Une science solide peut-elle guider l'utilisation des dispersants lors de déversements d'hydrocarbures sous-marins ?

17 avril 2012

par Virginia Institute of Marine Science

Il y a deux ans cette semaine, le pétrole a commencé à couler du fond marin dans le golfe du Mexique suite à l'explosion de la plate-forme Deepwater Horizon. Au total, la catastrophe a coûté 11 vies, libéré 4,9 millions de barils de pétrole brut et causé des impacts encore non spécifiés sur la vie marine et l'économie du Golfe.

Maintenant, une paire de chercheurs du Virginia Institute of Marine Science utilise un contrat d'un an de 350 000 $ du Département américain de l'intérieur pour tester si les ondes sonores peuvent être utilisées pour déterminer la taille des gouttelettes d'huile dans le sous-marin. pourrait aider à guider l'utilisation de dispersants chimiques lors du nettoyage de futurs déversements. L'effort est également soutenu par le partenariat VIMS-Industrie.

Les dispersants chimiques ont traditionnellement été appliqués à la surface des nappes de pétrole pour produire des gouttelettes plus petites qui peuvent plus facilement être mélangées vers le bas par la turbulence océanique. La dispersion dans un plus grand volume d'eau réduit la menace immédiate pour le littoral et les organismes tels que les oiseaux de mer, les mammifères marins et les tortues. La dispersion augmente également la surface disponible pour la décomposition bactérienne.

Lors de l'événement Deepwater, cependant, l'industrie pétrolière a pour la première fois libéré des dispersants directement dans une éruption en haute mer. En effet, sur les 1,84 million de gallons de dispersants utilisés lors du déversement, 42 % - 771 000 gallons - ont été appliqués à la tête de puits, à 5 067 pieds sous la surface. L'idée était de réduire à la fois la quantité de pétrole atteignant la surface et la quantité de dispersants à appliquer.

Aujourd'hui, l'efficacité et la sécurité de cette application de dispersant en haute mer restent inconnues, du moins en partie à cause de la difficulté de surveiller la taille des gouttelettes d'huile dans le panache sous-marin. C'est là qu'intervient la recherche VIMS.

Le chef de projet Paul Panetta, scientifique chez Applied Research Associates, Inc. et professeur auxiliaire au VIMS, déclare : « Pour maximiser la biodégradation, les dispersants sont conçus pour produire des gouttelettes d'huile de moins de 100 microns de diamètre. Mais il n'existe actuellement aucun outil disponible. pour surveiller la taille des gouttelettes dans les éruptions sous-marines profondes. Notre objectif est de développer des techniques acoustiques à cette fin, en donnant aux intervenants en cas de déversement un moyen d'évaluer l'efficacité des dispersants et la quantité qu'ils doivent utiliser.

Des outils existent pour mesurer la taille des gouttelettes dans les nappes de pétrole dispersées à la surface de la mer et juste en dessous, notamment les fluoromètres ultraviolets et les LISST (pour Laser In-Situ Scattering and Transmissometers). Mais ces dispositifs optiques sont mal adaptés à une utilisation dans des panaches de pétrole très opaques.

Les instruments et techniques acoustiques offrent une alternative prometteuse. "Il y a une raison pour laquelle de nombreux mammifères marins utilisent le son plutôt que la vue pour les communications à longue distance", explique le membre de l'équipe Carl Friedrichs, président des sciences physiques et responsable du laboratoire d'hydrodynamique côtière et de dynamique des sédiments au VIMS. "La lumière ne peut pas aller aussi loin dans l'eau - sans parler de l'eau trouble - par rapport aux ondes sonores." Friedrichs note que les instruments acoustiques ont également tendance à être moins délicats que leurs homologues optiques et sont mieux à même de résister au "biofouling" et aux hautes pressions de la mer profonde.

Panetta et Friedrichs ont mené les premières expériences du projet en décembre 2011 au Ohmsett Wave Tank à Leonardo, New Jersey, qui sert de National Oil Spill Response Research & Renewable Energy Test Facility pour le département américain de l'Intérieur. Ce bassin en béton de 2,6 millions de gallons - l'un des plus grands réservoirs à vagues au monde - mesure 666 pieds de long sur 65 pieds de large sur 11 pieds de profondeur. Il dispose d'un immense piston pour générer des vagues jusqu'à 3 pieds de haut, d'un système de distribution et de récupération d'huile et d'un pont motorisé pour déployer des instruments.

Au cours de leurs tests Ohmsett, Panetta et Friedrichs ont comparé les performances d'instruments optiques et acoustiques empruntés à leurs laboratoires au VIMS, transmettant, recevant et interprétant les ondes sonores et lumineuses lorsqu'elles se réfléchissaient contre une suspension aqueuse de 20 parties d'huile pour 1 partie de dispersant.

Dans une deuxième expérience au VIMS, la paire a réalisé une expérience similaire mais à une échelle beaucoup plus petite et plus simple. Cette fois, ils ont comparé les performances de leurs instruments optiques et acoustiques dans un petit seau, en ajoutant des dispersants au même pétrole brut utilisé à Ohmsett et en créant des turbulences avec un mélangeur de peinture alimenté par une perceuse.

Ils ont récemment effectué un troisième test en Norvège, dans un réservoir exploité par SINTEF, le plus grand organisme de recherche indépendant de Scandinavie. Ce "réservoir tour" - spécialement créé pour étudier les rejets de pétrole sous la surface - mesure 21 pieds de haut sur 9 pieds de large et permet de loger divers instruments, notamment des caméras vidéo, un LISST et, dans ce cas, l'équipement acoustique fourni par l'équipe VIMS. .

Dans les trois cas, les résultats préliminaires de l'équipe confirment qualitativement la supériorité potentielle d'une approche acoustique pour surveiller la dispersion du pétrole. "Nos tests ont montré que les techniques acoustiques étaient efficaces pour pénétrer le panache", explique Panetta, "alors que le LISST aurait été inefficace. Nos mesures initiales indiquent que les mesures acoustiques peuvent suivre la taille des gouttelettes pour une libération souterraine de pétrole."

La prochaine étape, dit Panetta, est de "prendre ces données et de les transformer en une méthode de mesure qui nous indiquerait exactement quelle est la taille des gouttelettes. Ce serait précieux pour les personnes qui pulvérisent les dispersants, et précieux pour les personnes qui modélisent le sort". du pétrole, car lors du nettoyage d'une marée noire, la taille des gouttelettes de pétrole affecte tout."

Panetta et Friedrichs affirment que leur objectif ultime est de s'associer au secteur privé afin que les fabricants de sonars commerciaux puissent adapter la nouvelle technologie à leurs instruments existants pour une utilisation par l'industrie pétrolière et gazière. "C'est le plan technologique à plus long terme", déclare Panetta, "mais nous devons évidemment d'abord comprendre la science derrière cela pour le faire fonctionner. Nous devons résoudre le problème de physique - pour déterminer quels signaux analyser et comment les interpréter afin que nous puissions obtenir une mesure quantitative de la taille des gouttelettes d'huile."

Fourni par Virginia Institute of Marine Science