Mots clés : nappe d'hydrocarbure, fuel lourd, dispersion, toxicité, dérive, courant océanique de surface, vent de surface, imagerie satellitaire, modélisation numérique

Les prévisions de la dérive de la nappe de l'Erika, décembre 1999

Benoît Urgelli

ENS Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

23/03/2000

Résumé

Dérive de la nappe d'hydrocarbure du pétrolier maltais Erika au large de la Bretagne, moyens mis en œuvre pour prévoir et suivre cette dérive.


Ce dossier a été réalisé grâce aux informations scientifiques recueillies sur les sites de l'Ifremer, du Cedre et de Météo-France.

Le 11 décembre 1999, le pétrolier maltais Erika, chargé de 31.000 tonnes de fuel lourd n°2, en route de Dunkerque (France) vers Livourne (Italie), est pris dans des conditions météorologiques très défavorables (vent d'Ouest force 8 à 9, creux de 6 m). Le 12 décembre, à 6h05 du matin, le capitaine lance un SOS. À 8h15 le navire se casse en deux, à une trentaine de miles au Sud de la pointe de Penmarc'h (Pointe Sud du Finistère).

Les caractéristiques physico-chimiques du fuel lourd de l'Erika

Pour plus de détails, voir également : Caractéristiques et comportement des produits , dossier CEDRE.

On estime aujourd'hui qu'entre 8.000 et 12.000 tonnes de fuel lourd se sont déversées en mer, au large, plus un risque représenté par 18.000 à 22.000 tonnes de fuel lourd, 280 tonnes de fuel de propulsion et 130 tonnes de gazole susceptibles de s'échapper à terme des deux morceaux du navire coulés par 120 m de fond. Cela n'a aucune commune mesure avec les 227.000 tonnes déversées à la côte par le naufrage de l'Amoco Cadiz en 1978.

Ce n'est pas non plus un Aegean Sea (67.000 tonnes de pétrole brut déversées et en partie brûlées à l'entrée du port de La Corogne, Galice, en 1992), un Braer (93.000 tonnes de pétrole brut léger déversées à la côte en 1993 aux îles Shetland), ou un Sea Empress (72.500 tonnes de pétrole brut déversées à l'entrée du port de Milford Haven, pays de Galles, en 1996).

Dans l'échelle de valeurs des statisticiens de la pollution marine accidentelle par hydrocarbures, c'est un accident majeur (déversement de plus de 7.000 tonnes). C'est aussi le déversement le plus grave intervenu en France depuis les 6.000 tonnes de fuel lourd du Tanio, au large de l'île de Batz (Finistère) en 1980.

Figure 1. Partie arrière de l'Erika en cours de naufrage (1999)

Partie arrière de l'Erika en cours de naufrage (1999)

Figure 2. Partie arrière du Tanio en cours de remorquage (1980)

Partie arrière du Tanio en cours de remorquage (1980)

Le fuel lourd de l'Erika, destiné aux centrales thermiques, est un pétrole dont les composants légers ont été enlevés par distillation.

Nom de l'hydrocarbure

Fuel lourd N° 2

Origine

Raffinerie des Flandres à Dunkerque

Destination

ENEL SPA (Milazzo Italie)

Densité

1,00

Viscosité

555 cSt à 50°C ; 20.000 cSt à 10°C

Avec une telle viscosité à 10°C, le produit ne peut pas être dispersé chimiquement dans l'eau. La lutte par épandage de dispersants, que ce soit par avion ou navires, était automatiquement exclue. Après mise en place dans l'anneau d'expérimentation (polludrome) du Cedre le 13 décembre, il est apparu que le produit n'avait aucune tendance à se disperser naturellement dans l'eau, restait flottant et se fragmentait peu. Sa viscosité est montée dans la journée à 70.000 cSt, tandis qu'il formait une émulsion atteignant 30% d'eau. L'émulsion a atteint 50% d'eau (viscosité : 200.000 cSt) en deux jours et s'est stabilisée à ce niveau. La formation d'émulsion, doublant le volume de produit polluant dérivant en mer, diminuait sa capacité d'adhérence et permettait de confirmer à la Marine Nationale qu'il serait pompable sous réserve d'être poussé par pression ou mouvement dynamique dans les aspirations des pompes.

