Secrétariat canadien des avis scientifiques (SCAS) Document de recherche 2022/073 Région de la capitale nationale Novembre 2022 État des connaissances sur les dispersants chimiques pour les déversements d’hydrocarbures en mer au Canada David Creber1, Rob Willis2 et Emily Davis1 1Dillon Consulting Limited 1149, rue Smythe Fredericton (Nouveau-Brunswick) E3B 3H4 2Dillon Consulting Limited 137, promenade Chain Lake, bureau 100 Halifax (Nouvelle-Écosse) B3S 1B3 Avant-propos La présente série documente le fondement scientifique de l’évaluation des ressources et des écosystèmes aquatiques du Canada. Elle traite donc des problèmes courants selon des échéanciers dictés, et les documents qu’elle contient doivent être considérés non pas comme des énoncés définitifs sur les sujets traités, mais plutôt comme des rapports d’étape sur les études en cours. Publié par : Pêches et Océans Canada Secrétariat canadien de consultation scientifique 200, rue Kent Ottawa (Ontario) K1A 0E6 http://www.dfo-mpo.gc.ca/csas-sccs/ csas-sccs@dfo-mpo.gc.ca © Sa Majesté le Roi du chef du Canada, représenté par le ministre du ministère des Pêches et des Océans, 2022 ISSN 2292-4272 ISBN 978-0-660-46094-9 N° cat. Fs70-5/2022-073F-PDF La présente publication doit être citée ainsi : Creber, D., Willis, R., Davis, E. 2022. État des connaissances sur les dispersants chimiques pour les déversements d'hydrocarbures en mer au Canada. Secr. can. des avis sci. du MPO, Doc. de rech. 2022/073. vii + 92 p. Also available in English : Creber, D., Willis, R., Davis, E. 2022. State of Knowledge on Chemical Dispersants for Canadian Marine Oil Spills. DFO Can. Sci. Advis. Sec. Res. Doc. 2022/073. vii + 82 p. http://www.dfo-mpo.gc.ca/csas-sccs/ mailto:csas-sccs@dfo-mpo.gc.ca iii REMERCIEMENTS Plusieurs membres du Comité directeur, l’équipe du projet et les participants à la réunion ont appuyé la rédaction du présent document de recherche. Les révisions, les clarifications et les améliorations qui ont découlé de leurs contributions et de leurs commentaires ont considérablement amélioré la version finale du document. Nous tenons tout particulièrement à remercier M. Ken Lee de ses conseils et de son expertise technique. La structure et le contenu du présent document n’auraient pas été les mêmes sans le temps et les efforts qu’il y a consacrés. Nous voulons remercier les membres de l’équipe du projet, notamment les auteurs de Dillon (nommés ci-dessus), Ryan Greig, Lisa Isaacman, Cory Dubetz et Shannon Stuyt, de leur temps et de leurs efforts, ainsi que des examens et des révisions qu’ils ont effectués. Nous tenons à remercier spécialement Alex Tuen, qui a procédé à des révisions rédactionnelles détaillées et qui a veillé à ce que nous respections les lignes directrices et les pratiques établies pour de telles publications. Enfin, nous aimerions remercier nos deux coprésidents, Lisa Setterington et James McCourt, des conseils qu’ils ont prodigués, ainsi que de la structure, des points de vue techniques et de multiples révisions qu’ils ont apportés et qui ont contribué à améliorer les résultats du processus. iv TABLE DES MATIÈRES RÉSUMÉ ..................................................................................................................................... vii INTRODUCTION .......................................................................................................................... 1 CONTEXTE .............................................................................................................................. 1 OBJECTIFS.............................................................................................................................. 1 CONTEXTE .................................................................................................................................. 2 TYPES DE DISPERSANTS ET MODE D’ACTION .................................................................. 3 TYPES D’HYDROCARBURES ET UTILISATION DE DISPERSANTS ................................... 5 CONSIDÉRATIONS ENVIRONNEMENTALES RELATIVES À L’UTILISATION DE DISPERSANTS ........................................................................................................................ 7 Avantages des agents dispersants ....................................................................................... 8 Problèmes liés aux agents dispersants ................................................................................. 9 CADRE DE RÉGLEMENTATION RELATIF À L’UTILISATION DE DISPERSANTS AU CANADA ................................................................................................................................ 10 DEVENIR ET COMPORTEMENT .............................................................................................. 11 PROPRIÉTÉS DES HYDROCARBURES QUI INFLUENT SUR LE DEVENIR ET LE TRANSPORT ......................................................................................................................... 11 DEVENIR DES HYDROCARBURES ..................................................................................... 11 Dispersion et dilution ........................................................................................................... 11 Évaporation ......................................................................................................................... 12 Aérosolisation ...................................................................................................................... 12 Photomodification ................................................................................................................ 12 Dissolution ........................................................................................................................... 13 Émulsification ...................................................................................................................... 13 Formation d’hydrates .......................................................................................................... 14 Agrégats hydrocarbures-particules ..................................................................................... 14 Neige marine hydrocarbonée .............................................................................................. 14 Biodégradation .................................................................................................................... 15 Lien entre les processus d’altération et les dispersants chimiques .................................... 16 TRANSPORT DES HYDROCARBURES ET UTILISATION DE DISPERSANTS .................. 17 Rejet en surface .................................................................................................................. 17 Rejet sous la surface ........................................................................................................... 17 CONSIDÉRATIONS ENVIRONNEMENTALES RELATIVES À L’EAU FROIDE ................... 18 RÉSUMÉ : COMMENT L’UTILISATION DE DISPERSANTS INFLUE SUR LE DEVENIR ET LE COMPORTEMENT DES HYDROCARBURES ................................................................. 19 SÉQUENCES DES EFFETS, COMPOSANTES BIOLOGIQUES PRÉOCCUPANTES ET VOIES D’EXPOSITION ........................................................................................................................... 20 DÉTERMINATION DES COMPOSANTES BIOLOGIQUES (RÉCEPTEURS PRÉOCCUPANTS) ................................................................................................................ 22 DÉTERMINATION DES VOIES D’EXPOSITION AUX HYDROCARBURES DISPERSÉS POUR LES PRINCIPAUX RÉCEPTEURS PRÉOCCUPANTS .............................................. 25 v EFFET DES DISPERSANTS CHIMIQUES SUR LES VOIES D’EXPOSITION POTENTIELLES ENTRE LES SUBSTANCES PÉTROLIÈRES DISPERSÉES ET LES RÉCEPTEURS PRÉOCCUPANTS ........................................................................................ 27 IMPACTS .................................................................................................................................... 29 INTRODUCTION .................................................................................................................... 29 BIODISPONIBILITÉ ............................................................................................................... 31 CONSIDÉRATIONS RELATIVES AU TEMPS D’EXPOSITION ............................................ 32 TOXICITÉ DES HYDROCARBURES NON TRAITÉS ET DES HYDROCARBURES DISPERSÉS EN MILIEU AQUATIQUE .................................................................................. 32 Résumé des données expérimentales des études de toxicité des hydrocarbures dispersés en milieu aquatique – les hydrocarbures dispersés chimiquement sont-ils plus toxiques que les hydrocarbures non traités? ............................................................................................ 35 PRINCIPAUX PARAMÈTRES BIOLOGIQUES LIÉS AUX IMPACTS DES HYDROCARBURES DISPERSÉS ......................................................................................... 35 PRINCIPAUX DOMAINES D’INCERTITUDE CONCERNANT LES RÉPERCUSSIONS DES HYDROCARBURES DISPERSÉS SUR LE BIOTE MARIN .................................................. 37 RÉSUMÉ DES IMPACTS DES HYDROCARBURES DISPERSÉS ....................................... 39 Espèces d’eau arctique/froide et espèces d’eau profonde ................................................. 40 Oiseaux de mer ................................................................................................................... 