Une nouvelle technologie israélienne contre la pollution par les hydrocarbures

Un capteur à distance capable de produire des données haute résolution sur les contaminants du sol pourrait être placé sur des drones ou des satellites pour aider à traiter les fuites d'huile.

La marée noire qui s'est produite tôt le matin du 4 décembre 2014 dans la réserve naturelle d'Evrona, dans la vallée d'Arava, dans le sud d'Israël, est considérée comme l'un des désastres environnementaux les plus notoires de l'histoire récente d'Israël.

Cette nuit-là, 5 000 mètres cubes de pétrole brut ont fui d’un tronçon rompu de l’oléoduc Eilat-Ashkelon. De grandes quantités d’huile ont traversé les cours d’eau dans la réserve, causant de graves dommages à la flore et à la faune.

«Le pétrole est l’un des polluants les plus répandus dans le monde», déclare Ran Pelta, doctorant au laboratoire de télédétection du professeur Eyal Ben-Dor à l’école Porter des sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université de Tel Aviv.

«En raison des activités humaines, la pollution par les hydrocarbures est présente dans presque tous les écosystèmes,terrestres ou offshore. Des études ont montré que l'huile altère l'activité enzymatique du sol, limite la porosité du sol et empêche le passage de l'eau et de l'air à travers le sol. Les personnes qui vivent à proximité de raffineries ou qui ont participé au nettoyage de la pollution parles hydrocarbures ont eu divers problèmes de santé, allant des irritations de la peau aux lésions du foie et des reins », ajoute-t-il.

Au fil des ans, de nombreuses méthodes ont été recherchées et développées pour lutter contre les dommages causés parles fuites d'huile. La plupart des solutions proposées étaient de nature chimique, coûteuses, inefficaces et nuisibles à l'environnement.

Bulldozers travaillant dans la zone d'une fuite d'huile causée par une fissure dans le pipeline Eilat-Ashkelon en décembre 2014. Photo de Chen Leopold / FLASH90

Certaines études ont suggéré de traiter le sol contaminé avec des bactéries capables de bio dégrader l'huile sans utiliser de produits chimiques.

Bien que l’utilisation de bactéries soit moins coûteuse et plus efficace pour éliminer la contamination par les hydrocarbures, la principale difficulté est de détecter l’emplacement exact de la pollution. Dans la réserve naturelle d'Evrona, des efforts important sont été déployés pour échantillonner différentes zones afin d'identifier les sites présentant les plus fortes concentrations de pétrole. Ce fut un processus lent et fastidieux.

Deux études israéliennes récentes présentées à la 47e Conférence annuelle sur la science et l'environnement ont examiné de nouvelles approches rentables pour détecter la pollution des sols et accélérer la réhabilitation de l'environnement.

“L'algorithme développé dans notre laboratoire peut utiliser 288 couleurs différentes”

Les deux études présentent des méthodes utilisant la télédétection pour détecter les zones contaminées. La télédétection est le processus permettant d'obtenir des informations sur un objet sans établir de contact physique.

«Cette technologie existe depuis des décennies, mais ce n’est que ces dernières années que des progrès significatif sont été réalisés en matière de technologie et de disponibilité. Google,par exemple, a mis au point un outil conçu pour le téléchargement, le traitement et l'analyse des images satellitaires », explique Pelta.

L'acquisition d'informations sur la surface de la Terre par télédétection est rendue possible par la réflectivité de la matière physique. Par exemple, le rayonnement solaire frappe différents objets, tels que la végétation, l'eau et le sol. Une partie de ce rayonnement solaire est réfléchie par l'objet et peut être absorbée par un capteur distant. Les composants du capteur divisent le rayonnement réfléchi en longueurs d'onde spécifiques.

Chaque objet a un spectre qui représente sa longueur d'onde et sa fréquence - une sorte d'empreinte digitale qui permet au capteur non seulement de distinguer le sol ou la végétation, mais également de déterminer le type de sol et de végétation en question, sans même avoir à voir l'objet.

« Les caméras de nos téléphones portables fonctionnent de manière similaire», explique le professeur Shai Kendler,chercheur à l'Institut israélien de recherche biologique et professeur invité au Technion."

«Chaque photo de nos téléphones contient de nombreux pixels, chacun ayant un spectre de réflectance. Le téléphone a trois couleurs - rouge, bleu et vert - qui font toutes partie du spectre visible et peuvent être détectées par l'œil humain », ajoute-t-il.

