Lorsque la plate-forme pétrolière Deepwater Horizon a subi une explosion et une éruption catastrophiques le 21 avril, 2010, conduisant à la pire marée noire de l'histoire de l'industrie pétrolière, les exploitants du puits pensaient pouvoir colmater la fuite en quelques semaines. Le 9 mai, ils ont réussi à abaisser un dôme de confinement de 125 tonnes sur la tête de puits cassée. Si cette mesure avait fonctionné, il aurait canalisé le pétrole qui fuyait dans un tuyau qui le transportait jusqu'à un navire-citerne au-dessus, empêchant ainsi la fuite continue qui a rendu le déversement si dévastateur. Pourquoi le confinement n'a-t-il pas fonctionné comme prévu ?

Le coupable était un mélange glacé d'eau gelée et de méthane, appelé clathrate de méthane. En raison des basses températures et de la haute pression près du fond marin, le mélange de gadoue s'est accumulé à l'intérieur du dôme de confinement et a obstrué le tuyau de sortie, l'empêchant de rediriger le flux. S'il n'y avait pas eu ce clathrate de méthane, le confinement a peut-être fonctionné, et quatre mois de fuites ininterrompues et de dévastation écologique généralisée auraient pu être évités.

Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT a trouvé une solution qui pourrait empêcher un résultat aussi désastreux la prochaine fois qu'une telle fuite se produira. Cela peut également empêcher les blocages à l'intérieur des oléoducs et des gazoducs qui peuvent entraîner des arrêts coûteux pour dégager un tuyau, ou pire, à la rupture du pipeline à cause d'une accumulation de pression.

La nouvelle méthode de prévention de l'accumulation de glace est décrite dans un article de la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS , dans un article du professeur agrégé de génie mécanique Kripa Varanasi, post-doctorant Arindam Das, et les récents diplômés Taylor Farnham SB '14 SM '16 et Srinivas Bengaluru Subramanyam PhD '16.

La clé du nouveau système est de revêtir l'intérieur du tuyau d'une couche d'un matériau qui favorise l'étalement d'une couche barrière d'eau le long de la surface interne du tuyau. Cette couche barrière, l'équipe a trouvé, peut empêcher efficacement l'adhérence de toute particule de glace ou de gouttelettes d'eau au mur et ainsi contrecarrer l'accumulation de clathrates qui pourraient ralentir ou bloquer l'écoulement.

Contrairement aux méthodes précédentes, tels que le chauffage des parois des tuyaux, dépressurisation, ou en utilisant des additifs chimiques, ce qui peut être coûteux et potentiellement polluant, la nouvelle méthode est complètement passive, c'est-à-dire une fois en place, il ne nécessite aucun ajout supplémentaire d'énergie ou de matière. La surface revêtue attire les hydrocarbures liquides déjà présents dans le pétrole qui coule, créant une fine couche de surface qui repousse naturellement l'eau. Cela empêche les glaces de se fixer au mur en premier lieu.

Mesures de prévention existantes, appelées mesures d'assurance de flux, "sont chers ou peu respectueux de l'environnement, " dit Varanasi, et actuellement, l'utilisation de ces mesures « se chiffre en centaines de millions de dollars » chaque année. Sans ces mesures, les hydrates peuvent s'accumuler de sorte qu'ils réduisent le débit, ce qui peut réduire les revenus, et s'ils créent des blocages, cela "peut conduire à une défaillance catastrophique, " dit Varanasi. " C'est un problème majeur pour l'industrie, pour la sécurité et la fiabilité."

Le problème pourrait devenir encore plus grand, dit Das, l'auteur principal de l'article, parce que le méthane s'hydrate, qui sont abondants dans de nombreux endroits tels que les plateaux continentaux, sont considérés comme une énorme nouvelle source potentielle de carburant, si des méthodes peuvent être conçues pour les extraire. « Les réserves elles-mêmes éclipsent sensiblement toutes les réserves connues [de pétrole et de gaz naturel] sur terre et en eau profonde, " il dit.

Mais de tels gisements seraient encore plus vulnérables au gel et à la formation de bouchons que les puits de pétrole et de gaz existants. La prévention de ces accumulations de glace dépend essentiellement de l'arrêt des toutes premières particules de clathrate d'adhérer au tuyau :« Une fois qu'elles se fixent, ils attirent d'autres particules" de clathrate, et l'accumulation décolle rapidement, dit Farnham. "Nous voulions voir comment nous pouvions minimiser l'adhérence initiale sur les parois des tuyaux."

L'approche est similaire à celle utilisée dans une entreprise de Varanasi créée pour commercialiser les travaux antérieurs de son laboratoire, qui crée des revêtements pour les conteneurs qui empêchent le contenu - du ketchup ou du miel à la peinture et aux produits agrochimiques - de coller aux parois du conteneur. Ce système comporte deux étapes :d'abord créer un revêtement texturé sur les parois du conteneur, puis en ajoutant un lubrifiant qui reste piégé par la texture et empêche le contenu d'adhérer.

Le nouveau système de pipeline est semblable à celui-ci, Varanasi explique, mais dans ce cas "nous utilisons le liquide qui est dans l'environnement lui-même, " plutôt que d'appliquer un lubrifiant sur la surface. La caractéristique clé de la formation de clathrate est la présence d'eau, il dit, tant que l'eau peut être tenue à l'écart de la paroi du tuyau, l'accumulation de clathrate peut être arrêtée. Et les hydrocarbures liquides présents dans le pétrole, tant qu'ils s'accrochent au mur grâce à une affinité chimique du revêtement de surface, peut effectivement garder cette eau à l'écart.

« Si le pétrole [dans le pipeline] se répand plus facilement à la surface, puis il forme un film barrière entre l'eau et le mur, " dit Varanasi. Dans les tests de laboratoire, qui a utilisé un produit chimique substitut pour le méthane, car les clathrates de méthane réels se forment dans des conditions de haute pression difficiles à reproduire en laboratoire, le système a fonctionné très efficacement, dit l'équipe. "Nous n'avons pas vu d'hydrates adhérer aux substrats, " dit Varanasi.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.