41 Reptiles marins (tortues) ..................................................................................................... 41 Mammifères marins ............................................................................................................. 42 Poissons marins .................................................................................................................. 42 Invertébrés marins (benthiques et pélagiques, non planctoniques) .................................... 43 Organismes marins pélagiques planctoniques ................................................................... 44 Coraux ................................................................................................................................. 44 RÉTABLISSEMENT .................................................................................................................... 45 DÉVERSEMENT DE L’ARROW ............................................................................................ 46 EXPÉRIENCE SUR LE DÉVERSEMENT DE PÉTROLE À L'ÎLE DE BAFFIN (BIOS) .......... 46 Sea Empress ....................................................................................................................... 47 DEEPWATER HORIZON ....................................................................................................... 48 VULNÉRABILITÉ DU BIOTE ................................................................................................. 49 IMPACTS ET RÉTABLISSEMENT ........................................................................................ 50 RÉSUMÉ ................................................................................................................................ 51 SURVEILLANCE ......................................................................................................................... 51 SURVEILLANCE OPÉRATIONNELLE .................................................................................. 52 Relevés préalables à l’application de dispersants .............................................................. 53 Niveau I ............................................................................................................................... 53 Niveau II .............................................................................................................................. 54 Niveau III ............................................................................................................................. 54 SURVEILLANCE ENVIRONNEMENTALE ............................................................................. 55 INJECTION SOUS-MARINE DE DISPERSANTS .................................................................. 57 MODÉLISATION DE LA TRAJECTOIRE ................................................................................... 59 vi CONSIDÉRATIONS RELATIVES AU MODÈLE DE TRAJECTOIRE .................................... 59 Renseignements sur les déversements d’hydrocarbures ................................................... 59 Distribution de la taille des gouttelettes d’hydrocarbures .................................................... 60 Courant ............................................................................................................................... 62 Vent ..................................................................................................................................... 62 Vagues ................................................................................................................................ 63 Glace ................................................................................................................................... 63 Température, salinité et particules totales en suspension .................................................. 64 MODÈLES DE TRAJECTOIRE ET DE DÉVERSEMENT D’HYDROCARBURES DISPONIBLES ....................................................................................................................... 64 Oil Spill Contingency and Response (OSCAR) ................................................................... 64 OILMAP et SIMAP .............................................................................................................. 65 SPILLCALC ......................................................................................................................... 66 COSMoS ............................................................................................................................. 67 RÉSUMÉ ..................................................................................................................................... 67 RÉFÉRENCES CITÉES ............................................................................................................. 68 FIGURES Figure 1 : Mode d’action des dispersants (tiré de NRC, 2005). .................................................... 4 Figure 2 : Impacts potentiels des hydrocarbures sur le biote marin. .......................................... 40 Figure 3 : Description d’un programme de surveillance des déversements d’hydrocarbures (source : AMSA, 2016). La surveillance opérationnelle équivaut à la surveillance de la phase d’intervention et la surveillance environnementale équivaut à la surveillance de la phase de rétablissement. ............................................................................................................................ 52 Figure 4 : Exigences et considérations relatives à la surveillance lors de l’utilisation de dispersants (tirée du document de l’IPIECA, 2020). ................................................................... 57 TABLEAUX Tableau 1 : Résumé comparatif de l’évolution des dispersants (IPIECA, 2001; EMSA, 2010; ITOPF, 2014). ............................................................................................................................... 4 Tableau 2 : Résumé comparatif des types d’hydrocarbures et de leur dispersibilité (USCG, 2003; NOAA, 2013; Dillon, 2017a). ............................................................................................... 6 Tableau 3 : Résumé du devenir et du comportement du pétrole, avec ou sans utilisation de dispersants. ................................................................................................................................. 20 Tableau 4 : Principales voies d’exposition aux hydrocarbures non traitées et aux hydrocarbures dispersés pour les récepteurs préoccupants marins. ................................................................. 25 Tableau 5 : Taux de résilience du biote marin benthique en eaux profondes dans le golfe du Mexique (adaptation de Schwing et al., 2020). ........................................................................... 49 vii RÉSUMÉ Le recours aux dispersants chimiques compte parmi les nombreuses mesures d’intervention en cas de déversement d’hydrocarbures. Depuis leur application à grande échelle dans le cadre des opérations d’intervention ayant suivi le déversement de pétrole dans le golfe du Mexique en 2010, les connaissances scientifiques sur les agents dispersants ont beaucoup avancé. Par conséquent, un grand nombre de travaux décrivant en détail les résultats et les constatations de nombreuses études et évaluations ont été produits. Une analyse documentaire a été effectuée pour regrouper les données et évaluer l’état des connaissances sur les dispersants chimiques dans un contexte canadien. Plus précisément, l’analyse porte sur la façon dont les dispersants interagissent avec le devenir, le comportement et le transport des hydrocarbures dans l’environnement, les séquences des effets des hydrocarbures dispersés sur le biote marin, les effets potentiels et les impacts des hydrocarbures dispersés sur le biote. De plus, en raison des préoccupations environnementales, elle tient compte des besoins particuliers en matière de surveillance et de modélisation de la trajectoire des déversements d’hydrocarbures pendant les opérations d’intervention lorsque des dispersants sont utilisés. Selon les conclusions de l’analyse documentaire, les dispersants chimiques modifient le transport, le devenir et les effets potentiels des hydrocarbures en modifiant leurs propriétés chimiques et physiques. Comme les agents dispersants augmentent le mouvement des hydrocarbures dans la colonne d’eau sous forme de petites gouttelettes de pétrole, ils peuvent modifier le niveau d’exposition de certaines espèces. Les dispersants peuvent par exemple améliorer la biodisponibilité des hydrocarbures pour certaines espèces. Cependant, d’après les résultats des évaluations de la toxicité en laboratoire, à des charges d’hydrocarbures inférieures à 100 mg/L (une valeur commune pour la plupart des scénarios de déversement d’hydrocarbures), les hydrocarbures dispersés chimiquement et les hydrocarbures non traités (sans application d’agents dispersants) semblent avoir relativement les mêmes effets sur le biote marin. L’un des compromis importants de l’utilisation d’agents dispersants est que, bien qu’ils puissent réduire les impacts des nappes de pétrole sur la faune à la surface de l’eau (p. ex. mammifères marins, oiseaux de mer) et le transport subséquent des hydrocarbures vers des côtes et des habitats côtiers vulnérables et riches sur le plan biologique, ils peuvent aussi accroître les impacts dans la colonne d’eau et les sédiments de l’environnement extracôtier. De nombreuses études en cours portent sur l’évaluation des impacts à long terme de l’utilisation de dispersants sur le biote dans le milieu marin extracôtier, afin de combler le manque de connaissances à cet égard. L’utilisation appropriée de dispersants au Canada doit tenir compte des circonstances et des conditions uniques de chaque scénario de déversement d’hydrocarbures, y compris la nature dynamique du milieu marin et le rôle des facteurs environnementaux, physiochimiques et écologiques. 