La NASA et la NOAA s’associent sur la technologie pour aider à lutter contre les déversements de pétrole en mer

Une nappe de pétrole d’origine naturelle s’infiltre au large des côtes de Santa Barbara, en Californie. Le projet Marine Oil Spill Thickness (MOST) utilise ces suintements naturels pour tester une technologie capable de détecter le pétrole le plus épais d’une nappe lors d’une urgence liée à un déversement de pétrole. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Nasa et les scientifiques de la National Oceanic and Atmospheric Administration s’associent pour tester la technologie de télédétection à utiliser dans la lutte contre les déversements d’hydrocarbures.

Juste au large des côtes de Santa Barbara, en Californie, des milliers de gallons de pétrole s’infiltrent à travers les fissures du fond marin et remontent à la surface chaque jour. Mais ce n’est pas une zone sinistrée : c’est l’un des plus grands suintements naturels de pétrole au monde et on pense qu’il est actif depuis des milliers d’années.

La fiabilité de ces suintements fait de la région un laboratoire naturel important pour les scientifiques, y compris ceux du projet Marine Oil Spill Thickness (MOST), une collaboration entre la NASA et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) pour générer une détection opérationnelle automatisée des déversements de pétrole, l’analyse de cartographie géospatiale de l’étendue du pétrole et les applications de caractérisation de l’épaisseur du pétrole.

L’équipe MOST travaille à développer un moyen pour la NOAA – l’agence fédérale principale pour la détection et le suivi des déversements de pétrole côtiers – d’utiliser les données de télédétection pour déterminer non seulement où se trouve le pétrole, mais où se trouvent les parties les plus épaisses, l’une des pièces manquantes critiques aux activités d’intervention et de remédiation directes. L’équipe a récemment terminé une campagne d’automne sur le terrain à Santa Barbara.

Le projet Marine Oil Spill Thickness (MOST) recueille des mesures de l’épaisseur du pétrole dans un suintement naturel de pétrole au large de la côte de Santa Barbara, en Californie. Les mesures seront utilisées pour valider les mesures des données de télédétection et, éventuellement, dans un système d’aide à l’intervention en cas de déversement d’hydrocarbures. Crédit : NOAA/Frank Monaldo

“Nous utilisons un instrument radar appelé UAVSAR pour caractériser l’épaisseur du pétrole dans une nappe de pétrole”, a déclaré Cathleen Jones, co-investigatrice MOST au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. «Cette huile plus épaisse reste plus longtemps dans l’environnement et endommage davantage la vie marine qu’une huile fine. Et si vous savez où il se trouve, vous pouvez orienter les intervenants vers ces zones problématiques. »

L’UAVSAR de la NASA, ou radar à ouverture synthétique pour véhicule aérien inhabité, se fixe au fuselage d’un avion qui recueille une image d’une zone d’environ 19 kilomètres de large.

Mais les images SAR sont différentes de celles acquises à partir d’autres capteurs. L’instrument envoie des impulsions radar jusqu’à la surface de l’océan, et les signaux qui rebondissent sont utilisés pour détecter la rugosité, causée par les vagues, à la surface de l’océan. Lorsque le pétrole est présent, il amortit les vagues, créant des zones d’eau plus douce. Ces zones lisses et huileuses apparaissent plus sombres que l’eau propre environnante dans l’imagerie SAR – plus l’huile est épaisse, plus la zone apparaîtra sombre.

Les observations aéroportées doivent ensuite être validées, ce qui signifie que les scientifiques doivent se rendre dans la même zone sur un bateau pour mesurer l’épaisseur du pétrole à la main.

“Nous avons mis l’échantillonneur, qui ressemble à un tube ouvert aux deux extrémités, dans l’eau et l’avons laissé reposer là pendant un moment”, a déclaré Ben Holt, également co-investigateur du JPL pour MOST. « Et puis, lorsque vous fermez le tube, une petite couche d’huile et d’eau est collectée. Une fois que la couche d’huile s’est déposée, vous pouvez mesurer l’épaisseur de la couche d’huile et la comparer avec les observations UAVSAR pour voir à quel point elles correspondent.

Autre couche clé de validation, le navire déploie un drone portant un capteur optique, capable d’observer la nappe et de mesurer son épaisseur sur une zone plus large que celle pouvant être observée depuis le navire.

Comment MOST est né

Initialement, l’UAVSAR semblait un candidat peu probable pour suivre ou caractériser le pétrole. Il a été développé pour mesurer les changements à la surface de la Terre, par exemple après un tremblement de terre ou une éruption volcanique. Mais lors de la marée noire de Deepwater Horizon en 2010 dans le golfe du Mexique, Elijah Ramsey, un scientifique du US Geological Survey, a contacté Jones pour essayer d’utiliser l’instrument pour identifier le pétrole débarquant en Louisiane.

