Corrosion microbiologiquement influencée de l'acier dans l'eau de mer de surface côtière contaminée par du pétrole brut

npj Materials Degradation volume 6, Numéro d'article : 35 (2022) Citer cet article

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Les hydrocarbures pétroliers déversés dans les eaux de surface peuvent constituer des menaces potentielles pour la corrosion des infrastructures en acier. Nous montrons que le pétrole brut a accéléré la corrosion de l’acier principalement en accélérant la corrosion sous influence microbiologique (MIC). Le pétrole brut a conduit à la domination des dégradateurs de pétrole marins, notamment Alcanivorax et Marinobacter, dans l'eau de mer et dans la rouille de l'acier, plutôt que les bactéries sulfato-réductrices (SRB) qui dominaient la communauté microbienne de la rouille dans le groupe sans pétrole. Le pétrole brut a non seulement amélioré la respiration microbienne de l'oxygène et la dégradation des hydrocarbures aérobies, mais également la réduction des nitrates et le processus de dégradation des hydrocarbures anaérobies dans la rouille de l'acier, indiquant des microenvironnements plus hétérogènes formés sur les surfaces en acier. En outre, la faible abondance de SRB et du gène de réduction dissimilatoire du sulfate (dsr), ainsi que l'existence de minéraux de carbonate de fer et de sulfate de fer, impliquaient que le sulfure microbien, auparavant considéré comme la principale cause de la MIC, n'était pas le principal contributeur à la corrosion de l'acier. dans les premières eaux de mer polluées par le pétrole. Les dégradateurs de pétrole marins spécialisés semblent jouer un rôle plus important dans de telles conditions.

La corrosion des matériaux à base de fer dans les environnements pétroliers tels que les champs de pétrole et de gaz est une préoccupation majeure pour la fiabilité des infrastructures industrielles du monde entier. Rien qu'en Chine, le coût direct total de la corrosion dans l'industrie pétrolière et gazière a été estimé à 2,82 % de la valeur totale de la production en 20141. Dans les environnements marins, la corrosion des matériaux métalliques exposés aux substances pétrolières et sulfatées. L’eau de mer riche au cours du processus de production et de transport du pétrole a attiré une grande attention en raison de l’acidification délétère des réservoirs et de la perforation des matériaux, qui sont en grande partie responsables des activités de communautés microbiennes complexes2,3. De tels effets délétères sur les matériaux influencés par des micro-organismes directement ou indirectement, en fonction des réactions spécifiques entre micro-organismes (bactéries sulfato-réductrices (SRB), bactéries productrices d'acide (APB), etc.)/matériaux (métal, béton, etc.)/ Les milieux (composition chimique et paramètres physiques tels que les nutriments, le sulfate et les sulfures) sont appelés corrosion influencée par la microbiologie (CMI)4,5.

Récemment, l’attention s’est concentrée sur le processus MIC dans des conditions contenant du pétrole où des conditions anaérobies finiront par se développer dans l’environnement marin, comme les oléoducs, les équipements de stockage de pétrole et les systèmes de lest de carburant compensés par l’eau de mer6,7. Dans de telles conditions, la biodégradation anaérobie des hydrocarbures tels que les carburants dérivés du pétrole et les biocarburants alternatifs peut être réalisée indépendamment par certains dégradateurs d'hydrocarbures spécialisés ou de manière syntrophique par divers microbes fonctionnels. Les SRB sont les principaux acteurs impliqués dans les processus de dégradation des hydrocarbures et de corrosion8. Par exemple, Desulfoglaeba alkanexedensa, une bactérie marine sulfato-réductrice9, peut oxyder complètement les alcanes indépendamment en utilisant le sulfate comme accepteur d'électrons terminal et produire du sulfure et des acides organiques de faible poids moléculaire qui accélèrent généralement la corrosion de l'acier10,11,12. Ainsi, la réduction microbienne des sulfates réalisée par les SRB, qui peut être accélérée par la dégradation anaérobie des hydrocarbures, est fréquemment considérée comme la principale cause de CMI dans ces environnements contenant du pétrole6,10,11. Cependant, certains chercheurs pensent que le rôle du SRB est surestimé13 et que d’autres microbes fonctionnels tels que l’APB en sont le principal facteur causal14.

Pour les infrastructures en acier, une autre condition corrosive des environnements marins pétrole-eau de mer à ne pas négliger est l’eau de mer de surface côtière polluée par les hydrocarbures pétroliers, où la dégradation des hydrocarbures s’effectue principalement par voie aérobie15. Les hydrocarbures pétroliers sont omniprésents dans les océans, où les infiltrations naturelles et les activités humaines, notamment les rejets d’eau de ballast des pétroliers et les fuites des plateformes pétrolières offshore16, devraient libérer entre 0,4 et 4,0 millions de tonnes de pétrole brut dans les écosystèmes océaniques par an17. Une grande quantité d’hydrocarbures pétroliers a été observée dans les eaux de surface de la mer et pourrait avoir des effets considérables sur les écosystèmes côtiers18,19. En règle générale, la structure des communautés microbiennes indigènes pourrait être façonnée par le pétrole, qui fournit des nutriments supplémentaires aux micro-organismes et contribue à l’enrichissement en agents dégradants spécifiques du pétrole20,21,22. Diverses infrastructures maritimes en acier, en particulier les ponts côtiers et les navires dans les quais pétroliers, les plates-formes et les pipelines de transport destinés à l'exploration pétrolière et gazière offshore, sont exposées aux eaux de mer contaminées par le pétrole et fournissent des habitats aux microbes formant des biofilms23,24. Une fois exposées au pétrole brut, les communautés microbiennes attachées et planctoniques seraient déplacées et exerceraient ainsi une influence sur les processus CMI. Le changement de composition microbienne et de processus CMI provoqué par la contamination par le pétrole dans de telles conditions aérobies peut être différent de celui dans les environnements anaérobies26,27. Malgré cette possibilité, la CMI de l'acier dans ces eaux marines de surface a été largement négligée, laissant ouvertes la question de savoir comment les micro-organismes planctoniques et attachés ont réussi autour/sur la surface de l'acier, et comment ils influencent les processus CMI dans les eaux de mer de surface exposées au pétrole.