1 INTRODUCTION CONTEXTE Le Canada possède un système de sécurité maritime solide, axé sur quatre grands piliers : la prévention; la préparation et l’intervention; la responsabilité et l’indemnisation; et le rétablissement. Au cours des dernières années, le gouvernement du Canada a consacré des ressources importantes à l’amélioration de certains aspects spécifiques du régime de protection de l’environnement et d’intervention d’urgence au Canada. En cas de déversement en milieu aquatique, Pêches et Océans Canada (MPO, qui comprend la Garde côtière canadienne) utilise des données scientifiques pour prendre des décisions qui facilitent la gestion efficace et durable des pêches du Canada, veiller à ce que les écosystèmes aquatiques soient protégés contre les répercussions négatives et éclairer l’intervention environnementale. Après un déversement d’hydrocarbures, il faut évaluer l’efficacité de tous les outils d’intervention disponibles, ce qui comprend le recours aux agents dispersants. Depuis certains incidents historiques de déversement d’hydrocarbures, comme le déversement de pétrole du Torrey Canyon au Royaume-Uni (1967) et le plus récent déversement de la plateforme de forage Deepwater Horizon (DWH) dans le golfe du Mexique (2010), d’importantes recherches liées à l’utilisation de dispersants ont été entreprises et nombre d’avancées scientifiques ont vu le jour Cette information, disponible sur diverses tribunes, n’a pas encore fait l’objet d’une évaluation critique portant précisément sur son applicabilité dans un contexte canadien. La portée de ce processus d’examen par les pairs est axée sur ce qui suit : • toutes les sources de pollution par les hydrocarbures (p. ex. en mer, navire, etc.); • utilisation dans un milieu marin (eau salée); • conditions environnementales au Canada (c.-à-d. écosystèmes aquatiques des climats tempéré et froid); • formulation de dispersant non spécifique; • mélange d’hydrocarbures dispersés (plutôt que le dispersant lui-même); • voies d’exposition et effets nocifs (plutôt que les mécanismes précis de toxicité ou d’effets); • considérations générales relatives aux répercussions, applicables aux groupes d’espèces (population/communauté – plutôt qu’aux espèces individuelles); • recommandations générales pour la surveillance (plutôt que des mesures précises et détaillées). OBJECTIFS Le présent document vise à résumer l’état actuel des connaissances sur les dispersants chimiques afin d’appuyer les discussions dans le cadre de la réunion d’examen scientifique par les pairs du Secrétariat canadien de consultation scientifique sur l’état des connaissances sur les dispersants chimiques pour les déversements d’hydrocarbures en mer au Canada, qui s’est tenue du 1er au 12 mars 2021. Le but de la réunion était de regrouper les renseignements et d’évaluer de façon critique l’état actuel des connaissances sur les dispersants dans un contexte canadien. Les questions abordées lors de cette réunion nationale étaient les suivantes : 2 1. Comment l’application de dispersants modifie-t-elle le mouvement des hydrocarbures et l’exposition des récepteurs sensibles (p. ex. espèces aquatiques, habitats et autres zones côtières ou marines sensibles)? 2. Quelles sont les différences en matière d’exposition et d’effets entre les hydrocarbures non traités et les hydrocarbures dispersés et leurs impacts potentiels à court et à long terme sur les récepteurs sensibles? 3. Quelles sont les principales considérations ou recommandations pour la surveillance de l’environnement après utilisation d’un dispersant? 4. Quels sont les besoins scientifiques prioritaires pour soutenir le régime de réglementation et la prise de décisions concernant l’utilisation de dispersants au Canada? Les résultats de ce processus devraient être utilisés pour : • éclairer efficacement les décisions critiques et urgentes en matière d’intervention en cas de déversement (comme la détermination des avantages environnementaux nets); • fournir des conseils scientifiques fondés sur le consensus pour éclairer et soutenir la communication des décisions d’intervention en cas de déversement; • appuyer et éclairer l’élaboration de règlements, de politiques, de normes et de directives sur l’utilisation de dispersants; • soutenir diverses autres initiatives du gouvernement du Canada liées à l’intervention en cas de déversement. CONTEXTE Les dispersants sont un mélange de surfactants dans le solvant qui améliore la dispersion naturelle des hydrocarbures (EMSA, 2010). Ils facilitent le transfert des hydrocarbures de la surface de la mer à la colonne d’eau sous forme de petites gouttelettes qui sont diluées – ce qui facilite le processus de dégradation microbienne (Lee et al., 2015). Bien que les dispersants n’éliminent pas les hydrocarbures du milieu marin, ils en changent les propriétés chimiques et physiques, ce qui modifie leur transport, leur devenir et leurs effets potentiels (NRC, 2005). Par exemple, l’amélioration potentielle de la biodégradation microbienne peut réduire ou éliminer des composants du pétrole qui sont très préoccupants pour l’environnement. L’utilisation de dispersants peut réduire efficacement la quantité d’hydrocarbures présente à la surface de l’eau et le risque pour les espèces de surface et sous la surface, y compris les oiseaux de mer, les mammifères marins et les tortues. La dispersion des hydrocarbures en mer à partir de la surface de l’eau aide à réduire la probabilité de transport du pétrole vers des eaux côtières, des marais riverains, des estuaires et des environnements de plage plus productifs (Lee et al., 2015). D’un point de vue écotoxicologique, la dispersion et la dilution rapides du pétrole transporté dans la colonne d’eau par des procédés naturels, à la suite de l’application de dispersants, réduiront probablement les concentrations de pétrole à des niveaux inférieurs aux seuils de toxicité (Lee et al., 2015). Les dispersants représentent l’une des nombreuses options d’intervention en cas de déversement d’hydrocarbures, qui incluent l’atténuation naturelle (rétablissement naturel surveillé – option d’intervention reconnue en cas de déversement d’hydrocarbures), le nettoyage des rives, la récupération physique/mécanique et le brûlage sur place (USGAO, 2012). Les dispersants peuvent constituer une méthode efficace pour atténuer les déversements d’hydrocarbures, comme cela a été montré dans le cadre de nombreux essais et lors de déversements réels. Par exemple, des dispersants ont été utilisés à grande échelle (au 3 moyen d’avions, de bateaux, de procédés en eaux profondes et de méthodes d’injection sous la surface) en milieu marin à la suite de l’explosion de DWH dans le golfe du Mexique en 2010, le plus important déversement de pétrole de l’histoire des États-Unis (BP, 2010; Congrès des États-Unis, 2011; Lee et al., 2015). Diverses études et recherches menées après l’incident de DWH relativement aux dispersants chimiques sont examinées dans la présente analyse. TYPES DE DISPERSANTS ET MODE D’ACTION En général, un dispersant chimique comporte trois composants : surfactants, solvants et additifs (USGAO, 2012). Les surfactants servent d’agents actifs dans la formulation. Les molécules de surfactants ont un groupe de tête hydrophile (affinité pour l’eau) et un groupe de queue oléophile (affinité pour les hydrocarbures) (IPIECA, 2001) (figure 1). Les molécules s’orientent vers l’interface pétrole-eau de sorte que le groupe de queue se trouve dans le pétrole et le groupe de tête dans l’eau, réduisant ainsi la tension de surface, ce qui fait que, lorsque l’on ajoute l’énergie des vagues, de petites gouttelettes se détachent de la nappe, restent en suspension et se propagent sous la surface (ITOPF, 2014). En conséquence de ce processus, la formation de ces petites gouttelettes (micelles stabilisées) diminue l’adhérence et la probabilité de nouvelle coalescence des gouttelettes d’hydrocarbures, ce qui peut avoir des répercussions pour l’intervention, car les hydrocarbures sont dispersés dans la colonne d’eau et moins susceptibles d’adhérer aux caractéristiques biotiques et abiotiques du milieu marin (Zhao et al., 2016a). Les surfactants utilisés dans les formulations de dispersants peuvent être non ioniques (p. ex. oléate de sorbitan et dérivés polyéthoxylés) ou anioniques (p. ex. dioctylsulfosuccinate de sodium) et leurs propriétés physicochimiques peuvent différer (National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine [NASEM], 2020). Les surfactants non ioniques sont moins solubles dans l’eau et généralement moins toxiques que les surfactants anioniques (Porter, 1991; Myers, 2006). La toxicité comparative des surfactants non ioniques et anioniques pour les espèces aquatiques a été examinée dans plusieurs évaluations (p. ex. Rouse et al., 1994; Tözüm Calgan et Atay Güneyman, 1994; Mustapha et Bawa-Allah, 2020). Dans les formulations de dispersants, le solvant réduit la viscosité des dispersants à des fins d’application (p. ex. pulvérisation) et peut aider les molécules de surfactants et les additifs à pénétrer dans la nappe de pétrole (ITOPF, 2014). Les solvants dans les formulations commerciales actuelles sont en grande partie à base d’hydrocarbures ou de glycol (p. ex. distillats légers hydrotraités ou dérivés du glycol) (NASEM, 2020). Les additifs dans une formulation de dispersant peuvent servir à améliorer la solubilité des surfactants ou à accroître la stabilité de la formulation (USGAO, 2012). 