Hydrate de Méthane: Un jour vous pèterez du carburant !!!

1 : Qu'est-ce qu'un hydrate de méthane?

2 : Origine et stabilité des hydrates de méthane
3 : Où trouve-t-on les hydrates de méthane?

4 : Une bombe écologique en puissance

5 : Hypothèses liées au triangle des Bermudes

6 : Faut-il craindre les hydrates de méthane ?

7 : Pour les petits chimistes 

8 : Combien d'hydrates sous nos pieds (et sous les nageoires des dauphins) ?

Les trois dernières décennies du XXème siècle ont vu des découvertes étonnantes sur les fonds océaniques : sources chaudes précipitant des sulfures massifs et soutenant une biomasse impressionante, communautés chimiotrophes tirant leur énergie d' évents sulfureux, méthaniques ou amoniaqués, hydrates de gaz, etc.

Les hydrates de méthane, entre autres, constituent une réserve énorme d'énergie. On peut prévoir sans trop se tromper que l'Homme tentera d' exploiter cette réserve. Mais saura-t-il le faire sans dommages pour l' environnement planétaire?

On estime aujourd' hui que les hydrates de méthane des fonds océaniques contiennent deux fois plus en équivalent carbone que la totalité des gisements de gaz naturel, de pétrole et de charbon connus mondialement. Le long de la seule côte sud-est des USA, une zone de 26 000 kilomètres carrés contient 35 Gt (gigatonnes = milliards de tonnes) de carbone, soit 105 fois la consommation de gaz naturel des USA en 1996!

1 : Qu'est-ce qu'un hydrate de méthane?

Sous des conditions de température et de pression particulières, la glace (H2O) peut piéger des molécules de gaz, formant une sorte de cage emprisonnant les molécules de gaz.

On appelle les composés résultants des hydrates de gaz ou encore des clathrates. Les gaz piégés sont variés, dont le dioxyde de carbone (CO2), le sulfure d'hydrogène (H2S) et le méthane (CH4).

Ces cages cristallines peuvent stocker de très grandes quantité de gaz. Le cas qui nous intéresse ici est celui de l' hydrate de méthane, une glace qui contient une quantité énorme de gaz: la fonte de 1 centimètre cube de cette glace libère jusqu'à 164 centimètre cubes de méthane!

2 : Origine et stabilité des hydrates de méthane

Une importante quantité de matière organique qui se dépose sur les fonds océaniques est incorporée dans les sédiments.

Sous l'action des bactéries anaérobies, ces matières organiques se transforment en méthane dans les premières centaines de mètres de la pile sédimentaire . Un volume très important de méthane est ainsi produit.

Une partie de ce méthane se combine au molécules d'eau pour former l'hydrate de méthane, dans une fourchette bien définie de température et de pression.

Devenir instable signifie que la glace fond et libère son gaz méthane à raison de 164 centimètres cubes de gaz par centimètre de glace.

3 : Où trouve-t-on les hydrates de méthane?

On retrouve les hydrates de méthane en milieu océanique, principalement à la marge des plateaux et sur les talus continentaux, mais aussi à plus faible profondeur dans les régions très froides, comme dans l'Arctique.

Une réserve énergétique énorme

A mesure que les réserves conventionnelles d'hydrocarbure s' épuisent, on devra se rabattre sur les réserves dites non-conventionnelles, comme les gisements des régions éloignées et d' exploitation onéreuse, les sables bitumineux et peut-être un jour, les hydrates de méthane.

Comme mentionné plus haut, les hydrates de méthane des fonds océaniques constituent une réserve énergétique énorme, ... mais pour l'instant inaccessible.

Cette glace méthanique se trouve, soit dans les interstices du sédiment entre les particules de sable ou d'argile cimentant ces derniers ou sous forme de vésicules dans les sédiments, soit en couches de plusieurs millimètres ou centimètres d' épaisseur parallèles aux strates ou en veines les recoupant.

Les hydrates de méthane sont donc dispersés dans les sédiments et ne peuvent être exploités par des forages conventionnels; il faudrait plutôt penser à une exploitation massive du sédiment à l'aide de dragues comme on le fait par exemple pour nettoyer les chenaux de navigation des sables et des boues, ou encore d'un système sophistiqué de pompage du sédiment.

