Dans les heures critiques qui suivent une marée noire en mer, les sauveteurs sont souvent confrontés à un dilemme : soit laisser le film de pétrole se propager, menaçant la vaste zone maritime et les écosystèmes fragiles, soit recourir au brûlage in situ pour enflammer la couche de pétrole à la surface de la mer. Bien que la combustion in situ traditionnelle puisse empêcher la dérive de la pollution pétrolière, elle produira une grande quantité de fumée épaisse, de carbone noir et de résidus incomplètement brûlés, entraînant une nouvelle vague de pollution de l'atmosphère et de l'environnement marin.

Dans le cadre d'une expérience de terrain à grande échelle, la première du genre, une équipe de recherche scientifique de l'Université Texas A&M aux États-Unis a récemment proposé une idée complètement différente : utiliser des « tornades de feu » géantes – des piliers de flammes qui s'élèvent verticalement et tournent comme des tornades – pour brûler du pétrole à la surface de la mer. La recherche montre que ce vortex de flamme contrôlé améliore non seulement considérablement l’efficacité de la combustion, mais réduit également considérablement la fumée et la poussière, ce qui en fait un moyen plus rapide et plus propre de répondre aux déversements d’hydrocarbures.

Par rapport à la « piscine de feu » formée par la combustion in situ conventionnelle, la tornade de feu attire une grande quantité d'oxygène dans la flamme grâce à une forte rotation, ce qui rend la température de combustion plus élevée et la réaction plus complète. Les résultats expérimentaux montrent que dans les mêmes conditions, la vitesse de combustion de la tornade de feu augmente d'environ 40 %, elle peut brûler près de 95 % du pétrole et les particules nocives et les résidus toxiques laissés sur place sont considérablement réduits. Dans le même temps, les émissions de fumée et de poussière sont également réduites d'environ 40 %, ce qui signifie que l'impact d'une combustion d'urgence sur la qualité de l'air est considérablement atténué.

La recherche a été financée par le Bureau de la sécurité maritime et de l'application de l'environnement (BSEE) du ministère américain de l'Intérieur et a été menée conjointement par le professeur Elaine Oran, le professeur Wang Qingsheng et le collaborateur Michael Gollner de la Texas A&M University School of Engineering. Oran a souligné que c'est la première fois que quelqu'un propose d'utiliser des trombes d'incendie pour contrôler les déversements d'hydrocarbures en mer. "Notre objectif est de transformer les trombes de feu, à l'origine chaotiques et difficiles à contrôler, en un outil puissant et précis de restauration environnementale pour protéger les côtes, les écosystèmes marins et l'environnement au sens large."

L'équipe de recherche estime que la maîtrise de la technologie de génération et de contrôle des tornades de feu devrait ouvrir la voie à un nouveau modèle de réponse aux déversements d'hydrocarbures, plus rapide et plus « vert ». L'accident de Deepwater Horizon en 2010, la plus grande marée noire de l'histoire des États-Unis, a tué 11 travailleurs, tué des milliers d'animaux marins et gravement endommagé l'écosystème du golfe du Mexique. Il a également mis en évidence le risque réel qu’une marée noire majeure se transforme en catastrophe environnementale en peu de temps.

Du point de vue de l’efficacité, les avantages de Fire Tornado sont très importants. Des études ont montré qu'il peut brûler le pétrole brut près de deux fois plus rapidement que les piscines d'incendie traditionnelles, ce qui donne un temps critique aux forces de secours et aide à éliminer rapidement la pollution pétrolière avant qu'elle ne se propage aux zones maritimes sensibles ou protégées. En termes d'amélioration de la qualité de l'air, les trombes d'incendie utilisent un processus de combustion efficace similaire à celui des incinérateurs industriels pour décomposer les grosses particules qui autrement formeraient des nuages ​​de fumée denses, de sorte qu'une combustion d'urgence puisse réduire la pollution marine sans sacrifier une grave pollution atmosphérique.

Pour réaliser cette expérience à grande échelle, l’équipe de recherche a construit une structure à trois murs d’environ 16 pieds (environ 4,9 mètres) de hauteur. Les trois murs ont été disposés en triangle pour guider avec précision le flux d’air. Au centre de la structure, ils ont posé un gisement de pétrole brut d'environ 1,5 mètre de diamètre sur l'eau et l'ont enflammé au terrain d'entraînement d'incendie de Brayton du Texas A&M Engineering Extension Services (TEEX). Alors que le flux d'air est tordu entre les trois murs et converge vers les flammes, une tornade de flammes de près de 17 pieds de haut se forme, démontrant une plus grande intensité de combustion, des émissions plus propres et une consommation de carburant presque complète qu'une piscine d'incendie ordinaire.

Ce résultat a été publié dans la revue académique « Fuel ». Les données montrent que la vitesse de la pollution par les hydrocarbures brûlant par les tornades est augmentée d'environ 40 %, les émissions de fumée sont réduites d'environ 40 % et le taux de combustion du carburant peut atteindre jusqu'à 95 %. Par rapport à la combustion traditionnelle sur site, elle a apporté des améliorations globales. Oran a déclaré que ces résultats prouvent non seulement l'énorme potentiel des trombes de feu dans le contrôle des déversements d'hydrocarbures en mer, mais fournissent également une base physique importante pour la conception de systèmes de combustion efficaces, la prévision et la gestion du comportement des incendies de forêt et d'autres domaines plus larges.

Cependant, l’application des tornades de feu se heurte également à de graves défis techniques. Les recherches soulignent que les tornades de feu sont extrêmement sensibles aux conditions environnementales et que ce n'est que dans une « zone Boucle d'or » (c'est-à-dire un état d'équilibre où les conditions sont « parfaites ») qu'elles peuvent maintenir des flammes rotatives efficaces et stables. Lorsque la vitesse du vent est trop élevée, la colonne de feu en rotation sera perturbée voire désintégrée ; si l'organisation du flux d'air est insuffisante, la flamme dégénérera en une simple flaque d'incendie ; l’épaisseur de la couche d’huile est également cruciale. Lorsque le film d’huile est trop épais, la tornade de feu s’éteint prématurément.

À l’avenir, l’équipe de recherche scientifique envisage de développer des dispositifs d’ingénierie mobiles pouvant être déployés sur les sites d’accidents maritimes pour convertir des flammes brûlantes ordinaires en tornades de feu efficaces. Ce type de dispositif devrait être transporté et positionné au-dessus de la zone de déversement d'hydrocarbures pour guider le flux d'air à travers la structure et générer un vortex de flammes contrôlable afin de réaliser des opérations de combustion d'urgence rapides et relativement faibles en émissions. Oran a souligné que cette recherche n'est pas seulement une expérience, mais aussi un aperçu d'un avenir dans lequel les humains pourront transformer le feu d'une force naturelle destructrice en un outil de protection des océans et de la terre.

À l’heure actuelle, la génération et le contrôle réussis de trombes de feu à grande échelle sur le terrain constituent une étape scientifique importante. La recherche montre que de nombreux phénomènes naturels qui semblent extrêmes, voire destructeurs, peuvent potentiellement être « apprivoisés » par les humains à condition que leurs lois physiques soient parfaitement comprises, et ensuite utilisées pour relever les défis environnementaux urgents d’aujourd’hui.