“Les indications étaient que cela ne fonctionnerait pas parce que l’instrument utilise une longueur d’onde trop longue à cette fin”, a déclaré Jones. « Mais nous avons dit : « Essayons-le quand même ». »

Elle et Holt étaient heureux de l’avoir fait.

“C’était tout simplement incroyable ce que vous pouviez voir avec UAVSAR parce qu’il est tellement plus sensible que les instruments satellitaires”, a déclaré Jones. Les UAVSAR sont plus sensibles aux faibles rendements des zones couvertes de pétrole que les instruments SAR satellitaires typiques. Nous avons donc pu identifier l’huile et calculer les concentrations d’huile présentes.

Leurs découvertes étaient une preuve de concept et ont été publié en 2012. Au cours des années suivantes, la faisabilité de la mise à l’échelle de cette innovation pour une analyse et une évaluation des risques plus poussées a été examinée.

En 2018, Frank Monaldo, un scientifique de l’Université du Maryland qui avait travaillé avec la NOAA pendant de nombreuses années, s’est associé à Jones, Holt et à une équipe de la NOAA, de la Garde côtière américaine et du secteur privé, en plus de chercheurs au Canada. et la Norvège, pour formuler la proposition MOST. En 2019, le programme Catastrophes de la NASA a sélectionné ce concept pour la mise en œuvre afin de réduire les risques de catastrophe et de renforcer la résilience, et le projet MOST de quatre ans a été lancé.

Déploiement inattendu dans le monde réel

Alors que l’équipe MOST se préparait à partir pour sa campagne d’automne, qui devait démarrer le premier lundi d’octobre, les autorités répondaient aux informations faisant état d’un déversement de pétrole au large de la côte de Huntington Beach, en Californie, à seulement 209 kilomètres. au sud de l’emplacement de campagne de terrain de Santa Barbara.

Plusieurs membres de l’équipe MOST se sont rapidement impliqués dans la fourniture de données sur le déversement. Ce qui était censé être une campagne d’entraînement dans des circonstances contrôlées est rapidement devenu un test réel de l’utilité des UAVSAR lors d’une véritable urgence liée à un déversement de pétrole.

“C’était vraiment différent de faire une course d’entraînement parce que les gens étaient submergés par la réponse”, a déclaré Jones. «Mais lorsque la NOAA a obtenu les données UAVSAR, ils les ont utilisées pour délimiter le pétrole, puis ils ont publié un rapport de surveillance de la pollution marine basé sur celles-ci. C’était la première fois que cela était fait en utilisant les données d’un instrument aéroporté », a-t-elle déclaré.

Si UAVSAR s’est avéré précieux dans cette situation, le déploiement n’a pas pu remplacer la campagne de terrain à des fins scientifiques, car ils n’ont pas pu prendre de mesures par bateau. « Nous n’avions vraiment aucune mesure in-situ à des fins de comparaison », a déclaré Holt. “La vraie valeur réside dans les efforts déployés par Cathleen et d’autres membres de l’équipe UAVSAR pour que les données UAVSAR soient traitées et téléchargées puis utilisées par la NOAA.”

La campagne d’automne sur le terrain a eu lieu plusieurs semaines plus tard à Santa Barbara.

Et après?

Bien que les capacités des UAVSAR en matière de détection de l’épaisseur des déversements d’hydrocarbures soient utiles, faire voler un avion au-dessus de chaque nappe d’hydrocarbures n’est pas pratique. Ainsi, une fois que les données des campagnes de terrain du printemps et de l’automne seront validées, elles seront utilisées pour former des algorithmes pour calculer automatiquement l’épaisseur du pétrole à partir des données SAR.

UAVSAR est un prototype pour une prochaine mission satellite appelée NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar, ou NISAR, qui est un partenariat entre la NASA et l’Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO). Si tout se passe comme prévu, les méthodes et algorithmes développés au cours du projet MOST peuvent également être appliqués aux données de la nouvelle mission.

“L’idée ici est que dans deux ans environ, lorsque le projet MOST sera terminé, nous aurons un prototype de système de détection de l’épaisseur du pétrole que la NOAA pourra utiliser et distribuer lors de l’intervention en cas de déversement de pétrole”, a déclaré Jones. « Avec le partenariat de la NASA avec la NOAA, nous pouvons transférer ces informations à ceux qui peuvent les utiliser de manière pratique. »