Lorsqu’une marée noire prend feu, ce qui compte, c’est la manière dont elle brûle
Lorsqu’une marée noire est découverte en eau libre, les équipes d’intervention d’urgence sont confrontées à un choix difficile, sans options propres. Ils peuvent laisser le pétrole se propager, menaçant les côtes, les habitats marins et les oiseaux marins sur des centaines de kilomètres carrés. Ou ils peuvent y mettre le feu. Brûler l’huile, une technique appelée brûlage sur placeest utilisé depuis des décennies pour empêcher la propagation des nappes. Cela fonctionne, mais cela a un prix environnemental important : une épaisse fumée noire, de la suie toxique pénétrant dans l’atmosphère et une couche de résidus imbrûlés flottant à la surface. La catastrophe de Deepwater Horizon en 2010, la plus grande marée noire de l’histoire des États-Unis, a démontré à la fois l’utilité et les limites du brûlage in situ à une échelle catastrophique.
Aujourd’hui, une expérience à grande échelle, la première du genre, menée par des chercheurs de la Texas A&M University et de l’Université de Californie à Berkeley, a produit des résultats qui pourraient fondamentalement changer la façon dont les marées noires sont nettoyées. L’équipe a construit et testé un Tourbillon de feu de 17 pieds – une colonne contrôlée de flammes tournantes semblable à une tornade – sur du pétrole brut à la surface de l’eau, et a comparé ses performances à celles des piscines d’incendie in situ standard. Les résultats, publiés dans la revue Carburantont été dramatiques : le tourbillon de feu a brûlé de l’huile environ 40 % plus rapideconsommé jusqu’à 95% du carburantet produit 40% de suie en moins que le brûlage in situ conventionnel.
La physique d’un vortex de feu – et pourquoi la rotation change tout
Le secret des performances supérieures du tourbillon de feu réside dans la mécanique des fluides. Une piscine d’incendie in situ conventionnelle brûle vers l’extérieur – la flamme se propage à travers la surface du pétrole dans un processus de combustion relativement froid et limité en oxygène. Cela produit une combustion incomplète, c’est pourquoi elle laisse derrière elle d’épaisses suies (fines particules de carbone formées préférentiellement dans les flammes pauvres en oxygène) et une couche de résidus imbrûlés. Un tourbillon de feu tourne dans une colonne de vortex qui aspire l’air de tous les côtés sur toute la hauteur de la flamme – agissant en fait comme un approvisionnement continu et auto-alimenté en oxygène. Cela entraîne une température de combustion plus élevée, augmentant le taux de vaporisation du carburant et permettant une combustion plus complète des molécules d’hydrocarbures.
La structure triangulaire de 16 pieds de haut de l’équipe a été conçue pour générer un flux de rotation constant autour d’une colonne de pétrole brut brûlant sur l’eau, amenant les flammes dans un tourbillon de feu soutenu de 17 pieds. La physique des vortex qui fait que cela fonctionne est la même physique qui rend les tornades de feu du monde réel puissantes et destructrices – mais exploitée ici comme un outil de combustion conçu avec précision. Le Dr Elaine Oran, professeur de génie aérospatial à Texas A&M et co-responsable de l’étude, a déclaré :
Il est intéressant de noter que la recherche s’est inspirée d’un événement réel : un Coup de foudre en 2003 sur un entrepôt de bourbon Jim Beam dans le Kentucky, près d’un million de gallons d’alcool inflammable se sont déversés dans un bassin de rétention voisin, où les conditions atmosphériques ont spontanément généré une imposante tornade de feu. Le Dr Michael Gollner de l’Université de Berkeley, l’un des co-responsables, a noté que le visionnage de cette vidéo virale avait soulevé la question de savoir si les tourbillons de feu pouvaient être délibérément conçus à des fins bénéfiques.
Défis du monde réel et ce que l’étude ne prouve pas encore
Les résultats du tourbillon de feu sont convaincants, mais les chercheurs sont francs quant aux défis qui séparent le succès des laboratoires de la technologie déployable. Les tourbillons de feu sont, selon les mots du Dr Oran, . La colonne tournante nécessite un flux d’air précisément contrôlé pour se former et se maintenir : trop de vent ambiant et le vortex s’effondre ; trop peu de contrôle du débit d’air et le feu revient à un feu de piscine conventionnel. Dans des conditions calmes de laboratoire au-dessus d’un réservoir d’eau contrôlé, il était possible de générer un tourbillon de feu stable. Dans les conditions réelles d’une marée noire en mer – avec des courants océaniques, des vents imprévisibles et une nappe qui se propage – maintenir ce contrôle est un défi technique bien plus complexe.
L’étude a également révélé que l’épaisseur de la couche d’huile est très importante: l’efficacité du tourbillon de feu varie en fonction de la profondeur de la couche de pétrole, une autre variable que les intervenants devraient évaluer et gérer dans des scénarios de déploiement réels. La recherche a été menée avec du pétrole brut, mais différents types d’hydrocarbures déversés (carburants raffinés, fioul de soute, condensats) peuvent se comporter différemment dans un environnement de tourbillon d’incendie.
Le Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), qui a financé la recherche, évalue les voies vers une technologie déployable. L’équipe envisage des structures mobiles pouvant être déployées à la demandedirectement au-dessus des marées noires enflammées, transformant les incendies conventionnels destructeurs en tourbillons de feu efficaces. Cette vision est encore à des années de la préparation opérationnelle. Mais la physique fonctionne désormais à grande échelle. La technologie de nettoyage de choix après une future marée noire en mer ne sera peut-être pas un dispersant chimique, ni un barrage flottant, ni un incendie conventionnel – mais une tornade de feu délibérée et artificielle.
