Des tornades géantes pourraient nettoyer les marées noires plus rapidement avec moins de pollution

La combustion du pétrole, une technique connue sous le nom de brûlage in situ, peut empêcher la nappe de se dilater. Cependant, il produit également d’épais nuages ​​de fumée noire, libère de la suie dans l’atmosphère et laisse derrière lui une couche de résidus non brûlés flottant à la surface de l’océan.

Aujourd’hui, les chercheurs ont démontré une nouvelle approche frappante qui pourrait rendre ce processus beaucoup plus efficace. Dans une étude à grande échelle, la première du genre, les scientifiques ont créé des tourbillons de feu géants, des colonnes de flammes tournantes qui ressemblent à des tornades de feu, et ont découvert qu’ils brûlaient le pétrole plus rapidement et plus proprement que les méthodes conventionnelles.

Le vortex rotatif aspire de grandes quantités d’oxygène, créant une flamme plus chaude et plus efficace. En conséquence, le tourbillon de feu a consommé du pétrole plus rapidement tout en produisant beaucoup moins de pollution.

L’étude, soutenue par le Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), a été dirigée par le Dr Elaine Oran et le Dr Qingsheng Wang de la Texas A&M University et le Dr Michael Gollner de l’Université de Californie à Berkeley.

« C’est la première fois que quelqu’un envisage d’utiliser des tourbillons d’incendie pour remédier à une marée noire, et ce n’est vraiment que le début », a déclaré Oran, professeur de génie aérospatial à la Faculté d’ingénierie. « Notre objectif est d’exploiter la nature chaotique des tourbillons de feu comme un outil de restauration puissant et précis, afin de protéger les côtes, les écosystèmes marins et l’environnement dans son ensemble. »

Un moyen plus rapide et plus propre de lutter contre les marées noires

La recherche présente une stratégie non conventionnelle pour faire face à l’une des urgences environnementales les plus dommageables.

La catastrophe dévastatrice de Deepwater Horizon en 2010 reste un puissant rappel de l’impact que peuvent avoir les marées noires en mer. L’accident, la plus grande marée noire de l’histoire des États-Unis, a tué 11 travailleurs, coûté la vie à des milliers d’animaux marins et causé des dégâts considérables aux écosystèmes océaniques.

« Nous étudions les catastrophes environnementales telles que les marées noires et identifions des moyens d’y remédier de manière plus rapide, plus écologique et plus durable », a déclaré Oran.

L’un des avantages les plus prometteurs des tourbillons de feu est la vitesse.

Selon les chercheurs, les tourbillons d’incendie peuvent brûler le pétrole brut près de deux fois plus rapidement que les piscines d’incendie in situ traditionnelles. Une élimination plus rapide des hydrocarbures pourrait donner aux équipes d’intervention un avantage crucial, leur permettant d’éliminer les déversements avant qu’ils ne se propagent dans les habitats sensibles et les régions côtières protégées.

« Les tourbillons d’incendie brûlent les déversements de pétrole brut presque deux fois plus vite que les foyers d’incendie in situ, ce qui pourrait donner aux équipes de nettoyage des temps de fonctionnement et de réponse plus rapides pour empêcher la propagation des hydrocarbures », a déclaré Oran.

Cette technique pourrait également réduire l’un des plus gros inconvénients de la combustion du pétrole : la fumée.

« L’un des plus grands défis liés à l’incendie des marées noires est le volume considérable de fumée émise », a déclaré Oran. « Nos résultats montrent que les tourbillons d’incendie, par rapport aux incendies in situ, réduisent considérablement les émissions globales. »

Agissant comme un incinérateur géant, les flammes en rotation détruisent de nombreuses particules responsables des panaches de fumée denses. Le processus vaporise également la majeure partie du pétrole avant qu’il ne puisse rester sous forme de résidu toxique ressemblant à du goudron sur l’eau.