Des analyses chimiques ont été réalisées au laboratoire de la Marine Nationale et au Cedre. Elles ont mis en évidence que le fuel contenait plus de 23% de produits lourds (résines et asphaltènes), 30% d'hydrocarbures saturés et 48% d'hydrocarbures aromatiques. C'est une composition très analogue à celle du fuel lourd transporté par le pétrolier malgache Tanio, cassé en deux au large de l'île de Batz le 7 mars 1980.

 

Erika

Tanio

Teneur maximale en eau

Environ 51%

55 à 60%

Viscosité initiale (10 - 11°C)

43.000 cSt

10.000 cSt

Densité

0,99

0,96

Hydrocarbures saturés

30%

31%

Hydrocarbures aromatiques

48%

54%

Résines

15%

16%

Asphaltènes

8%

 

Le produit transporté par l'Erika contient de l'ordre de 25% de produits lourds (résines et asphaltènes) et près de 50% d'hydrocarbures aromatiques. Les aromatiques regroupent les composés pétroliers qui présentent un certain potentiel toxique, soit sous forme de une toxicité directe (intoxication), soit par un effet mutagène ou cancérigène.

L'incidence de ce potentiel toxique sur le milieu vivant dépend des conditions d'exposition (solubilité des composés, durée d'exposition) ou des possibilités de transfert dans la chaîne alimentaire.

Des analyses spectrographiques du fuel de l'Erika ont mis en évidence une signature très caractéristique, qui n'évolue pas avec le développement de l'émulsion. Où qu'il arrive, à court ou long terme, le fuel pourra être distingué d'un déballastage anonyme.

Ce produit est très peu soluble. Dans un premier temps, les effets à craindre sur la faune et la flore sont essentiellement des effets par contact (engluement). Mais les données disponibles ne permettent pas d'éliminer à ce stade le risque d'une altération temporaire de goût de coquillages qui filtreraient une eau de mer polluée par lui. Les prélèvement d'échantillons en mer pendant les premières opérations de pompage ont mis en évidence une incorporation d'eau dans l'émulsion plus lente que dans le polludrome : elle n'était encore que de 25-30% une semaine après le déversement. Il est vraisemblable qu'elle va continuer à progresser jusqu'à rejoindre le niveau atteint dans le polludrome. Des tests en laboratoire ont montré que l'action combinée d'un chauffage et de désémulsifiants permettait de descendre la teneur en eau à 20%.

Le principe des prévisions de dérive de nappe

Prévoir une dérive de nappe d'hydrocarbure en mer est a priori simple : elle est entraînée par le courant à 100% de sa vitesse et poussée par le vent à environ 3% de sa vitesse. En connaissant la position de la nappe ainsi que la force et l'orientation du courant et du vent de surface pour les jours à venir, un calcul vectoriel simple donne la réponse.

La pratique est plus compliquée. Le vent de surface en un point précis de la mer n'est pas toujours celui des bulletins météo publics, les amateurs de voile le savent. Le courant de surface est une combinaison du courant général de la zone, des courants de marée et des courants dus au vent, avec des sources d'incertitude multiples.

Les modèles de dérive de nappes font l'objet de tests réalisés chaque année par déversements expérimentaux en mer avec usage de bouées dérivantes, de reconstruction de dérives passées sur des données historiques et de recherche permanente de bases de données de courants de surface plus précises et plus fiables dans le cadre de déversements expérimentaux en mer.

Les premières prévisions de dérive pour l'Erika

Dès le 12 décembre 1999, le Préfet Maritime de l'Atlantique a lancé un programme quotidien de vols de surveillance par les avions spécialisés des Douanes et des avions de la Marine Nationale. Des contacts nationaux et européens ont permis d'obtenir des images satellitales et d'activer des modélisations de dérive par :

  • un modèle britannique testé en Manche sur des pollutions expérimentales et accidentelles ;
  • un modèle américain très diffusé dans le monde, dont la coopérative pétrolière de lutte antipollution Oil Spill Response Ltd possède une licence et que TotalFina, membre de cette coopérative, a fait mettre en œuvre ;
  • un modèle développé par Météo-France lui aussi testé en Manche sur des pollutions expérimentales et réelles, mais pas encore dans le golfe de Gascogne.

