Détection de déversements d'hydrocarbures

Contexte général

Les déversements d'hydrocarbures sont néfastes pour la vie marine, en plus d'endommager l'habitat naturel des animaux terrestres et des humains. La plupart des déversements d'hydrocarbures sont le résultat des navires qui vident leurs réservoirs avant ou après l'entrée au port. Les déversements d'hydrocarbures de grande superficie sont le résultat de bris ou de collisions de pétroliers avec un récif ou un autre navire. Ces écoulements causent des dommages environnementaux sur d'immenses étendues et attirent l'attention des médias du monde entier. La surveillance régulière des voies de navigation et des régions côtières est nécessaire pour appliquer les lois sur la pollution maritime et pour identifier les contrevenants.

Suite à un déversement, l'opérateur du navire ou de la compagnie pétrolière est responsable de la mise sur pied d'équipes d'évaluation et de secours, et de la mise en place de mesures de contrôle pour en minimiser les effets et l'étendue. Si l'opérateur ou la compagnie ne possèdent pas les ressources nécessaires, les agences gouvernementales en charge du contrôle des désastres seront mises à contribution et géreront les activités. Dans tous les cas de déversements, les agences gouvernementales jouent un rôle important dans l'application des lois sur la protection de l'environnement. Pour limiter les régions affectées par le déversement et pour faciliter les efforts pour contrôler la nappe et le nettoyage, plusieurs facteurs doivent être identifiés :

1. la localisation de la nappe
2. le volume et l'étendue du déversement
3. la direction et la vitesse de déplacement de la nappe d'hydrocarbures
4. la direction des vents, des courants et des vagues pour la prédiction des mouvements ultérieurs.

Pourquoi la télédétection?

La télédétection offre l'avantage d'être capable d'observer des événements dans des régions éloignées et souvent inaccessibles. Par exemple, les écoulements de pétrole d'un pipeline brisé peuvent passer inaperçus pour une période de temps à cause de l'incertitude dans la localisation du point exact de l'écoulement et des connaissances limitées sur l'étendue du déversement. La télédétection peut être utilisée pour trouver et surveiller les écoulements.

Pour les déversements océaniques, la télédétection peut fournir de l'information sur la vitesse et la direction du mouvement de la nappe d'hydrocarbures à partir d'images multitemporelles. Les données peuvent aussi être intégrées à des modèles de dérive et peuvent faciliter la planification des efforts de contrôle et de nettoyage. Les systèmes de télédétection utilisés sont : la vidéo infrarouge et les photos aériennes, les images infrarouges thermiques, les lasers fluoromètres aéroportés, les images optiques satellitaires, et les images RSO aéroportées et satellitaires. Les capteurs RSO ont un avantage sur les capteurs optiques, car ils peuvent acquérir des images durant la nuit et les journées ennuagées. Les utilisateurs de données de télédétection pour les applications aux déversements d'hydrocarbures sont la Garde côtière, les agences nationales de protection de l'environnement, les compagnies pétrolières, l'industrie du transport maritime, les compagnies d'assurance, l'industrie de la pêche, les ministères des pêches et océans et le ministère de la défense.

Exigences des données

Les exigences opérationnelles importantes sont la livraison rapide et l'acquisition d'images fréquentes du site pour la surveillance de la dynamique de la nappe. Pour l'identification des déversements, des capteurs à haute résolution sont généralement requis, bien qu'une couverture étendue est très importante pour la surveillance et la détection initiale. Les capteurs aéroportés ont l'avantage d'une couverture répétitive fréquente sur demande, mais à un coût élevé. Les déversements se produisent souvent lors de conditions météorologiques difficiles, ce qui nuit à la surveillance aérienne.

Les lasers fluoromètres sont les meilleurs capteurs pour la détection de déversements d'hydrocarbures. Ils peuvent identifier le pétrole sur les rives, sur la neige et sur la glace. Ils peuvent aussi identifier le type de pétrole dont il s'agit. Cependant, ces capteurs exigent des conditions météorologiques sans nuages pour détecter les déversements. Les capteurs RSO peuvent acquérir des images de nappes de pétrole par l'effet de suppression locale des ondes de Bragg. Les nappes sont visibles sur une image radar comme des taches circulaires ou curvilignes d'un ton plus foncé que la surface océanique environnante. La détection d'un déversement est fortement tributaire de la vitesse du vent. À des vitesses de plus de 10 m/s, la nappe sera fragmentée et dispersée, ce qui la rendra difficile à identifier. Un autre facteur rendant difficile la détection d'une nappe, c'est la difficulté de distinguer entre les surfactants naturels et une nappe d'hydrocarbures. Des données multitemporelles et auxiliaires aident à la différenciation des deux phénomènes.

Étude de cas

Le Sea Empress, un superpétrolier s'est échoué près de la ville de Milford Haven, au pays de Galles, le 15 février 1996. Après avoir frappé des rochers, la coque extérieure du navire a été percée et 70 000 tonnes de pétrole léger brut ont été dispersées vers le sud, dans des conditions de tempête.

Dans cette image RADARSAT acquise une semaine après le déversement, l'étendue de la nappe de pétrole est visible. Les tons foncés au large représentent les régions où le pétrole est présent et les régions de tons moins foncés, directement au sud, sont des régions où un dispersant a été vaporisé sur la nappe pour favoriser l'émulsion du pétrole. Le pétrole qui flotte sur la surface de l'eau supprime les vagues capillaires de l'océan, ce qui créé une surface plus lisse que l'eau environnante. Cette surface lisse paraît foncée sur une image radar. Lorsque le pétrole commence à émulsionner et que les mesures de nettoyage ont commencé à faire effet, les vagues capillaires reviennent et le pétrole paraît plus clair. L'étendue, la localisation, et la dispersion de la nappe d'hydrocarbures peuvent être déterminées en utilisant ce genre d'images.

Un fluorodétecteur à laser typique émet une radiation d'une longueur d'onde bien précise qui est absorbée par la cible, par exemple de l'huile. L'énergie absorbée par la cible est ensuite ré-émise par la cible sous forme de radiation d'une autre longueur d'onde qui est ensuite détectée par un capteur (un spectromètre) relié au laser. Avec les hydrocarbures aromatiques, ce type de fluorescence permet une identification du type d'hydrocarbures par une mesure du spectre de radiation émise ainsi que le taux d'extinction de la fluorescence. Les hydrocarbures peuvent ainsi être différenciés des autres cibles fluorescentes et peuvent même être classifiées par type (huile lourde, huile légère, etc.).