Les résultats pourraient avoir des applications au-delà de la réponse aux déversements d’hydrocarbures. Une meilleure compréhension de la formation et du comportement des tourbillons de feu pourrait aider les ingénieurs à développer des systèmes de combustion plus efficaces et à améliorer les efforts de prévision et de gestion des incendies de forêt.

« Notre étude a des applications universelles », a déclaré Oran. « En comprenant les lois physiques qui régissent les tourbillons de feu, nous pouvons exploiter leur pouvoir au-delà de la réhabilitation des marées noires. »

Construire un tourbillon de feu de 17 pieds de haut

La plupart des études antérieures sur les tourbillons de feu ont été menées à une échelle beaucoup plus petite en laboratoire.

Pour déterminer si le phénomène pourrait être utile pour le nettoyage d’une marée noire dans le monde réel, l’équipe de recherche a conçu une expérience suffisamment grande pour imiter des conditions plus réalistes.

« L’ampleur de notre expérience est l’une des raisons pour lesquelles notre enquête est si unique et ce qui la distingue en tant que première du genre », a déclaré Oran.

Les chercheurs ont construit une structure triangulaire de 16 pieds de haut avec trois murs qui leur ont permis de contrôler soigneusement le flux d’air. Au centre, ils ont placé une flaque de pétrole brut de 1,5 mètre de large flottant sur l’eau.

Une fois allumée au terrain d’entraînement aux incendies de Brayton du Texas A&M Engineering Extension Service (TEEX), l’installation a généré un puissant tourbillon de feu qui a atteint près de 17 pieds de hauteur.

Les résultats, publiés dans Carburanta montré des améliorations majeures par rapport aux techniques conventionnelles de combustion du mazout.

« Les tourbillons d’incendie ont brûlé le pétrole environ 40 pour cent plus rapidement, ont réduit les émissions de suie de 40 pour cent et ont atteint une efficacité de consommation de carburant jusqu’à 95 pour cent par rapport aux tests d’incendie sur place », a déclaré Oran.

Trouver la zone « Boucle d’or » du tourbillon de feu

Malgré leurs performances impressionnantes, les tourbillons de feu ne sont pas faciles à contrôler.

« Les tourbillons de feu sont incroyablement puissants et peuvent être incroyablement bénéfiques », a déclaré Oran. « Mais ils sont également sensibles et n’atteignent une efficacité élevée que lorsque les conditions sont idéales. »

Des vents forts peuvent déstabiliser la colonne en rotation ou la faire s’effondrer complètement. Un contrôle insuffisant du débit d’air peut empêcher la formation du vortex, ce qui fait que le feu se comporte davantage comme un brûlage conventionnel.

Les chercheurs ont également découvert que l’épaisseur de la couche de pétrole joue un rôle important. Lorsque la nappe devenait trop profonde, les tourbillons de feu s’éteignaient avant de consommer tout le carburant.

Cette gamme étroite de conditions idéales, décrites par les chercheurs comme une zone « Boucle d’or », met en évidence à la fois la promesse et le défi de la mise en pratique de la technologie.

Les tornades de feu comme futurs outils de nettoyage

L’équipe envisage un avenir dans lequel des systèmes portables pourraient être déployés directement au-dessus des marées noires en feu pour générer intentionnellement des tourbillons de feu à la demande.

En cas de succès, de tels systèmes pourraient transformer les interventions d’urgence en cas de déversement d’hydrocarbures en transformant les incendies ordinaires en outils de nettoyage très efficaces.

« Cette étude est plus qu’une simple expérience, c’est un aperçu d’un avenir où le feu n’est pas une force de destruction, mais un outil pour protéger nos océans et notre planète », a déclaré Oran.

Pour l’instant, la recherche constitue une démonstration impressionnante de ce qui peut se produire lorsque les scientifiques repensent un phénomène naturel familier.

Cela suggère que même l’une des forces naturelles les plus intimidantes peut potentiellement être réorientée pour relever certains des défis environnementaux les plus urgents au monde.