Les tornades de feu brûleraient les marées noires plus rapidement et plus efficacement que le brûlage in situ conventionnel, selon une récente expérience menée à une échelle réaliste. Le vortex agiraient notamment comme un turbocompresseur favorisant l’apport d’oxygène, ce qui intensifierait la combustion, tout en générant nettement moins de fumée noire et de suie. Bien que peu conventionnel, ce concept pourrait constituer une piste de recherche prometteuse pour la protection des océans et de la vie marine.
Les marées noires constituent l’une des plus grandes catastrophes environnementales des temps modernes, empoisonnant les écosystèmes marins en répandant d’épaisses nappes de pétrole dans l’océan. Si des mesures d’assainissement ne sont pas prises immédiatement après la catastrophe, ces nappes persistent à la surface des océans et sur les côtes, emprisonnant et tuant des milliers d’animaux.
La prise en charge immédiate de ce type de catastrophe consiste à enflammer les nappes de pétrole qui se déversent dans la mer afin de limiter leur propagation. Cette technique permet d’éliminer jusqu’à 95 % du pétrole déversé à la surface de l’eau, dans des conditions favorables, réduisant ainsi le risque d’infiltration du pétrole dans les sédiments.
Le brûlage in situ présente cependant des limites. Les épaisses fumées noires qu’il génère lors de la combustion du pétrole exposent les animaux et les humains à de la suie toxique, sans compter les risques auxquels les sauveteurs sont exposés. La portée de la combustion est également parfois limitée, provoquant le dépôt d’épaisses couches de boues non brûlées à la surface de l’eau.
Des chercheurs proposent de surmonter ces limites en utilisant des vortex de feu plutôt que de laisser les flammes prendre naturellement la forme des nappes de pétrole. « C’est la première fois que l’on envisage d’utiliser des tourbillons de feu pour dépolluer les marées noires, et ce n’est qu’un début », explique dans un communiqué Elaine Oran, professeur de génie aérospatial à la Texas A&M University.
« Notre objectif est d’exploiter la nature chaotique des tourbillons de feu comme un outil de restauration puissant et précis, afin de protéger les littoraux, les écosystèmes marins et l’environnement dans son ensemble. »
Une structure expérimentale à échelle réaliste
Pour rendre la combustion in situ des marées noires plus efficace et moins polluante, il est nécessaire d’optimiser les conditions de combustion et de réduire la durée de l’opération. L’équipe d’Oran propose à cet effet de déployer des tornades de feu contrôlées à grande échelle. « Nous étudions les catastrophes environnementales comme les marées noires et nous cherchons des moyens d’y remédier plus rapidement, de manière plus écologique et plus durable », indique Oran.
L’approche offrirait un avantage en matière de vitesse de combustion grâce à sa forme en vortex, qui aspire l’oxygène et augmente rapidement l’intensité des flammes. Elle permettrait également de réduire la fumée noire et les émissions de suie, diminuant ainsi les coûts environnementaux de la combustion du pétrole.
Cependant, la plupart des données scientifiques sur les tornades de feu à échelle réaliste s’appuient principalement sur celles observées lors des feux de forêt. Afin de simuler des tornades reflétant les conditions de véritables marées noires en mer, les chercheurs ont construit une enceinte spécialisée en forme de triangle, mesurant environ cinq mètres de haut.
La structure est conçue pour permettre un contrôle précis du flux d’air et comportait en son centre un bassin de pétrole brut de 1,5 mètre de large flottant sur l’eau. « L’ampleur de notre expérience est l’une des raisons pour lesquelles notre enquête est si unique, et ce qui la distingue comme une première en son genre », déclare Oran.
L’équipe de recherche a conçu un dispositif composé de trois parois de 4,9 mètres de haut disposées en triangle, afin de créer un courant d’air dévié autour d’une flaque d’eau recouverte de pétrole brut enflammé. Résultat : une tornade de feu de près de 5,2 mètres de haut qui a brûlé les marées noires plus rapidement et plus proprement que les simples flaques d’eau enflammées. © Elaine Oran/Faculté d’ingénierie de l’Université Texas A&M
Des vortex de plus de 5 mètres brûlant le pétrole 40 % plus rapidement
Lorsqu’il est enflammé, le site expérimental générait des vortex de plus de cinq mètres de haut. D’après les analyses détaillées dans la revue Fuel, les vortex ont brûlé le pétrole 40 % plus rapidement que de simples mares de feu. Ils ont également réduit les émissions de suie de 40 % et permis d’atteindre une efficacité de combustion du pétrole allant jusqu’à 95 % par rapport aux essais de brûlage in situ.
« L’un des principaux défis posés par le brûlage des marées noires réside dans l’immense volume de fumée émise », a déclaré Oran. « Nos résultats montrent que les tourbillons de feu, comparés aux feux in situ, réduisent considérablement les émissions globales. »
Les chercheurs soulignent toutefois que la technique est encore loin d’être parfaite, car, bien que puissantes, les tornades de feu peuvent facilement devenir instables. Un vent trop fort suffirait à briser la colonne de feu et un contrôle insuffisant du flux d’air pourrait la transformer en mare de feu. Elles peuvent aussi s’éteindre prématurément si la nappe de pétrole est trop épaisse.
Autrement dit, ces vortex ne pourraient atteindre leur plein potentiel que dans des conditions optimales. Néanmoins, l’équipe estime que davantage d’améliorations technologiques pourraient, à terme, aboutir au développement de structures mobiles pouvant être déployées à la demande, directement au-dessus des marées noires enflammées.