4 Figure 1 : Mode d’action des dispersants (tiré de NRC, 2005). Des améliorations ont été apportées aux formulations de dispersants depuis qu’elles ont été utilisées pour la première fois dans les années 1960. La première génération de dispersants était semblable aux dégraissants et aux agents de nettoyage industriels (ITOPF, 2014) et contenait de fortes concentrations de composés aromatiques qui étaient très toxiques dans le milieu aquatique (Lessard et DeMarco, 2000; NASEM, 2020). L’utilisation de dispersants de première génération (dégraissants et nettoyants industriels) dans le cadre du déversement du Torrey Canyon au Royaume-Uni en 1967 a causé d’importants dommages écologiques et amplifié les préoccupations scientifiques concernant la contamination de la mer (Wells, 2017). Les dispersants de première génération ne sont plus utilisés (ITOPF, 2014). Des progrès ont été réalisés pour élaborer des formulations de dispersants ayant une efficacité accrue et une toxicité réduite dans le milieu marin, ce qui comprend la mise au point de formulations de deuxième (type I) et de troisième génération (types II et III) (tableau 1). Les dispersants modernes sont habituellement formulés à partir de produits chimiques utilisés comme additifs alimentaires ou cosmétiques et ils présentent une toxicité aiguë semblable à celle des shampooings et des agents de nettoyage courants, y compris ceux servant à nettoyer les oiseaux de mer mazoutés (Hemmer et al., 2011; DeLorenzo et al., 2018; Word et al., 2015; USFWS, 2003; NRC 1989; 2005). L’efficacité du dispersant est habituellement définie en fonction de la quantité d’hydrocarbures que le dispersant envoie dans la colonne d’eau par rapport à la quantité qui reste à la surface (Chen et al., 2012). Tableau 1 : Résumé comparatif de l’évolution des dispersants (IPIECA, 2001; EMSA, 2010; ITOPF, 2014). Type de dispersant Calendrier approximatif Principales différences Première génération Années 1960 • Semblable aux dégraissants et aux nettoyants industriels • Forte teneur en composés aromatiques dans la formulation • Forte toxicité pour les organismes aquatiques 5 Type de dispersant Calendrier approximatif Principales différences Deuxième génération Type I Années 1970 • Solvant hydrocarboné (faible teneur, ou teneur nulle en composés aromatiques) • Concentration de surfactants de 10 à 25 % du poids • Application sans dilution (forme brute) • Ratio d’application entre 1:1 et 1:3 (dispersant/hydrocarbures) • Toxicité plus faible que les dispersants de première génération • Plus efficace que les dispersants de première génération • Moins toxique que les dispersants de première génération Troisième génération Type II Années 1970 • Concentré • Concentration de surfactants dans le solvant entre 25 et 65 % (poids) • Dilué avec de l’eau de mer, qui sert de solvant supplémentaire, et mélangé à l’aide de l’énergie des vagues • Ratio d’application de 2:1 à 1:5 (mélange de dispersant et d’eau de mer/hydrocarbures) • Conçu pour être pulvérisé à partir d’un navire • La dilution de l’eau de mer diminue l’efficacité • Plus efficace que les dispersants de première génération • Moins toxique que les dispersants de première génération Troisième génération Type III Années 1980 et 1990 • Concentré • Concentration de surfactants dans le solvant entre 25 et 65 % (poids) • Application sans dilution (forme brute) • Ratio d’application entre 1:5 et 1:50 (dispersant/hydrocarbures) • Convient à la fois pour l’application à partir d’un navire et pour l’épandage aérien • Formulation la plus couramment appliquée • Plus efficace que les dispersants de première et de deuxième génération • Moins toxique que les dispersants de première et de deuxième génération TYPES D’HYDROCARBURES ET UTILISATION DE DISPERSANTS Le type d’hydrocarbures et sa composition chimique ont une incidence sur la viabilité de l’utilisation de dispersants comme option d’intervention (NASEM, 2020). En cas de déversement et afin de déterminer l’efficacité des agents dispersants, les propriétés des hydrocarbures à prendre en considération sont la densité (souvent exprimée comme la densité de l’American Petroleum Institute (API) ou ﾟ API), la volatilité, la viscosité et le point d’écoulement (ITOPF, 2018). La densité API est un nombre utilisé pour indiquer la densité relative (DR) des hydrocarbures par rapport à l’eau et est calculée ainsi : API = (141,5/DR - 131,5). En général, l’eau de mer a une densité relative d’environ 1,03; par conséquent, les hydrocarbures ayant une densité API inférieure à 10 couleront probablement et ceux ayant une densité API supérieure à 10 flotteront (USCG, 2003). Les hydrocarbures couramment transportés peuvent être classés en quatre groupes standard ayant des caractéristiques variables (ITOPF, 2018). 6 Tableau 2 : Résumé comparatif des types d’hydrocarbures et de leur dispersibilité (USCG, 2003; NOAA, 2013; Dillon, 2017a). Groupe Densité API Exemples Caractéristiques (USCG, 2003; NOAA, 2013) Dispersion possible sur le plan opérationnel?1 1 >45 Hydrocarbures très légers Essence, naphte, kérosène • Très volatile et inflammable; • Taux élevés d’évaporation et de dispersion; • Propagation rapide; • Légère émulsification. Peu probable 2 35–45 Hydrocarbures légers Diesel, brut extra léger d’Arabie • Volatilité modérée, perte de volume pouvant atteindre 40 % en raison de l’évaporation; • Viscosité faible ou moyenne; • Potentiel d’émulsion. Possible 3 17,5–35 Bruts moyens Alaska North Slope, brut léger d’Arabie, brut moyen d’Arabie • Volatilité modérée, perte de volume pouvant atteindre 40 % en raison de l’évaporation; • Viscosité moyenne; • Généralement, formation immédiate d’émulsions stables, ou après une certaine évaporation. Possible 4 <17,5 Bruts lourds Medicine Hat Heavy, Nile Blend, Boscan, Pilon, Bunker C • Faible volatilité; • Viscosité moyenne ou élevée; • Évaporation minimale ou nulle; • Altération très lente; • Formation immédiate d’émulsions stables. Peu probable Les hydrocarbures du groupe 1 ne se prêtent pas bien à l’utilisation de dispersants, car ils s’évaporent facilement et ne sont pas persistants, ce qui réduit le besoin de recourir à un 1Chaque scénario de déversement est unique. Dans le cadre d’opérations d’intervention en cas de déversement d’hydrocarbures, pour déterminer si l’on peut procéder à l’application de dispersants (c.-à-d. pour déterminer si la dispersion est possible sur le plan opérationnel), il faut tenir compte de nombreux facteurs qui sont évalués dans le cadre d’une analyse des avantages environnementaux nets (AAEN). La suggestion relative à la dispersibilité proposée ci-dessus sert d’hypothèse générale fondée uniquement sur le type d’hydrocarbures et certaines caractéristiques. Les propriétés physiques des hydrocarbures peuvent limiter leur dispersibilité (p. ex. viscosité, épaisseur de la nappe), mais celle-ci peut aussi être influencée par d’autres facteurs (p. ex. état de la mer, température) ainsi que par le scénario de déversement même (Mukherjee et al., 2011). 7 dispersant en premier lieu. De plus, ils sont susceptibles de former des films superficiels trop minces pour pouvoir être dispersés. Les hydrocarbures du groupe 2, y compris les hydrocarbures légers, peuvent se prêter au recours aux agents dispersants, si ceux-ci sont utilisés avant qu’une altération et une émulsification d’envergure puissent se produire. Les hydrocarbures du groupe 3 peuvent être traités par l’entremise d’agents dispersants, selon leurs propriétés physiques et chimiques, dans le court laps de temps précédant les effets de l’altération et de l’émulsification sur la dispersibilité. Les hydrocarbures du groupe 4 sont peu susceptibles d’être traités à l’aide de dispersants, car leurs propriétés physicochimiques peuvent dépasser la portée efficace des dispersants (p. ex. certains hydrocarbures peuvent couler et former immédiatement des émulsions stables, ce qui réduit la viabilité de l’utilisation des dispersants). Malgré les hypothèses générales sur la dispersibilité, en fonction du type d’hydrocarbures et de ses caractéristiques, diverses études ont évalué l’efficacité des dispersants sur les hydrocarbures visqueux et altérés (voir Martinelli et Cormack, 1979; Lewis et al., 1995; Strøm-Kristiansen et al., 1997; Daling et Strom, 1999; Lessard et DeMarco, 2000). De plus, les hydrocarbures visqueux ont affiché des degrés de dispersibilité dans des conditions en mer simulées (Trudel et al., 2011). Il est plus difficile de disperser les hydrocarbures plus épais et visqueux (API plus faible) que les hydrocarbures dont la viscosité est faible (API plus élevée) (Dillon, 2017a). CONSIDÉRATIONS ENVIRONNEMENTALES RELATIVES À L’UTILISATION DE DISPERSANTS L’altération des hydrocarbures, principalement sous forme d’évaporation et d’émulsification, peut avoir des répercussions négatives sur la dispersion des hydrocarbures à mesure que le temps passe après un déversement. Certains hydrocarbures sont sujets à former des émulsions (c.