Le capteur en question, qui n'est pas encore disponible pour un usage commercial, couvre un spectre beaucoup plus large, permettant la détection de longueurs d'onde invisibles à l'œil humain,et utilise différents algorithmes pour décoder les informations qu'il reçoit.

En testant divers échantillons de matériaux dans le laboratoire de Kendler, les scientifiques ont pu développer un algorithme capable d'identifier rapidement le type de polluant en fonction de son spectre de réflectance, qui peut ensuite être cartographié pour montrer la zone touchée.

« L'algorithme développé dans notre laboratoire peut utiliser 288 couleurs différentes, contrairement aux trois couleurs existantes sur les appareils photo des téléphones. Quand il y a tant de nuances, il est plus facile d'identifier exactement le type de polluant auquel vous traitez et de le séparer du sol », déclare Kendler.

«Les roches et le sol, par exemple, sont des objets qui ont une couleur forte et distincte», explique Kendler. «En revanche, les polluants sont souvent représentés par des couches minces et perméables. Par conséquent, une partie du spectre réfléchi est celle du sol sous-jacent, ce qui rend difficile la séparation du polluant du sol, sans parler de la cartographie de la zone contaminée. "

Le nouvel algorithme peut détecter et spécifier les propriétés chimiques d'une couleur automatiquement et sans connaissance préalable. Il peut également indiquer si un polluant existe dans chaque pixel.

Pourrait détecter l'anthrax

L'algorithme a d'autres applications potentielles. Une étude dans le laboratoire de Kendler, par exemple,démontre la capacité de l'algorithme à identifier l'anthrax à l'intérieur d’enveloppes en papier .

Alors que le laboratoire de Kendler est engagé dans le développement d'un algorithme générique pour la technologie de télédétection, la thèse de doctorat de Pelta explore le développement des capacités de détection de la pollution par les hydrocarbures en Israël grâce à la télédétection.

Pelta a effectué des expériences de laboratoire avec des échantillons de différentes concentrations d'huile et examiné leur spectre de réflexion.

Pelta développe les capacités du nouvel algorithme par rapport aux technologies antérieures.

«Sur une photographie aérienne de la réserve naturelle d'Evrona, par exemple, nous n'avons pas pu détecter le déversement de pétrole, malgré le capteur de haute qualité que nous avons utilisé et bien que nous sachions évidemment que le pétrole était là. La raison principale en est que les images ont été prises environ deux ans et demi après la catastrophe, dans une zone au terrain difficile, par opposition aux mesures en laboratoire effectuées dans des conditions optimales », explique Pelta.

L'huile ayant été exposée à la surface pendant un certain temps, il était difficile de détecter son empreinte spectrale à travers le capteur.

Cartographie des roches sur d'autres planètes

Kendler et Pelta soulignent que ce qui rend leurs conclusions uniques et importantes est l'efficacité et l'applicabilité des nouvelles méthodes de télédétection.

«À l’époque où la technologie a été inventée, elle était pertinente pour les grandes institutions capables d’investir d’énormes sommes d’argent afin de trouver des polluants», explique Pelta.

En NASA, par exemple, les spectres de télédétection et de réflectivité sont utilisés pour cartographier les roches sur d'autres planètes. Une partie de la réussite des scientifiques réside dans le fait que les exigences système sont relativement faibles et que des organismes moins professionnels peuvent utiliser l’algorithme.

À l’avenir, les scientifiques espèrent développer un capteur, basé sur le nouvel algorithme, qui peut être relié à des drones ou même à des satellites, permettant ainsi de cartographier divers polluants de manière efficace et à une échelle beaucoup plus large.

En effet, le moyen le plus simple de réduire les marées noires et autres pollutions est de les prévenir en prenant des mesures de sécurité appropriées, en surveillant et en appliquant les réglementations environnementales.

Toutefois, en cas de catastrophe, les nouvelles technologies permettront d’améliorer considérablement les méthodes de collecte de données pour l’échantillonnage des sols. À mesure que ces technologies évolueront, les organismes gouvernementaux et les organisations environnementales seront plus largement disponibles pour la cartographie, ce qui renforcera également les efforts de protection de la nature contre les dangers des futurs déversements d'hydrocarbures

Source : Israel21c

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