Figure 3. Nappe dérivante de fuel de l'Erika

Nappe dérivante de fuel de l'Erika


Les prévisions de ces différents modèles le jour de l'accident (carte ci-dessus) étaient inquiétantes. Les nappes devaient avoir dépassé l'île d'Yeu le 17 décembre pour le modèle américain. Elles s'en approchaient le même jour pour le modèle britannique. Elles restaient encore loin au large pour le modèle de Météo-France. L'ensemble de ces trois informations a été communiqué à la préfecture maritime.

Les observations satellitales et aériennes de la nappe : valider et recaler les modèles de dérive

Les satellites qui peuvent "voir" jour et nuit (par exemple, Radarsat, ERS) avec leurs radars capables de repérer la différence de rugosité de surface de l'eau provoquée par une nappe d'huile, perdent cette capacité quand la mer est trop calme ou, comme c'était le cas ici, trop forte.

Les satellites qui travaillent dans l'infrarouge sont aveugles la nuit et par temps nuageux. Ils ne pouvaient disposer que de rares créneaux de ciel dégagé et étaient gênés par la houle qui déferlait sur les nappes. Les uns et les autres, en orbite polaire, ne passaient sur la zone qu'un jour sur dix. De fait, aucune image satellitale exploitable n'a pu être obtenue, contrairement à ce qui s'était passé en 1996 dans la marée noire du Sea Empress.

C'est donc aux avions qu'est revenu tout le travail d'observation, dans des conditions météorologiques difficiles pour les hommes et le matériel.

Dès le 14 décembre, il est apparu clairement que la prévision de Météo-France était de loin la meilleure. Une cellule de prévision est montée en puissance au centre de prévision marine de Météo-France à Toulouse, pour recaler les prévisions d'abord une fois, puis deux fois par jour, dans les heures suivant l'arrivée des observations aériennes. Recalage après recalage, les prévisions ont été systématiquement vérifiées, la confiance est montée et les autres modèles ont été oubliés. Les prévisions de Météo-France, relayées vers les autorités terrestres par la préfecture maritime et le Cedre sont devenues l'information de référence. Reprises sous forme animée, les simulations MOTHY de Météo-France ont alimenté les médias.

Animations des simulations de dérive prévues par le modèle MOTHY (Météo-France)

Les prévisions fournies au Cèdre et au PC Polmar de la Préfecture Maritime ont été réactualisées dès réception de nouvelles coordonnées initiales situant les polluants en mer, coordonnées que le Cedre et le PC Polmar de la Préfecture Maritime choisissent dès qu'ils disposent d'observations aériennes validées. Les prévisions prennent alors en compte les dernières évolutions météorologiques. Le travail de prévision de la dérive des polluants est donc un effort de réactualisation permanent. Seuls quelques extraits des travaux en cours sont présentés ici.

Le service de prévision marine de Météo-France montre ci-dessous deux exemples pris parmi les nombreuses simulations effectuées puis expertisées pour le Cedre et le PC Polmar de la Préfecture Maritime.

L'étoile rouge marque la position initiale donnée au modèle MOTHY. La dérive des polluants est indiquée échéance par échéance, généralement pour les 5 jours à venir. Les points noirs indiquent une densité de probabilité de présence du polluant à la position du point. Ces prévisions de dérive doivent être constamment reprises à partir des dernières observations disponibles. Rien n'indique en effet que les observations d'un jour correspondent au polluant observé la veille : c'est pourquoi le Cedre et le PC Polmar de la Préfecture Maritime sont les seuls à même de remettre ces prévisions dans le contexte global de la lutte anti-pollution.