-à-d. un mélange pétrole-eau), qui peuvent être difficiles à séparer et à disperser au moyen d’agents dispersants. Comme les hydrocarbures s’altèrent au fil du temps et deviennent plus visqueux, on considère que les dispersants sont plus efficaces pour les hydrocarbures qui ont été à la surface de l’eau pendant de courtes périodes et qui sont moins visqueux – ce qui souligne la nécessité de prendre des décisions rapides (API, 2012). Les dispersants ne devraient pas être utilisés en eau peu profonde, généralement définie comme étant à moins de 10 m (ARPEL, 2007), puisque le panache de pétrole dispersé peut entrer en contact avec des espèces sensibles se trouvant près du littoral et toucher des caractéristiques de la colonne d’eau et du fond marin, exposant potentiellement les organismes à de fortes concentrations de pétrole dispersé (EMSA, 2010). Étant donné que le pétrole contenu dans un panache chimiquement dispersé pénètre dans la colonne d’eau, la profondeur de l’eau est un facteur dont il faut tenir compte dans les analyses relatives à l’application de dispersants et les AAEN (NASEM, 2020). La profondeur de l’eau et le taux d’échange d’eau permettent aux hydrocarbures dispersés de se mélanger et de se diluer dans la colonne d’eau, ce qui entraîne la formation de fines gouttelettes d’hydrocarbures et leur dissolution. On pensait qu’il était nécessaire d’avoir de l’énergie sous forme de vagues déferlantes ou de crêtes pour faciliter la séparation des petites gouttelettes d’hydrocarbures et leur transport dans la colonne d’eau (EMSA, 2010; Huber et al., 2014). Cependant, on a observé sur le terrain que les dispersants étaient efficaces à des taux de dissipation d’énergie plus faibles (Huber et al., 2014). Les mers agitées et les vents forts contribuent à une dispersion plus rapide; toutefois, il y a une limite maximale, car le niveau de « pure » énergie requise pour le mélange dans des conditions de haute mer (p. ex. conditions de tempête) dispersera les hydrocarbures naturellement sans l’ajout de dispersants (NASEM, 2020). En vertu des lignes directrices opérationnelles, l’épandage de dispersants est généralement jugé inefficace à des vitesses de vent supérieures à 25 à 30 nœuds, puisque les 8 hydrocarbures seraient submergés la plupart du temps (EMSA, 2010). Les forts vents peuvent également augmenter la dérive, ce qui rend difficile l’application exacte de dispersants sur la nappe de pétrole. Ils peuvent aussi limiter l’approbation des opérations aériennes en raison de préoccupations relatives à la sécurité. La plupart des dispersants disponibles sur le marché sont spécialement conçus pour être utilisés dans des conditions marines dont la salinité est d’environ 30 à 35 parties par millier (ITOPF, 2014). Bien que les dispersants puissent être formulés pour être utilisés dans les eaux moins salées, les recommandations concernant leur utilisation dans les systèmes d’eau douce sont limitées en raison de préoccupations environnementales (p. ex. les eaux intérieures touchées par des déversements d’hydrocarbures peuvent être peu profondes ou avoir des prises d’eau potable, une circulation réduite ou une charge sédimentaire élevée [Lehtinen et Vesala, 1984; Payne et al., 1985; Blondina et al., 1999; George-Ares et al., 2001]). Il existe des dispersants commerciaux pour l’eau douce ou de faible salinité, mais ils n’ont pas été étudiés aussi en profondeur que les formulations de dispersants en milieu marin (SL Ross, 2010). Avantages des agents dispersants Pour choisir une mesure d’intervention, on prend en compte et évalue les avantages, les limites, les exigences opérationnelles et les répercussions négatives potentielles de chaque option d’intervention par rapport aux circonstances du déversement (Dillon, 2017a)2. Avant l’utilisation d’un dispersant, une AAEN est menée pour évaluer les compromis associés à son application et établir un équilibre (Turner et al., 2010). Ce processus exige une compréhension approfondie des impacts relatifs des hydrocarbures déversés à court et à long terme, ainsi que des capacités, des limites et des conséquences probables des différentes options d’intervention, y compris les impacts potentiels que les agents dispersants peuvent avoir sur l’environnement dans lequel ils sont introduits. Pour obtenir de plus amples renseignements sur le processus de l’AAEN, veuillez consulter le document du MPO (2014). Malgré les avantages opérationnels des dispersants, il est nécessaire d’effectuer une AAEN pour évaluer les options d’intervention et leurs résultats probables pour les personnes et l’environnement, par rapport à l’absence d’intervention (Dillon, 2016). Selon le scénario de déversement, et sous réserve d’une AAEN, les dispersants peuvent offrir des avantages par rapport aux autres options d’intervention, y compris la récupération physique/mécanique, le brûlage sur place et l’atténuation naturelle. L’éventail des conditions environnementales dans lesquelles les dispersants peuvent être appliqués est plus grand que celui des opérations de récupération mécanique ou de brûlage sur place, en ce qui a trait à la vitesse du vent, la hauteur des vagues et l’épaisseur de la nappe d'hydrocarbures. Les dispersants sont la seule option efficace pour les déversements en mer lorsque les nappes sont très minces (< 0,1 mm) (SpillPrevention.org, 2014a). Les dispersants peuvent aussi constituer une option d’intervention viable pour les déversements plus importants qui sont loin des côtes et loin des réserves d’équipement de récupération et de confinement. En effet, les agents dispersants, qui sont généralement considérés comme étant les plus efficaces 2 Il est important de comprendre les propriétés physiques et chimiques du pétrole ou des hydrocarbures déversés, le degré d’altération et le calendrier de déploiement éventuel afin de mener un examen initial de la pertinence et de la viabilité du dispersant chimique comme option d’intervention. Les propriétés des hydrocarbures à prendre en considération sont la densité (souvent exprimée par la densité API), le degré d’altération, la viscosité, le point d’écoulement et l’épaisseur de la nappe (ce qui est important pour l’application en surface). 9 pour les hydrocarbures qui sont dans l’eau depuis moins de 72 à 96 heures, peuvent être appliqués rapidement à partir d’aéronefs, qui peuvent se déplacer beaucoup plus vite que les navires vers les lieux de déversement et entre ceux-ci. Une arrivée plus rapide à l’emplacement du déversement permet de commencer une intervention efficace avant que les nappes aient la possibilité de se propager, de se déplacer ou de se séparer en plus petites nappes de surface. L’efficacité des agents dispersants augmente lorsque l’énergie requise pour le mélange, sous forme de vagues, augmente, puisque plus cette énergie est grande, plus les gouttelettes d’hydrocarbures dispersées qui en résultent sont petites. Il importe de souligner que le « taux de rencontre », soit la zone traitée au fil du temps, est beaucoup plus grand par application aérienne que celui qui peut être obtenu à partir d’un navire de surface. L’injection sous-marine de dispersants peut également être utilisée pour traiter les rejets d’hydrocarbures provenant d’une source ponctuelle (p. ex. une éruption de puits) avant qu’ils n’atteignent la surface et forment une nappe étendue (SpillPrevention.org, 2014a). L’injection sous-marine de dispersants (ISMD) a un taux de rencontre maximal, car on applique les dispersants directement au point de rejet des hydrocarbures (NASEM, 2020). Les autres avantages associés à l’ISMD sont les suivants : • réduit le besoin d’opérations de récupération en surface, de brûlage sur place et de dispersion en surface, diminuant ainsi le risque d’exposition et d’accidents pendant ces opérations; • réduit le potentiel de composés organiques volatils (COV) à la surface (Gros et al., 2017); • réduit la possibilité que les hydrocarbures atteignent le littoral (French McCay et al., 2018); • un grand volume d’eau est disponible pour la dilution; • grande efficacité – traitement d’hydrocarbures récemment déversés et non émulsifiés dans de fortes conditions turbulentes (Brandvik et al., 2016; 2019); • injection à un endroit gérable, avec contrôle et précision; • peut avoir lieu dans la plupart des conditions météorologiques, menant à des opérations 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 (IOGP-IPIECA, 2015). De plus, même si les températures froides peuvent nuire à la faisabilité de certaines options d’intervention sur le plan opérationnel, les évaluations indiquent que les températures plus froides ne réduisent pas la dispersibilité de nombreux hydrocarbures ni l’activité du dispersant. (Brown et Goodman, 1996, Owens et Belore, 2004, Sørstrøm et al., 2010; Faksness et al., 2017). Par conséquent, les dispersants chimiques sont une option d’intervention efficace en cas de déversement d’hydrocarbures dans des conditions d’eau froide. Problèmes liés aux agents dispersants Malgré les avantages énumérés ci-dessus, les agents dispersants ont des limites et ne devraient être utilisés que lorsque cela est approprié, en fonction d’une AAEN. Dans certains scénarios de déversement, il peut ne pas être nécessaire d’ajouter des dispersants compte tenu du devenir et du comportement des hydrocarbures déversés et/ou des conditions environnementales (p. ex. les hydrocarbures s’évaporent ou se dispersent naturellement, les conditions ne le permettent pas). Comme il a été mentionné pour toutes les options d’intervention en cas de déversement, la période optimale pour l’application de dispersants dépend de l’altération des hydrocarbures, de l’épaisseur de la nappe et de l’émulsification. L’utilisation