Les dispersants contiennent des détergents, un peu comme ceux que les gens utilisent pour laver la vaisselle, qui aident à briser le pétrole en petites gouttelettes qui peuvent se diluer dans l'océan. Ils contiennent également un solvant organique qui aide les détergents (également appelés tensioactifs) à se mélanger à la fois avec l'huile et l'eau. Le solvant n'est pas aussi efficace sur l'huile qui a été oxydée par la lumière du soleil, donc les dispersants sont moins efficaces sur les hydrocarbures qui flottent à la surface de la mer depuis quelques jours, surtout par temps ensoleillé. Crédit :Nathalie Renier, Institution océanographique de Woods Hole
Deux nouvelles études ont montré que la lumière du soleil transforme les déversements de pétrole à la surface des océans de manière plus importante et plus rapide qu'on ne le pensait auparavant. Le phénomène limite considérablement l'efficacité des dispersants chimiques, qui sont conçus pour briser le pétrole flottant et réduire la quantité de pétrole qui atteint les côtes.
Une équipe de recherche dirigée par la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) a découvert que la lumière du soleil altère chimiquement le pétrole brut flottant à la surface de la mer en quelques heures ou jours. Dans une étude de suivi, l'équipe a rapporté que la lumière du soleil transforme le pétrole en différents composés que les dispersants ne peuvent pas facilement dissoudre. Les résultats de ces deux études pourraient affecter la façon dont les répondeurs décident quand, où, et comment utiliser les dispersants.
Les études connexes ont été publiées le 20 février 2018 dans le Revue Sciences et technologies de l'environnement et aujourd'hui (25 avril, 2018) dans la revue Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement .
"On a pensé que la lumière du soleil a un impact négligeable sur l'efficacité des dispersants, " a déclaré Collin Ward, scientifique à l'OMSI et auteur principal des deux études. "Nos résultats montrent que la lumière du soleil est un facteur primordial contrôlant les performances des dispersants. Et parce que les changements photochimiques se produisent rapidement, ils limitent la fenêtre d'opportunité pour appliquer efficacement les dispersants. »
Les dispersants contiennent des détergents, un peu comme ceux que les gens utilisent pour laver la vaisselle, qui aident à briser le pétrole en petites gouttelettes qui peuvent se diluer dans l'océan, et/ou sont mangés par des microbes avant que le pétrole ne puisse être balayé vers les côtes sensibles. Mais pour faire leur travail, les détergents (également appelés tensioactifs) doivent d'abord être mélangés à l'huile et à l'eau - et à l'huile et à l'eau, communément, ne mélange pas.
Pour surmonter cet obstacle, les dispersants contiennent un solvant organique qui aide l'huile, détergents, et de l'eau pour mélanger. Ce n'est que jusqu'à ce que cette étape clé se produise que les tensioactifs peuvent faire leur travail pour briser l'huile en gouttelettes. Mais la lumière du soleil obstrue cette étape clé, les nouvelles études montrent.
Avant même que les dispersants puissent être appliqués, L'énergie lumineuse du soleil brise déjà les liaisons chimiques dans les composés pétroliers, en séparant les atomes ou les chaînes chimiques et en créant des ouvertures pour que l'oxygène se fixe. Ce processus de photo-oxydation (également connu sous le nom d'« altération » photochimique) est similaire au processus qui provoque la décoloration de la peinture de votre voiture ou des couleurs de vos vêtements s'ils restent trop longtemps au soleil.
À ce jour, les tests pour déterminer l'efficacité des dispersants n'utilisaient que de l'huile « fraîche » qui n'avait pas été altérée par la lumière du soleil. Dans leurs études, les chercheurs ont mené des tests de laboratoire approfondis exposant l'huile à la lumière du soleil. Ils ont montré que la lumière du soleil transforme rapidement le pétrole en résidus qui ne sont que partiellement solubles dans le solvant du dispersant. Cela limite la capacité des détergents à se mélanger avec l'huile photo-oxydée et à briser l'huile en gouttelettes.
Les résultats suggèrent que les intervenants devraient tenir compte de la lumière du soleil pour déterminer la « fenêtre d'opportunité » pour utiliser efficacement les dispersants. Il serait beaucoup plus court qu'on ne le pensait les jours ensoleillés que les jours nuageux.