Attention : ce sont des extraits qui ne recouvrent pas l'ensemble des dérives simulées. La synthèse de l'ensemble complet est présentée dans le communiqué de presse. Le nuage de points indique une zone dans laquelle la présence de polluant est probable, compte-tenu de son observation initiale à la position et à la date/heure indiquées par l'étoile rouge.

Les limites des prévisions

Aussi, soignées soient-elles, des prévisions ne sont pas une information absolue. Basées sur la position des nappes et le modèle de dérive, elles sont sujettes à incertitudes.

La position des nappes, les conditions de mer et les caractéristiques du polluant rendant les satellites aveugles, les équipages des avions ont travaillé dans des conditions de difficulté telles que certaines nappes ont été perdues, retrouvées, puis reperdues, au fil de leur dérive et de leur désagrégation. À l'approche du littoral, des phénomènes de vents et de courants locaux sont venus apporter des interférences difficilement prévisibles, rajoutant de fortes incertitudes sur le modèle.

Les conditions météorologiques extrêmes des 23 et 24 décembre 1999 ont montré l'ampleur de ces problèmes. Des observations de nappes décalées de quelques kilomètres vers le Nord par rapport aux prévisions de la veille ont amené la Marine Nationale, le Cedre et Météo-France à confirmer à la mi-journée du 24 décembre l'évidence d'un risque fort pour le littoral du Morbihan, ce qui a conduit à l'activation immédiate du plan Polmar/terre du département. Le risque a été confirmé formellement en soirée.

Les médias, non prévenus, ont découvert la pollution le 25 décembre là où ils ne l'attendaient pas.

Les nappes moins importantes qui ont touché le littoral du Morbihan à l'Ouest de Belle-Ile et celui du Finistère à partir du 23 décembre avaient échappé aux observations. Elles n'ont de ce fait pas pu être prises en compte dans les prévisions de dérive.

C'est seulement le 30 décembre, quand la houle soulevée par la tempête s'est enfin calmée, qu'il a été possible au Préfet Maritime de mettre en œuvre 4 avions simultanément pour un inventaire complet au large des côtes touchées. Cet inventaire n'a trouvé qu'une nappe d'un vingtaine de mètres de long, plusieurs centaines de plaques (1 à 5 m) et galettes (moins de 1 m) et des milliers de boulettes. Ce qui n'était pas arrivé à terre a donc été désagrégé en une multitude de petites unités invisibles par mer forte. Les observations continuent depuis, régulièrement, en particulier au niveau des épaves. Des prévisions de dérives sont produites par Météo-France pour aider la prise de décision sur la lutte devant le littoral. Ce travail difficile et astreignant est rentré dans l'ombre du quotidien des responsables de la lutte.

Une utilisation SIG et pollution sur eduterre-usages.

Communiqués de presse de Météo-France : pollution marine Erika

Communiqué de presse émis par Météo-France mardi 28 décembre 1999, 17h00

Situation météo : Les violentes tempêtes successives se sont éloignées maintenant vers l'Est et les conditions générales évoluent vers une situation anticyclonique. Aucune nouvelle tempête n'est prévue pour les jours qui viennent. Au cours de la nuit prochaine, les vents sur la zone vont faiblir (4 à 6 Beaufort, soit 25 à 50 km/h). Demain, mercredi, les vents seront de secteur Nord-Ouest dominants (3 à 5 Beaufort, soit 15 à 35 km/h) puis variables faibles à partir de jeudi après-midi. La mer encore très forte ce soir, s'amortit progressivement, mais la houle de secteur Ouest reste importante au moins jusqu'à jeudi. Les observations aériennes effectuées ce matin n'ont pas révélé de nouvelles structures de pollution organisée. Météo-France n'a pas reçu de la part du Cedre de demande de nouvelles simulations de dérive.

Le point sur les prévisions le jeudi 30 décembre 1999, 12h00

Les violentes tempêtes successives se sont éloignées maintenant vers l'Est et les conditions générales évoluent vers une situation anticyclonique. Aucune tempête n'est prévue pour les jours qui viennent.