optimale des agents dispersants concerne le pétrole brut léger qui vient d’être rejeté (voir le tableau 2). Les dispersants sont 10 généralement moins efficaces pour le pétrole brut lourd et les hydrocarbures altérés ayant une viscosité plus élevée ou ceux qui sont sujets à former des émulsions (Walker et al., 2003; ASTM International, 2013). Les effets potentiels des agents dispersants et des hydrocarbures dispersés dans la colonne d’eau sur l’écosystème marin constituent une préoccupation courante. L’utilisation de dispersants dans les zones côtières littorales, y compris les terres humides ou les marais salés, est limitée par la présence d’eaux peu profondes et une énergie des vagues limitée (Lee et al., 2015). De plus, l’efficacité des dispersants est réduite dans les milieux d’eau saumâtre ou d’eau douce, car les formulations disponibles sur le marché dans la majorité des réserves existantes sont fabriquées pour les milieux d’eau salée seulement (ITOPF, 2014). Il faut établir un équilibre entre les effets environnementaux potentiels du déplacement des hydrocarbures de la surface vers la colonne d’eau en vue d’une dilution rapide (qui peut modifier les mécanismes d’exposition des organismes aquatiques) et les conséquences de ne pas traiter les hydrocarbures (cet équilibre est au cœur de l’AAEN). Un examen des effets écotoxicologiques potentiels et des impacts des hydrocarbures dispersés sur les espèces aquatiques marines est fourni dans les sections subséquentes du présent rapport. CADRE DE RÉGLEMENTATION RELATIF À L’UTILISATION DE DISPERSANTS AU CANADA Au Canada, les dispersants sont reconnus depuis les années 1960 comme une mesure efficace de lutte contre les déversements d’hydrocarbures. La Direction des urgences environnementales d’Environnement Canada a été établie en 1972 et a adopté les « Règles d'emploi et d'admissibilité des dispersants pour traiter les nappes de pétrole » en 1973 (Environnement Canada, 1973). En vertu de la Loi sur les opérations pétrolières au Canada (la Loi), le Règlement établissant une liste des agents de traitement a été adopté en 2016. Le terme « agent de traitement » (AT) s’applique à divers produits, notamment aux agents dispersants. Le rejet d’AT ou de toute substance nocive dans les eaux canadiennes est interdit par un certain nombre de lois environnementales fédérales, y compris la Loi de 1994 sur la convention concernant les oiseaux migrateurs, la Loi sur les pêches et les dispositions sur l’immersion en mer de la Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) (LCPE 1999). Plus précisément, en cas de déversement d’hydrocarbures provenant d’une plateforme de forage en mer, la Loi lève les interdictions légales (annexes 1 et 2 de la Loi) qui empêcheraient autrement l’utilisation d’un AT si : • l’AT est inscrit dans un règlement pris par le ministre de l’Environnement; • l’utilisation de l’AT est permise en vertu d’une autorisation reçue de la part d’une commission responsable; • en réponse à un déversement, l’agent principal de la conservation de la commission responsable établit que l’utilisation de l’AT est susceptible de créer un avantage environnemental net dans les circonstances particulières du déversement et accorde son approbation; • l’AT est utilisé conformément aux conditions énoncées par l’agent principal de la conservation au moment du déversement. Les AT indiqués dans le Règlement sont Corexit® EC9500A (dispersant) et Corexit® EC9580A (agent de nettoyage de surface). Corexit® EC9500A, un dispersant concentré de type III, est le 11 seul dispersant approuvé au Canada. À l’heure actuelle, l’utilisation de dispersants au Canada n’est réglementée que pour les sources extracôtières. DEVENIR ET COMPORTEMENT PROPRIÉTÉS DES HYDROCARBURES QUI INFLUENT SUR LE DEVENIR ET LE TRANSPORT Les lois de la physique et de la chimie guident le devenir, le comportement et le transport des hydrocarbures, mais le devenir et le comportement sont également influencés par le type d’hydrocarbures (et ses propriétés), les conditions environnementales, les processus biologiques, les activités humaines et le temps (Daling et al., 1997). Les propriétés chimiques et physiques des hydrocarbures détermineront la façon dont ceux-ci seront altérés par les processus environnementaux, y compris l’évaporation, l’aérosolisation, l’oxydation photochimique, la dissolution, la biodégradation, l’agrégation et l’adhérence (NASEM, 2020). Les caractéristiques chimiques du pétrole, y compris le poids moléculaire des hydrocarbures, l’abondance des éléments (y compris l’azote, le soufre et l’oxygène) et l’abondance relative des composés saturés et aromatiques, des résines et des asphaltènes, peuvent influer sur le devenir et le transport des hydrocarbures (NASEM, 2020). De plus, les propriétés des hydrocarbures, comme la densité, la volatilité, la viscosité et le point d’écoulement (ITOPF, 2018), sont utiles pour comprendre comment les hydrocarbures peuvent subir des processus d’altération et de transport. La taille des gouttelettes d’hydrocarbures est également un facteur important qui régit le devenir et le comportement des hydrocarbures dans l’environnement marin (NASEM, 2020). Les grosses gouttelettes d’hydrocarbures flottent mieux et remontent à la surface plus rapidement que les fines gouttelettes, qui devraient demeurer dans la colonne d’eau plus longtemps (CRRC, 2017a). Comme les petites gouttelettes (dont le rapport surface-volume est plus élevé) remontent à la surface à un rythme plus lent, elles perdent de plus en plus de composants solubles et subissent un processus de biodégradation accru pendant cette période, comparativement aux grosses gouttelettes, ce qui réduit les COV à la surface de l’eau (NASEM, 2020). DEVENIR DES HYDROCARBURES La présente section décrit les processus types du devenir des hydrocarbures déversés (collectivement appelés « altérations ») et la façon dont ces processus peuvent être altérés par l’utilisation de dispersants chimiques. Il est important de reconnaître que les conditions environnementales, y compris (sans toutefois s’y limiter) la température de l’eau et de l’air, la profondeur de l’eau, la présence de glace, l’énergie requise pour le mélange et la salinité, ainsi que les propriétés des hydrocarbures et leur type, peuvent influer sur les processus d’altération des hydrocarbures (CRRC, 2017a). L’examen des processus du devenir présenté ci-dessous porte sur les processus les plus touchés par l’utilisation de dispersants. Certains des processus qui ne sont pas pertinents pour les hydrocarbures dispersés ne sont pas abordés dans le présent document, mais le sont ailleurs (p. ex. Lee et al., 2015; CRRC, 2017a). Dispersion et dilution Les hydrocarbures déversés dans le milieu marin se dispersent et se diluent généralement au fil du temps (Lee et al., 2013). Selon l’énergie requise pour le mélange, l’application de dispersants chimiques sur les nappes de pétrole peut également améliorer le déplacement du pétrole vers la colonne d’eau, où il peut être dilué davantage (NRC, 2005). 12 Évaporation L’évaporation suppose la perte des composés volatils légers et solubles dans l’eau présents dans les hydrocarbures après un déversement (Stout et al., 2017). L’évaporation se produit rapidement et joue un rôle important dans la modification des propriétés physiques et chimiques des hydrocarbures et peut nuire à l’efficacité des agents dispersants. L’évaporation produit un résidu plus épais, plus dense et moins soluble que les hydrocarbures déversés initialement. L’utilisation de dispersants chimiques vise à disperser les hydrocarbures dans la colonne d’eau, réduisant ainsi potentiellement l’évaporation des composants volatils dans l’atmosphère. Aérosolisation En ce qui concerne les hydrocarbures, l’aérosolisation peut se produire de deux façons différentes. Elle peut survenir lorsque les vagues poussent l’air à la surface de la colonne d’eau, ce qui produit des bulles. Celles-ci remontent ensuite la colonne d’eau et éclatent à la surface. Des bulles contenant des composés pétroliers peuvent alors libérer ces composés dans l’atmosphère. L’aérosolisation peut également se produire lorsque les composés évaporés du pétrole s’oxydent et créent des aérosols organiques secondaires. Les composés aérosolisés peuvent présenter des problèmes en ce qui concerne la qualité de l’air à proximité d’un déversement d’hydrocarbures (Middlebrook et al., 2012). La dispersion naturelle des hydrocarbures en mer peut produire des aérosols et dépend de l’état de la mer et d’autres conditions environnementales (Deane et Stokes, 2002). En théorie, l’utilisation de dispersants chimiques vise à disperser les hydrocarbures dans la colonne d’eau, réduisant ainsi la formation d’aérosols. Cependant, de nouvelles données probantes découlant d’études en laboratoire indiquent que les dispersants augmentent l’aérosolisation des composés pétroliers en présence de vagues déferlantes. Selon les évaluations en laboratoire, l’aérosolisation accrue des hydrocarbures en présence de dispersants est considérée comme une fonction à la fois de la capacité du dispersant à disperser les hydrocarbures dans la colonne d’eau et de la capacité de flottaison des bulles contenant du pétrole (Ehrenhauser et al., 2014; Afshar-Mohajer et al., 2018). Le lien entre l’aérosolisation et l’utilisation de dispersants, ainsi que le devenir de toute gouttelette aérosolisée, nécessite une validation dans le cadre de scénarios réels et devrait faire l’objet de recherches dans l’avenir. Photomodification