pétrole brut a des propriétés physiques très différentes après avoir été exposé au soleil, explique Matthew Tarr, chimiste analytique à l'Université de la Nouvelle-Orléans qui étudie la dégradation photochimique des polluants. Il dit que l’ajout de ces informations dans les modèles de marée noire devrait rendre les prévisions plus précises. Merv Fingas, physicien de l'environnement et ancien chef de la Division scientifique des situations d'urgence d'Environnement Canada, est d'accord avec Tarr, mais il se demande si les conclusions de l'équipe WHOI résisteront à un interrogatoire plus approfondi. Il note que l'équipe a basé ses conclusions sur un ensemble de mesures et un modèle pour le système. Par exemple, la découverte selon laquelle l’entraînement du pétrole est affecté par la lumière du soleil repose sur un modèle qui inclut l’entraînement. "D'autres modèles n'incluent pas ce devenir du pétrole et l'entraînement du pétrole n'est pas universellement accepté parmi les scientifiques spécialisés dans les marées noires", dit-il.