Sur les zones OUEST BRETAGNE et NORD GASCOGNE : les vents s'orientent rapidement Ouest à Sud-ouest 3 à 4 puis fraîchissent 4 à 5 par le Nord temporairement 6 sur l'Ouest des zones en première partie de nuit. La mer est agitée à localement forte sur l'Ouest de ces zones. La pluie arrive par le Nord-Ouest. Sur la zone SUD GASCOGNE, les vents sont variables, faibles, s'orientant le matin Ouest à Sud-ouest 3 à 5 du Sud au Nord au large, et le soir Sud à Sud-ouest 3 à 5 du Sud au Nord à la côte. La mer est agitée, localement forte au large. Quelques averses au Sud, et de la pluie sur le Nord plus tard. Les avions de patrouille maritime et les avions spécialisés POLMAR continuent de surveiller les zones. Météo-France reste en alerte. Le service de prévision marine, en relation avec le Cedre, se tient prêt à réaliser de nouvelles simulations de dérive, sur sollicitation du PC Polmar de la Préfecture Maritime ou du Cedre, à partir de toutes positions initiales de polluant qui lui seront transmises.

Le pire évité

Depuis le premier jour de l'accident, le dispositif est dirigé en mer par le Préfet Maritime de l'Atlantique et sur le littoral par les préfets des départements concernés (Finistère, Morbihan, Loire-Atlantique, Vendée, Charente-Maritime, avec coordination par le préfet délégué de la zone défense Ouest). Le pire a été évité en empêchant la dérive vers Belle-île de la partie arrière du navire avec son reste de cargaison et son fuel de soute, grâce aux efforts de l'Abeille Flandre, montrant une fois de plus combien le remorqueur de haute mer basé à Brest est essentiel dans le dispositif de prévention et de réponse mis en place par l'État après la catastrophe de l'Amoco Cadiz.

On a également évité la dérive vers la côte de la partie avant du navire, aux trois quarts submergée, pratiquement impossible à prendre en remorque. Dès les premières évaluations de la situation au PC Polmar de la préfecture maritime, tous les intervenants ont eu en tête l'échec de la garde-côte japonaise dans toutes ses tentatives de prendre en remorque l'avant retourné, plein de fuel intermédiaire, du pétrolier russe Nakhodka, brisé lui aussi dans la tempête, le 2 janvier 1997. Après 5 jours d'efforts infructueux, il était arrivé à la côte au milieu d'une des zones les plus touristiques du pays, provoquant la plus grande marée noire jamais connue en extrême-Orient.


Figure 10. La partie avant de l'Erika (1999)

La partie avant de l'Erika (1999)

La chance a voulu que la partie avant de l'Erika coule au large pendant que les équipes d'intervention se préparaient à un combat qu'elle n'avaient aucune certitude de gagner.

Avant que le fuel n'arrive sur le littoral, il a été possible d'assurer une meilleure préparation de la lutte devant le littoral et sur le littoral, de permettre la cassure et la désagrégation des nappes par la houle et le vent, la dégradation de leur surface par les bactéries du milieu marin, l'évolution du produit vers moins de nocivité pour la faune et la flore littorales. Mais les conditions en mer ont été incompatibles avec le développement d'opérations de confinement-récupération efficaces au large et devant le littoral.

Les tempêtes particulièrement violentes des 23 et 26 décembre ont accéléré l'arrivée de la plus grande partie du fuel à la côte et concentré son impact majeur sur l'estuaire de la Loire, de Belle-Île à Noirmoutier, en dispersant le reste sur un linéaire de littoral et sur un espace marin considérables. La récupération en mer n'a de ce fait pas pu se développer aussi largement que prévu. Mais cette dispersion de la pollution et la nature du polluant ont évité à l'administration gestionnaire des activités de pêche et de cultures marines de devoir mettre en place des interdictions de pêche et de commercialisation des produits de la mer, sauf sur quelques zones de surface restreinte.

Mots clés : nappe d'hydrocarbure, fuel lourd, dispersion, toxicité, dérive, courant océanique de surface, vent de surface, imagerie satellitaire, modélisation numérique