La photomodification est l’altération des composants du pétrole par la lumière du soleil et peut se produire par des mécanismes directs et indirects, y compris la photodégradation (décomposition causée par la lumière du soleil) et la photooxydation (oxydation causée par la lumière du soleil) (voir NRC, 2005). Lorsque des composés dans le pétrole subissent une photooxydation, la composition du pétrole peut changer en raison de la génération de produits qui ne sont pas présents dans le pétrole déversé initialement (NRC, 2005; Ward et al., 2018). La photomodification peut se produire rapidement à la suite d’un déversement de pétrole et peut réduire la période optimale pour une application efficace de dispersants (NASEM, 2020). Le taux de photooxydation dépend de la quantité de rayonnement incident, qui peut être touchée par les conditions météorologiques et la période de l’année, et de la composition chimique du pétrole (NASEM, 2020). De plus, certains composants du pétrole sont plus sensibles à la photooxydation que d’autres (Yang et al., 2015; Stout et Payne, 2016). Les résultats de la photooxydation varient selon les hydrocarbures déversés et les conditions environnementales. D’après la documentation, la photooxydation peut contribuer à ce qui suit (Chapelle, 2001; Wang et Fingas, 2003; NRC, 2005; Yang et al., 2015; Lee et al., 2015) : 13 • Possibilité d’augmentation des taux de biodégradation en raison de la biodisponibilité accrue des hydrocarbures. • Possibilité de sous-produits toxiques, surtout en raison des composés d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui subissent une photooxydation et/ou une photosensibilisation. • Les sous-produits peuvent comprendre des produits plus solubles dans l’eau ou des résidus de goudron et de gomme, selon les hydrocarbures déversés. Certaines études ont montré que les dispersants peuvent accélérer la photodégradation des composants du pétrole (Zhao et al., 2016b; Fu et al., 2017). Dans une évaluation en laboratoire, Ward et al. (2018) ont montré que l’efficacité des dispersants était réduite pour les hydrocarbures qui avaient subi une photomodification, comparativement aux hydrocarbures qui n’avaient pas été exposés à la lumière du soleil. Dissolution Les hydrocarbures sont formés de nombreux composés, dont certains peuvent être solubles dans l’eau. De nombreux facteurs influent sur la dissolution (solubilité) des hydrocarbures, y compris (sans toutefois s’y limiter) la température, la salinité, la pression et les propriétés chimiques et physiques des hydrocarbures (Ryerson et al., 2011; Gros et al., 2017; Jaggi et al., 2017). L’objectif principal des agents dispersants est de créer de plus fines gouttelettes occupant une surface accrue, favorisant ainsi la dissolution et d’autres processus (p. ex. biodégradation) (Atlas et Hazen, 2011; Ryerson et al., 2012; Bagby et al., 2017). La dissolution est particulièrement importante dans les scénarios où les hydrocarbures se retrouvent moins facilement à la surface de l’eau (p. ex. rejets sous-marins, rejets d’hydrocarbures sous la glace), car les composés qui sont de plus en plus solubles dans l’eau peuvent également être volatils (Gros et al., 2016, 2017; NASEM, 2020). Les processus d’altération dans la colonne d’eau, y compris la dissolution, peuvent réduire le transfert de composés pétroliers volatils dans l’atmosphère (Gros et al., 2017). Les dispersants augmentent l’exposition aqueuse des hydrocarbures en accroissant la surface exposée à l’eau, ce qui pourrait améliorer la dissolution des hydrocarbures (Reddy et al., 2012; Ryerson et al., 2012; NASEM, 2020). Émulsification Lorsque l’eau de mer et le pétrole se mélangent, des émulsions de type huileux, ou « eau dans l’huile » se forment. La capacité des types d’hydrocarbures de former des émulsions varie (veuillez consulter la section Types d’hydrocarbures et utilisation de dispersants). Les propriétés du pétrole émulsionné sont différentes de celles du pétrole rejeté initialement, le pétrole émulsionné adoptant des propriétés physiques semi-solides. Le pétrole émulsionné est plus visqueux que le pétrole initial, ce qui le rend plus difficile à disperser. L’émulsification peut également réduire le taux de biodégradation du pétrole (Lee et al., 2011a). L’utilisation de dispersants chimiques peut réduire ou empêcher les émulsions de type huileux (souvent appelées « mousses »), car elle réduit la présence de pétrole à la surface de la mer, où l’émulsification se produit le plus souvent en raison du mélange. L’un des objectifs de l’injection de dispersants sous la surface est de réduire le mélange de pétrole et d’eau à mesure qu’il monte dans la colonne d’eau, réduisant ainsi l’émulsification. Bien que les dispersants chimiques puissent être utilisés pour le pétrole émulsionné, ils peuvent ne pas être aussi efficaces que pour le pétrole non émulsionné (Belore et al., 2008; NRC, 2014). 14 Formation d’hydrates Les hydrates de gaz sont des cristaux formés à partir d’eau et de gaz d’hydrocarbures, dans des conditions précises de pression et de température (Uchida et al., 2020). La formation d’hydrates de gaz est particulièrement pertinente pour les rejets sous-marins d’hydrocarbures en profondeur (> 300 m) dans des conditions de haute pression et de basse température. La formation d’hydrates de gaz peut avoir des répercussions sur le devenir et le transport des hydrocarbures dans la colonne d’eau (voir Johansen et al., 2003; Warzinski et al., 2014). On ne s’attend pas à ce que les agents dispersants aient une grande incidence sur la formation d’hydrates dans un scénario de déversement sous-marin (NASEM, 2020). Agrégats hydrocarbures-particules Le terme « agrégats hydrocarbures-particules (AHP) » englobe de manière générale l’interaction des hydrocarbures avec les matières inorganiques et organiques dans l’environnement et comprend notamment les agrégats hydrocarbures-minéraux et les agrégats hydrocarbures-sédiments (Fitzpatrick et al., 2015; Zhao et al., 2016b, 2017). Par définition, les AHP sont de petite taille (de 20 à 100 µm) et sont dominés par les résidus d’hydrocarbures, ainsi que par les matières inorganiques et organiques (Quigg et al., 2020). La formation d’AHP a une incidence sur la flottabilité des gouttelettes d’hydrocarbures, ce qui favorise le transport dans la colonne d’eau et les sédiments par les courants (Lee et al., 2003a). La formation d’AHP peut améliorer la dissolution et la biodégradation des hydrocarbures (Lee et al., 1997; Weise et al., 1999; Khelifa et al., 2002; Aveyard et al., 2003; Ajijolaiya et al., 2006; Gong et al., 2014). Il y a un lien positif entre la formation d’AHP et la dispersion des hydrocarbures. Tout d’abord, la formation d’AHP améliore la dispersion des hydrocarbures (Lee, 2002; Owens et Lee, 2003). En même temps, la fragmentation des hydrocarbures en gouttelettes plus fines par l’entremise de la dispersion (naturelle ou chimique) soutient plus facilement la formation d’AHP (Gong et al., 2014; Gustitus et al., 2017). Selon la documentation, l’utilisation de dispersants chimiques est en synergie avec la dispersion des agrégats hydrocarbures-minéraux et des AHP (Li et al., 2007; Khelifa et al., 2008; Wang et al., 2013). L’utilisation de dispersants favorise la formation de gouttelettes d’hydrocarbures plus fines, qui sont plus sujettes à la formation d’AHP (Quigg et al., 2020), ce qui peut entraîner une dissolution et une biodégradation accrues des composants du pétrole. Neige marine hydrocarbonée Le terme « neige marine hydrocarbonée » est utilisé pour décrire un agrégat de pétrole et de matières organiques (p. ex. bactéries, phytoplancton) (Passow et al., 2012; Fu et al., 2014; Daly et al., 2016; Passow et Ziervogel, 2016). La neige marine est présente naturellement dans l’océan en raison de la pluie continue de détritus principalement organiques qui tombent des couches supérieures de la colonne d’eau (Alldredge, 2001). La neige marine hydrocarbonée se forme lorsque des composants du pétrole (hydrocarbures) sont adsorbés sur des particules organiques ou se retrouvent piégés dans des matrices de neige marine (Wirth et al., 2018). Par définition, comparativement aux AHP (agrégats hydrocarbures-particules), la neige marine hydrocarbonée a une taille plus grande (> 0,5 mm) et est dominée par les particules organiques (Daly et al., 2016; Passow et Ziervogel, 2016; Quigg et al., 2020). Après le déversement de Deepwater Horizon, on a observé de la neige marine hydrocarbonée. On a émis l’hypothèse que la neige marine hydrocarbonée emprisonnait des particules et des matières organiques supplémentaires au moyen d’un processus appelé Marine Oil Snow Sedimentation and Flocculent Accumulation (MOSSFA – sédimentation et floculation dans la neige marine hydrocarbonée) (Passow et al., 2012; White et al., 2012; Montagna et al., 2013; 15 Kinner et al., 2014; Romero et al., 2015). Ce processus a entraîné une augmentation des taux d’accumulation de sédiments à la suite du déversement de DWH (Brooks et al., 2015). Selon les évaluations effectuées à la suite de ce déversement, la formation de neige marine hydrocarbonée semble être influencée par la dynamique du plancton, les éléments nutritifs et les minéraux en suspension dans la colonne d’eau (Daly et al., 2016). Des incertitudes demeurent quant au lien entre les dispersants chimiques, le processus de MOSSFA et la formation de neige marine (Passow et al., 2017). L’importance des études en laboratoire qui font état d’un lien positif entre les agents dispersants