"Cette étude remet en question le paradigme selon lequel l'altération photochimique a un impact négligeable sur l'efficacité des dispersants aériens appliqués en réponse aux déversements de pétrole, " Ward a déclaré. "La lumière du soleil altère rapidement le pétrole en composés chimiques que les dispersants ne peuvent pas facilement briser en gouttelettes. L'altération photochimique est donc un facteur critique qui doit être pris en compte pour optimiser les décisions sur le moment d'utiliser des dispersants. »
Dans des expériences de laboratoire dans les années 1970, les scientifiques avaient montré que la lumière altère la chimie du pétrole, mais les résultats n'ont pas pu être appliqués aux déversements de pétrole à grande échelle dans l'océan. C'était en grande partie parce que dans la plupart des déversements, le pétrole s'est rapidement éloigné de la scène avant de pouvoir être échantillonné immédiatement - dans le court laps de temps critique avant que la lumière du soleil ne le photo-oxyde. Le flux continu de la catastrophe de Deepwater Horizon en 2010 a fourni une opportunité unique :parce que le pétrole a flotté à la surface de la mer pendant 102 jours, il a donné aux fonctionnaires une chance de collecter du pétrole peu de temps après qu'il ait fait surface et qu'il ait été exposé au soleil.
Les scientifiques de l'OMSI ont obtenu et testé des échantillons de pétrole Deepwater Horizon qui ont été écumés de la surface presque immédiatement après sa surface. Ils ont découvert que plus le pétrole flottait longtemps sur la surface de la mer éclairée par le soleil, plus l'huile était photo-oxydée. Ils ont estimé que la moitié du pétrole déversé avait été altérée en quelques jours.
L'étape suivante consistait à tester comment l'huile photo-oxydée réagirait aux dispersants. Les scientifiques ont testé de l'huile Deepwater Horizon fraîche et non modifiée qui a été collectée directement à partir de la conduite montante cassée sur le fond marin. Ils ont méticuleusement contrôlé les conditions de laboratoire pour éviter les changements de température, évaporation, légère infiltration, et d'autres facteurs, et ils ont exposé l'huile à des durées croissantes de lumière. Cassia Armstrong, un étudiant invité du Trinity College, a joué un rôle clé dans la réalisation de ces tests et est l'auteur de l'article.
Les scientifiques du WHOI ont également collaboré étroitement avec Robyn Conmy, l'un des principaux experts de l'Environmental Protection Agency des États-Unis sur le développement de nouvelles technologies pour répondre aux déversements de pétrole. Pour effectuer des tests sur l'efficacité des dispersants, l'EPA utilise une méthode spécifique et une verrerie sur mesure, que Conmy a prêté aux scientifiques de l'OMSI pour leurs expériences.
Les résultats des expériences ont montré que la lumière photo-oxydait rapidement l'huile fraîche, en le transformant en composés qui réduisaient l'efficacité des dispersants d'au moins 30 pour cent en quelques jours.
Ensuite, les scientifiques ont fait équipe avec Deborah French McCay, un modélisateur de déversement d'hydrocarbures reconnu internationalement chez RPS ASA, une société de conseil en science et technologie du Rhode Island. Ils ont simulé des conditions qui auraient pu se produire lors du déversement de Deepwater Horizon, y compris une gamme de vitesses de vent et de niveaux d'ensoleillement. Ensuite, ils ont superposé les 412 lignes de vol réelles des avions qui ont pulvérisé des dispersants pendant la crise.
Les résultats ont montré que dans des conditions de vent et d'ensoleillement moyennes, la majorité des applications de dispersants n'auraient pas atteint les niveaux d'efficacité minimum (désignés par l'EPA) car elles ciblaient le pétrole altéré par photochimique. Même dans les meilleurs scénarios pour la pulvérisation aérienne de dispersants - temps nuageux (qui limiterait l'altération photochimique) et conditions de vents violents (qui transporteraient le pétrole plus loin de la zone de déversement avant que la lumière du soleil ne le transforme) - des dizaines d'applications aériennes de dispersants ne ont atteint les niveaux d'efficacité désignés par l'EPA.
« Nous avons réuni une équipe qui combinait l'expertise du milieu universitaire, gouvernement, et de l'industrie, " a expliqué Christopher Reddy, chimiste marine à WHOI. « Dans les futures crises de marée noire, la communauté a besoin du même type de coopération et de collaboration pour prendre efficacement les décisions les plus judicieuses sur la façon de répondre le plus efficacement. »
"Cette étude montre à quel point il est important de faire la recherche la plus fondamentale sur les réactions chimiques qui ont lieu dans l'environnement, " dit Henrietta Edmonds, un directeur de programme à la Division des sciences océaniques de la National Science Foundation, qui a financé la recherche. "Les résultats nous aident à apprendre comment réagir efficacement aux déversements de pétrole."
