Les ingénieurs de l'Université Rice ont découvert comment les sols contaminés par le pétrole lourd peuvent non seulement être nettoyés mais rendus fertiles à nouveau.

Comment savent-ils que cela fonctionne ? Ils ont fait pousser de la laitue.

Les ingénieurs riz Kyriacos Zygourakis et Pedro Alvarez et leurs collègues ont affiné leur méthode pour éliminer les contaminants pétroliers du sol grâce au processus séculaire de pyrolyse. La technique chauffe doucement le sol tout en gardant l'oxygène à l'extérieur, ce qui évite les dommages habituellement causés aux sols fertiles lorsque la combustion des hydrocarbures provoque des pics de température.

Alors que les déversements en mer à grand volume retiennent le plus l'attention, 98 pour cent des déversements de pétrole se produisent sur terre, Alvarez souligne, avec plus de 25, 000 déversements par an signalés à l'Environmental Protection Agency. Cela montre clairement la nécessité d'une remédiation rentable, il a dit.

« Nous avons vu une opportunité de convertir un passif, sol contaminé, en une marchandise, terre fertile, " a déclaré Alvarez.

La clé pour conserver la fertilité est de préserver les argiles essentielles du sol, dit Zygourakis. "Les argiles retiennent l'eau, et si vous augmentez la température trop haut, vous les détruisez essentiellement, " dit-il. " Si vous dépassez 500 degrés Celsius (900 degrés Fahrenheit), la déshydratation est irréversible."

Les chercheurs ont mis des échantillons de sol de Hearne, Texas, contaminé en laboratoire par du brut lourd, dans un four pour voir quelle température a le mieux éliminé le plus d'huile, et combien de temps cela a pris.

Leurs résultats ont montré que le chauffage des échantillons dans le tambour rotatif à 420 C (788 F) pendant 15 minutes a éliminé 99,9 % du total des hydrocarbures pétroliers (TPH) et 94,5 % des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), laissant les sols traités avec à peu près les mêmes niveaux de polluants trouvés dans le naturel, sol non contaminé.

L'article paraît dans le journal de l'American Chemical Society Sciences et technologies de l'environnement . Il fait suite à plusieurs articles du même groupe qui ont détaillé le mécanisme par lequel la pyrolyse élimine les contaminants et transforme certains des hydrocarbures indésirables en charbon, tout en laissant un sol presque aussi fertile que l'original. « Bien que chauffer le sol pour nettoyer ce n'est pas un nouveau processus, " dit Zygourakis, « nous avons prouvé que nous pouvons le faire rapidement dans un réacteur continu pour éliminer le TPH, et nous avons appris à optimiser les conditions de pyrolyse pour maximiser l'élimination des contaminants tout en minimisant les dommages au sol et la perte de fertilité.

"Nous avons également appris que nous pouvons le faire avec moins d'énergie que d'autres méthodes, et nous avons détoxifié le sol pour pouvoir le remettre en place en toute sécurité, " il a dit.

Le chauffage du sol à environ 420 C représente le point idéal pour le traitement, dit Zygourakis. Le chauffer à 470 C (878 F) a fait un travail légèrement meilleur pour éliminer les contaminants, mais utilisé plus d'énergie et, plus important, diminuait la fertilité du sol au point qu'il ne pouvait pas être réutilisé.

"Entre 200 et 300 C (392-572 F), les composés volatils légers s'évaporent, " dit-il. " Quand vous arrivez à 350 à 400 C (662-752 F), vous commencez à rompre d'abord les liaisons hétéroatomes, puis des liaisons carbone-carbone et carbone-hydrogène déclenchant une séquence de réactions radicalaires qui convertissent les hydrocarbures plus lourds en hydrocarbures stables, charbon à faible réactivité."

Le véritable test du programme pilote a eu lieu lorsque les chercheurs ont cultivé de la laitue à graines noires Simpson, une variété pour laquelle le pétrole est hautement toxique, sur le sol propre d'origine, certains sols contaminés et plusieurs sols pyrolysés. Alors que les plantes dans les sols traités étaient un peu plus lentes à démarrer, ils ont découvert qu'après 21 jours, les plantes cultivées dans un sol pyrolysé avec de l'engrais ou simplement de l'eau présentaient les mêmes taux de germination et avaient le même poids que celles cultivées dans un sol propre.

« Nous savions que nous disposions d'un procédé qui nettoie efficacement les sols contaminés par le pétrole et restaure leur fertilité, " dit Zygourakis. " Mais, avions-nous vraiment détoxifié le sol ?"

Pour répondre à cette dernière question, l'équipe Rice s'est tournée vers Bhagavatula Moorthy, professeur de néonatologie au Baylor College of Medicine, qui étudie les effets des contaminants atmosphériques sur le développement néonatal. Moorthy et son laboratoire ont découvert que les extraits prélevés sur des sols contaminés par le pétrole étaient toxiques pour les cellules pulmonaires humaines, tandis que l'exposition des mêmes lignées cellulaires à des extraits de sols traités n'a eu aucun effet indésirable. L'étude a apaisé les inquiétudes selon lesquelles le sol pyrolysé pourrait libérer des particules de poussière en suspension dans l'air contenant des polluants hautement toxiques comme les HAP.

''Une leçon importante que nous avons apprise est que différents objectifs de traitement pour la conformité réglementaire, detoxification and soil-fertility restoration need not be mutually exclusive and can be simultaneously achieved, " Alvarez said.

Wen Song, a visiting scholar at Rice and a student at the University of Jinan and Shandong University, Chine, is lead author of the paper. Co-authors are Rice alumna Julia Vidonish of Arcadis U.S., Seattle; Rice postdoctoral researcher Pingfeng Yu; Roopa Kamath, an environmental adviser at Chevron; Chun Chu, a research associate at Baylor College of Medicine; and Baoyu Gao, a professor of environmental engineering at Shandong University. Alvarez is the George R. Brown Professor of Materials Science and NanoEngineering and a professor of civil and environmental engineering at Rice. Zygourakis is the A.J. Hartsook Professor of Chemical and Biomolecular Engineering and a professor of bioengineering.