et la formation de neige marine a été remise en question en raison de la pertinence des conditions expérimentales utilisées par rapport à celles susceptibles d’être présentes sur le terrain pendant les opérations d’intervention réelles (Lee et al., 2013; Prince et al., 2016; Brakstad et al., 2018). À l’heure actuelle, il semble que les agents dispersants peuvent augmenter ou diminuer la probabilité d’un événement de neige marine hydrocarbonée à la suite d’un déversement, selon les conditions environnementales et le type/degré d’altération des hydrocarbures. Les dispersants peuvent soutenir la formation de neige marine et le transport des hydrocarbures vers les profondeurs océaniques; d’autres études sont en cours pour valider et évaluer l’importance écologique de ce phénomène dans des conditions réelles (NASEM, 2020). Biodégradation Les mélanges d’hydrocarbures représentent des sources d’énergie pour les communautés microbiennes (Prince et al., 2016). On estime que la biodégradation aérobie devrait se produire rapidement dans des scénarios réels de déversement de pétrole, car le pétrole se disperse et se dilue naturellement et est par la suite dégradé par des microbes (Brakstad et al., 2014). Pour qu’il y ait biodégradation, les composés pétroliers doivent rencontrer des consommateurs microbiens dans l’environnement marin. La biodégradation des composés pétroliers peut se produire lorsque les composés se trouvent dans la phase aqueuse ou à l’interface pétrole-eau, ce qui rend les fractions dissoutes et dispersées du pétrole très sensibles à la biodégradation (CRRC, 2017a; Brakstad et al., 2018). Les taux de biodégradation dépendent de divers facteurs environnementaux et écologiques. Les structures des communautés microbiennes varient dans les milieux marins d’une région géographique à l’autre (CRRC, 2017a), mais les microbes qui dégradent le pétrole sont répandus à l’échelle mondiale et comprennent les bactéries, les archées méthanogènes et les champignons (Head et al., 2003; 2006). Les microbes capables de dégrader le pétrole ont évolué et se sont adaptés au fil du temps en réponse aux suintements naturels de pétrole (Atlas, 1995). La température et la profondeur de l’eau sont deux facteurs clés liés à la biodégradation dans le milieu marin, car elles influent sur la viabilité des communautés microbiennes (CRRC, 2017a). La température est une condition environnementale particulièrement importante pour la biodégradation. Les températures optimales pour les taux de dégradation des hydrocarbures dans le milieu marin sont de l’ordre de 15 à 20 degrés Celsius (°C) (Das et Chandran, 2011). Toutefois, Hazen et al. (2010) ont mesuré la demi-vie de biodégradation des n-alcanes, d’une durée de quelques jours, dans le panache sous-marin dispersé et dilué (de 2 à 442 parties par milliard [ppb]) de la plateforme Deepwater Horizon à une profondeur de 1 100 à 1 220 m et à 5 °C. Les communautés microbiennes en eau froide, y compris celles de l’Arctique, ont affiché des capacités de biodégradation semblables à celles des communautés microbiennes résidant dans les mers tempérées (Brakstad et Bonaunet, 2006; Brakstad et al., 2014; McFarlin et al., 2014). 16 Des études menées par Stewart et Marks (1978) et Yeung et al. (2015) ont montré la présence généralisée de microbes dégradant le pétrole dans l’eau et les sédiments de la côte est du Canada, et Greer et al. (2014) ont décrit les communautés microbiennes capables de dégrader le pétrole dans l’eau de mer et la glace de l’Arctique canadien. Pour déterminer l’importance de l’atténuation naturelle, les taux de dégradation des hydrocarbures ont été quantifiés pour les communautés microbiennes indigènes dans les eaux de l’océan Pacifique et de l’océan Atlantique du Canada (Tremblay et al., 2017; 2019). La capacité des agents dispersants de fragmenter les hydrocarbures en gouttelettes plus fines offre une plus grande surface pour la colonisation microbienne et soutient la biodégradation (Brakstad et al., 2014, Prince et Butler, 2014; Prince et al., 2016; Ribicic et al., 2018). Dans une évaluation effectuée en laboratoire, l’ajout d’un dispersant a permis d’améliorer les taux de dégradation du pétrole brut près de la surface dans des conditions simulées en eau de mer à proximité d’installations de production de pétrole brut et de gaz naturel au large de l’est du Canada (Tremblay et al., 2017). Il a également été montré que les formulations de dispersants améliorent la biodégradation en servant de source alimentaire pour les communautés microbiennes (Lee et al., 1985; Varadaraj et al., 1995). En outre, la formation d’AHP améliore la biodégradation des hydrocarbures – et l’application de dispersants soutient la formation d’AHP (Lee et al., 1997; Weise et al., 1999; Khelifa et al., 2002; Aveyard et al., 2003; Ajijolaiya et al., 2006; Gong et al., 2014). L’impact des dispersants chimiques sur les taux de biodégradation dans le cadre des évaluations menées en laboratoire a permis d’expliquer les résultats variables (Macnaughton et al., 2003; Kleindienest et al., 2015). Les écarts entre les résultats des scénarios du monde réel et ceux établis en laboratoire sont généralement attribués à la conception des études et aux méthodes de laboratoire qui ne représentent pas les réalités des scénarios du monde réel, particulièrement en ce qui concerne les concentrations et la dilution des hydrocarbures (Lee et al., 2013; Prince et al., 2016). Lien entre les processus d’altération et les dispersants chimiques Comme il est mentionné dans la section Considérations environnementales relatives à l’utilisation de dispersants, les processus d’altération des hydrocarbures peuvent réduire l’efficacité des dispersants – définie sur le plan opérationnel comme la quantité de pétrole transférée dans la colonne d’eau par rapport à ce qui reste à la surface. L’efficacité de l’utilisation de dispersants en cas de déversement d’hydrocarbures dépend de divers facteurs, dont la composition des hydrocarbures, le taux de dissipation de l’énergie, l’altération des hydrocarbures, le type d’agent dispersant et la quantité appliquée, la température et la salinité de l’eau (Chen et al., 2012). Par exemple, à mesure qu’il y a altération des hydrocarbures, leur viscosité augmente, ce qui complexifie leur dispersion chimique. De façon générale, l’évaporation des composants volatils produit un résidu d’hydrocarbures ayant une viscosité plus élevée, une solubilité plus faible et une densité plus grande, ce qui est plus difficile à disperser. Selon leur type, les hydrocarbures altérés peuvent également former des émulsions qui sont également difficiles à disperser chimiquement. D’après les données probantes examinées, les agents dispersants peuvent améliorer la dispersion, la dilution, la dissolution, la photooxydation et la biodégradation des hydrocarbures, ainsi que la formation d’agrégats hydrocarbures-particules et la formation de neige marine hydrocarbonée. Par ailleurs, en facilitant le transport des hydrocarbures dans la colonne d’eau, les dispersants peuvent réduire l’évaporation et peut-être l’aérosolisation des hydrocarbures à la surface. 17 TRANSPORT DES HYDROCARBURES ET UTILISATION DE DISPERSANTS Rejet en surface En cas de rejet d’hydrocarbures en surface, une nappe ou un reflet se formera à la surface de la colonne d’eau. Le comportement et les caractéristiques uniques de cette nappe dépendent du type d’hydrocarbures rejetés et des conditions environnementales. En général, les hydrocarbures se dispersent naturellement et se séparent en plus fines gouttelettes par l’énergie des vagues et le mélange qui s’ensuit. Les fines gouttelettes d’hydrocarbures seront ensuite entraînées de la surface de l’eau vers la colonne d’eau par l’énergie des vagues, la turbulence et la circulation de Langmuir (NASEM, 2020). L’application (pulvérisation) de dispersants sur les nappes de pétrole de surface à partir de navires de surface et/ou d’aéronefs améliore la dispersion naturelle du pétrole, facilitant son transport de la surface de la mer vers la colonne d’eau. Les dispersants à la surface des gouttelettes d’hydrocarbures favorisent la rupture par écoulement, soit la formation de microfils en raison de la déformation des gouttelettes par la contrainte de cisaillement lorsqu’elles se déplacent dans la colonne d’eau, ce qui mène à la formation de microgouttelettes (Zhao et al., 2017). Bien que ce processus réduise la présence d’hydrocarbures à la surface de l’eau, il augmente la concentration d’hydrocarbures dans la colonne d’eau. Cela peut entraîner une augmentation des composants solubles du pétrole dans la colonne d’eau supérieure (CRRC, 2017b). Le pétrole dispersé sera transporté verticalement et horizontalement dans la colonne d’eau en raison des vagues, du vent et des courants océaniques (USGAO, 2012). Le mélange horizontal est plus important que le mélange vertical dans les eaux océaniques et peut avoir des répercussions sur le transport du pétrole dispersé (CRRC, 2017b). Le transport du pétrole dispersé résultant de l’utilisation de dispersants de surface dépend fortement des conditions environnementales du lieu de rejet (CRRC, 2017b). Rejet sous la surface Un rejet d’hydrocarbures sous la surface provoque immédiatement la montée des hydrocarbures dans la colonne d’eau et crée un panache de la source jusqu’à la surface. À mesure que le panache de « pétrole brut » (mélange de composants gazeux et pétroliers) s’élève dans la colonne d’eau, les composants du pétrole de faible poids moléculaire (