Etude du Vieillissement d'un Petrole Brut Repandu a la Surface de l'eau de mer dans des Conditions Naturelles

Abstract

Photooxidation plays an important role in the weathering process of a petroleum product spilled in the marine environment. Photooxidation generates polar compounds exhibiting a more or less marked surfactant nature. Likewise, photooxidation increases the amount of organic compounds into the water column by the formation of hydrophilic oxidized compounds. In this study, an Arabian Light crude oil (1 litre) was spread on the surface of unrenewed seawater (320 litres) and was subjected to natural irridiation for 70 days. During this time, five samples of the underlying water were taken as well as five samples of the supernatant oil. The changes in the composition of the different organic compounds present in the two phases were followed. The acidic base and neutral compounds were separated by liquid/liquid extraction. The neutral fraction was separated by thin-layer chromatography (TLC) into aliphatic hydrocarbons, aromatic compounds and resins. Each fraction was then analyzed by GC and HPLC. At the end of the weathering experiment a high proportion of polar products (acids and resins) was found in the water column with concentrations greater than 8 mg/litre of water, corresponding to an oxidizing degradation of 0.3% of the initial crude oil. The concentrations of hydrocarbons (aliphatic and aromatic) in water were very low (0.4 mg/litre) compared to those of photochemically oxidized products. The oxidation products in the surface hydrocarbon film were characterized by elemental analysis, infrared spectrometry (1700cm⁻¹), and liquid/liquid extraction at different pH. An appreciable increase of polar compounds (acids and resins) with time was revealed, as well as a preferential degradation of aromatic compounds (2 to 3 rings). Moreover, the interfacial tension (oil/water) decreased very quickly in eight days, from 17.5 mN/m to values lower than 1 mN/m. Study of this parameter showed the important role played by oxidation compounds having an oleophilic nature on the emulsification process (reverse emulsion) of a hydrocarbon spilled at sea. La photo-oxydation joue un role important clans le processus de vieillissement d'un produit pétrolier répandu en milieu marin. La photo-oxydation en générant des groupements polaires sur des composés hydrocarbonés confeère à ces derniers un caractere tensio-actif plus ou moins marqué. D'autre part, l'oxydation photochimique augmente la quantité de composés organiques introduits dans la colonne d'eau du fait de la formation de composés oxydés hydrophiles. Dans cette étude, un brut entier Arabian Light (1 litre) a été répandu à la surface d'une eau de mer non renouvelée (320 litres) afin de subir l'irradiation naturelle pendant une période de 70 jours. Durant cette période, on a effectué cinq prélèvements de l'huile surnageante et de l'eau sous-jacente. La variation de la composition des diverses families de composés organiques présents dans ces deux phases a été suivie. Les composés acides, basiques et neutres ont été séparés par extraction liquide/liquide à différents pH. Les composés neutres ont été fractionnés par chromatographic couche mince (CCM) en differentes classes de composés: hydrocarbures aliphatiques, composés aromatiques et résines. Chaque fraction a été ensuite analysée par chromatographie en phase gazeuse (CPG) et chromatographie liquide haute performance (CLHP). Nous avons montré la présence dans la colonne d'eau d'une forte proportion de produits polaires (acides et résins) à des teneurs supérieurs à 8mg/litre d'eau, correspondant à une dégradation oxydante du brut initial de 0,28%. Quant aux hydrocarbures (aliphatiques et aromatiques) présents clans l'eau, leur concentration est très faible (0,4mg/litre) comparativement à celle des produits oxydés photochimiquement. Les produits d'oxydation formés dans le film d'hydrocarbures surnageants ont été caractérisés par analyse élémentaire, spectrométrie infra-rouge en mesurant la bande d'absorption des groupements carbonyles (1700cm⁻¹) et par extraction liquide/liquide à différents pH. Un accroissement sensible des composés polaires (acides et résins) a été mis en évidence au cours du temps, ainsi qu'une dégradation préférentielle des composés aromatiques (2 à 3 noyaux). De plus la tension interfaciale (huile/eau) dàcro[icaron]t très rapidement en huit jours de 17,5 mN/m à des valeurs inférieures à 1 mN/m. L'évolution de ce paramètre montre le rôle important joué par les composés d'oxydation à caractère oléophile sur le processus d'émulsification (émulsion inverse) d'un hydrocarbure répandu en mer.