Nettoyer une maree noire avec une tornade de feu : le premier grand essai vient d’avoir lieu

Trois murs en metal forment un triangle au milieu d’un terrain d’entrainement au Texas. Au centre, une flaque de petrole brut flotte sur l’eau dans un bassin d’un metre et demi de diametre. On allume. En quelques secondes, les flammes commencent a vriller sur elles-memes, aspirent l’air, montent en colonne rotative jusqu’a environ cinq metres de haut. Une tornade de feu, confinee, controlee, qui a consume jusqu’a 95 % du petrole en brulant deux fois plus vite qu’un incendie classique de nappe. C’est le premier essai a grande echelle de cette technique de depollution, publie dans la revue Fuel par une equipe de Texas A&M et de l’universite de Californie a Berkeley.

La maree noire est l’une des pires catastrophes maritimes possibles. En 2010, la plateforme Deepwater Horizon a deverese cinq millions de barils dans le golfe du Mexique, tue onze travailleurs, decime des ecosystemes entiers sur des milliers de kilometres de cotes. Les equipages de depollution disposaient alors d’un choix limite : laisser le petrole se repandre ou le bruler sur place, ce qu’on appelle un « bruler in situ ». Cette deuxieme option stoppe la nappe mais genere d’epais nuages noirs et laisse un residut goudronneux toxique a la surface de l’eau. En France, le souvenir de l’Erika en 1999 et du Prestige en 2002 reste present : les cotes bretonnes et cantabriques ont mis des annees a se remettre de ces marees noires, et les equipages de brulage in situ n’avaient pas mieux a proposer a l’epoque.

Un tourbillon qui agit comme un turbocompresseur

Le principe physique d’une tornade de feu (ou « fire whirl » en anglais) est le suivant : la rotation du flux d’air cree une depression centrale qui aspire de l’oxygene en continu, bien plus efficacement qu’une flamme plate. La combustion devient plus chaude, plus complete, et la suie, qui se forme quand des hydrocarbures brulent mal faute d’oxygene, est largement detruite en cours de route. L’equipe a construit une structure triangulaire de trois panneaux d’environ 4,9 metres (16 pieds) de hauteur, concue pour canaliser le flux d’air entrant et generer le tourbillon de facon reproductible. Le tourbillon lui-meme a atteint environ 5,2 metres (17 pieds).

Les mesures, realisees au Texas A&M Engineering Extension Service (TEEX), montrent que le petrole a brule environ 40 % plus vite que dans un incendie in situ classique de meme superficie, que les emissions de suie ont chute de 40 %, et que jusqu’a 95 % du carburant a ete consomme contre des taux bien inferieurs dans les brulages conventionnels. Le residut solide laisse a la surface de l’eau etait negligeable. La vitesse est un facteur critique : dans une maree noire, chaque heure compte pour eviter que la nappe n’atteigne les zones sensibles, recifs coralliens, herbiers marins, deltas fluviaux ou plages.

L’etude est signee par une equipe internationale dont Elaine Oran et Qingsheng Wang de Texas A&M, et Michael Gollner de l’universite de Californie a Berkeley, avec le soutien du Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), l’agence federale americaine qui supervise la securite des installations petrolieres en mer.

La zone Goldilocks : ni trop, ni trop peu

Le revers de cette efficacite, c’est la sensibilite du dispositif. Les chercheurs ont identifie une « zone Goldilocks » (reference aux trois ours de la fable : ni trop chaud, ni trop froid), un equilibre delicat entre plusieurs parametres. Un vent trop fort destabilise la colonne rotative et l’effondre. Un debit d’air mal controle empeche le tourbillon de se former. Et si la nappe de petrole est trop epaisse, les flammes s’eteignent avant d’avoir tout consomme. Ces contraintes sont reelles, mais les chercheurs les considerent comme des problemes d’ingenierie a resoudre, pas comme des obstacles de principe.

L’objectif a terme est de concevoir des structures portables et deployables directement depuis un navire ou un helicoptere au-dessus d’une nappe en feu. Ce serait une rupture par rapport aux methodes actuelles, qui immobilisent des equipages pendant des jours dans des conditions dangereuses avec des resultats incomplets. La physique decouverte dans ces essais pourrait aussi servir a mieux comprendre comment les tornades de feu naturelles, qui se forment parfois lors de grands incendies de foret, se comportent et comment les combattre.

Pour la France, dont la facade atlantique et la cote mediterraneenne ont deja subi deux marees noires majeures en moins de dix ans, cette technique represente une piste serieuse. Elle ne supprime pas la necessite de prevenir les accidents, mais offre une reponse d’urgence beaucoup plus efficace si la prevention echoue. Les essais a grande echelle viennent de valider le principe. La prochaine etape sera de miniaturiser le dispositif pour qu’il puisse reellement naviguer.

En bref

Qu’est-ce qu’un fire whirl, ou tornade de feu ?
C’est une colonne de flammes en rotation, generee quand l’air chaud monte en tourbillonnant. Elle aspire de l’oxygene en continu, ce qui rend la combustion plus chaude et plus complete qu’une flamme plate. Des fire whirls naturels apparaissent parfois lors de grands incendies de foret.

Quels sont les resultats mesures lors de cet essai ?
Le petrole a brule environ 40 % plus vite qu’un incendie in situ classique, les emissions de suie ont diminue de 40 %, et jusqu’a 95 % du carburant a ete consomme. Le residut toxique laisse en surface etait negligeable.

Pourquoi est-ce une premiere mondiale ?
C’est le premier essai de fire whirl realise a grande echelle sur une nappe de petrole (bassin de 1,5 m, tourbillon de pres de 5,2 m) dans des conditions proches de celles d’une maree noire reelle. Les travaux precedents etaient tous des experiences de laboratoire a petite echelle.

Qu’est-ce que la zone Goldilocks ?
C’est l’intervalle etroit de conditions (debit d’air, vent, epaisseur de la nappe) dans lequel le tourbillon fonctionne de maniere optimale. Trop de vent l’effondre, pas assez l’empeche de se former, une nappe trop epaisse l’eteint.

La technique est-elle prete pour une utilisation en mer ?
Pas encore. L’etape suivante est de concevoir un dispositif portable et deployable depuis un navire ou un helicoptere. Les essais actuels valident le principe physique, mais le passage au terrain operationnel necessite des travaux d’ingenierie supplementaires.

Article créé en collaboration avec l’IA.