Une marée noire dramatique, comme l'accident de Deepwater Horizon dans le golfe du Mexique il y a dix ans, peuvent dominer les gros titres pendant des mois tandis que les scientifiques, les décideurs et le public s'inquiètent de ce qu'il advient de tout ce pétrole dans l'environnement. Cependant, beaucoup moins d'attention est accordée au sort d'un produit pétrolier répandu délibérément sur la planète depuis des décennies :le liant bitumineux.

Maintenant, une étude menée par des chimistes du Laboratoire national de champ magnétique élevé, dont le siège est à la Florida State University, montre que le liant bitumineux, lorsqu'il est exposé au soleil et à l'eau, libère des milliers de composés potentiellement toxiques dans l'environnement. L'étude a été publiée dans la revue Sciences et technologies de l'environnement .

Liant d'asphalte, aussi appelé ciment asphaltique, est la colle qui maintient ensemble les pierres, du sable et du gravier sur les routes pavées. Le lourd, le noir, Le goo collant est dérivé du pétrole brut de fond de baril à la fin du processus de distillation.

Le MagLab, financé par la National Science Foundation et l'État de Floride, est un leader mondial dans le domaine de la pétrochimie, qui étudie les hydrocarbures incroyablement complexes qui composent le pétrole brut et ses sous-produits. En utilisant des spectromètres de masse à résonance cyclotron ionique (ICR) à haute résolution, les chimistes y ont développé une expertise dans l'identification des dizaines de milliers de types différents de molécules qu'une seule goutte peut contenir, et comment cette composition peut être modifiée par le temps, bactéries ou conditions environnementales.

Ryan Rodgers, directeur des applications pétrolières et du Future Fuels Institute au MagLab, voulait depuis des années étudier le liant bitumineux à l'aide des instruments ICR. Il s'agissait d'une prochaine étape logique dans les efforts de son groupe de plusieurs années pour mieux comprendre la structure et le comportement des molécules de pétrole et leurs effets potentiellement toxiques. Des études antérieures avaient montré que les sols et le ruissellement près des routes pavées présentaient des concentrations plus élevées d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui sont connus pour être cancérigènes. Rodgers soupçonnait qu'il y avait des points reliant ces HAP et le liant bitumineux, et il voulait les trouver.

"La stabilité à long terme des matériaux dérivés du pétrole dans l'environnement a toujours été une de mes curiosités, " dit Rodgers, qui a grandi sur la côte du golfe de Floride. « Connaissant leur complexité compositionnelle et structurelle, il semblait hautement improbable qu'ils soient inoffensifs pour l'environnement. Comment les routes noires et soyeuses deviennent-elles grises, routes cahoteuses ? Et où diable est passé tout l'asphalte ? »

Il a finalement acquis une cruche de liant bitumineux d'une entreprise de pavage locale et a confié le projet à Sydney Niles, un doctorat candidat en chimie à Florida State, et la chimiste du MagLab Martha Chacón-Patiño. Ils ont conçu une expérience dans laquelle ils ont créé un film de liant sur une lame de verre, je l'ai immergé dans l'eau, et l'ont irradié dans un simulateur solaire pendant une semaine, échantillonner l'eau à différents moments pour voir ce qu'elle contenait. Ils soupçonnaient que l'énergie du soleil ferait interagir les composés réactifs contenant de l'oxygène dans l'eau avec les hydrocarbures dans le liant, un processus appelé photooxydation, créant ainsi de nouveaux types de molécules qui s'infiltreraient dans l'eau.

« Nous avons eu cet échantillon de route et nous avons fait briller de la fausse lumière du soleil dessus en présence d'eau, " expliqua Niles, auteur principal sur le papier. "Ensuite, nous avons examiné l'eau et nous avons découvert qu'il y avait tous ces composés dérivés du pétrole, et probablement toxique. Nous avons également constaté que plus de composés sont lessivés au fil du temps. »

Les hydrocarbures qu'ils ont trouvés dans l'eau contenaient plus d'atomes d'oxygène. Les scientifiques étaient convaincus que le soleil était bien le mécanisme à l'origine du processus, car beaucoup moins de composés se sont infiltrés dans un échantillon de contrôle qui avait été maintenu dans l'obscurité, et ceux-ci avaient moins d'atomes d'oxygène. En réalité, la quantité de composés organiques hydrosolubles par litre que l'équipe a trouvé dans l'eau de l'échantillon irradié après une semaine était plus de 25 fois plus élevée que dans l'échantillon qui avait été laissé dans l'obscurité. Et, en utilisant les aimants ICR du laboratoire, ils en ont détecté plus de 15, 000 molécules carbonées différentes dans l'eau de l'échantillon irradié.

Compte tenu de la toxicité générale des HAP, ces résultats sont préoccupants, Niles et Rodgers ont dit. Mais l'équipe devra faire plus d'expériences pour enquêter sur cette toxicité.

« Nous avons définitivement démontré que le liant bitumineux a le potentiel de générer des contaminants hydrosolubles, mais l'impact et le sort de ceux-ci feront l'objet de recherches futures, ", a déclaré Rodgers.

Ils prévoient également d'autres études pour examiner exactement comment les composés se transforment et si différentes catégories de molécules de pétrole se comportent différemment.

Niles s'inquiète des hydrocarbures entrant et sortant du laboratoire. Si elle oublie d'apporter ses sacs de produits réutilisables à l'épicerie, elle préfère jongler avec ses légumes sur le chemin de la caisse plutôt que d'utiliser un sac en plastique fourni par le magasin. Bien que ces découvertes ne soient pas une bonne nouvelle pour la planète, elle a dit, ils pourraient conduire à un changement positif.

"J'espère que c'est la motivation pour une solution, " dit-elle. " J'espère que les ingénieurs pourront utiliser ces informations pour trouver une meilleure alternative, qu'il s'agisse d'un scellant que vous mettez sur l'asphalte pour le protéger ou de trouver autre chose à utiliser pour paver les routes. »