Mais voilà un énorme risque de déstabiliser rapidement les hydrates et de libérer des quantités considérables de méthane dans l'atmosphère, sans compter les accidents probables associés à ce genre d'exploitation. Il n'en demeure pas moins que l'industrie pétrolière salive à la pensée d'avoir peut-être un jour accès à de telles réserves.

4 : Une bombe écologique en puissance

Une déstabilisation massive des hydrates de méthane causée par exemple par une augmentation de 1 ou 2° de la température des océans, ce qui est tout à fait compatible avec les modèles climatiques actuels, risque de produire une augmentation catastrophique des gaz atmosphériques à effet de serre.

Une telle déstabilisation pourrait aussi causer d'immenses glissements de terrain sous-marins sur le talus continental, entraînant des tsunamis très importants qui affecteraient les populations riveraines.

Ce pourrait être là deux des effets catastrophiques du réchauffement climatique actuel causé par une augmentation des gaz atmosphériques à effet de serre.

Il existe un cas particulier où des hydrates de méthane ont pu être exploités. Le gisement de Messoyakha, un petit champ de gaz peu profond en Sibérie occidentale, présentait la particularité de se situer juste à la limite de stabilité des hydrates de méthane. En conséquence, sa partie basse était un gisement de gaz "normal" (du gaz libre dans du sable) tandis que le haut était rempli d'hydrates. L'exploitation du gaz conventionnel a réduit la pression et a déstabilisé les hydrates, dont le méthane a alors pu être utilisé.

L'exploitation des hydrates de méthane poserait de sérieux problèmes en matière d'effet de serre. Leur combustion émet en effet du CO2, mais pas plus que le gaz naturel (et moins que le charbon et le pétrole). En revanche, en exploitant les hydrates du fond des mers, il est très probable que l'on ferait remonter de grandes quantités de méthane dans l'atmosphère (cela équivaudrait à exploiter du gaz naturel avec des fuites énormes), or le méthane a un pouvoir beaucoup plus élevé que le CO2 en tant que gaz à effet de serre. Son potentiel de réchauffement global mesuré à l'échelle d'un siècle à partir de sa diffusion dans l'atmosphère est en effet compris entre 22 et 23 fois celui du dioxyde de carbone. Et cela en tenant compte d'une durée de vie moyenne des molécules de CH4 de seulement une douzaine d'années avant leur décomposition par les UV, des phénomènes de combustion ou d'oxydation, et diverses réactions chimiques.

5 : Hypothèses liées au triangle des Bermudes

Les hydrates de méthane sont une explication proposée pour la perte de nombreux navires dans le triangle des Bermudes :  la région possèderait d’importantes quantités d’hydrates de méthane peu stables, et de temps à autre, du gaz serait relâché.

Si un navire se trouve par malchance à cet endroit pendant une éruption, il se retrouve dans de l’eau mousseuse et ne flotte plus ; il coule alors à pic en raison de la flottaison qui s’en trouve diminuée. Cette force de flottaison équivaut au poids de liquide déplacé sous la ligne de flottaison du navire.

Si le liquide est mousseux, sa densité est diminuée, donc le navire doit s’enfoncer en-dessous de sa ligne de flottaison normale, et il finit par couler s’il s’enfonce au-delà de la limite de la coque.

Donc, pas de mystère sur le triangle des Bermudes, c’est juste de la physique et la nature qui reprend ses droits !

Même problème pour les avions ! Il a été expérimenté qu’un faible taux de méthane dans l’air soit de l’ordre de 1 % à 3 % est suffisant pour faire étouffer un moteur d’avion à pistons, ce qui expliquerait la disparition d’avions dans cette zone, parce qu’ils seraient éventuellement passés à travers des émanations de méthane provenant de la mer (Il reste à savoir si l’effet est le même pour un moteur à réaction).

6 : Faut-il craindre les hydrates de méthane ?

Pourquoi diantre se préoccuper du méthane, tout d'abord ?

Bien que "on" se focalise souvent sur le seul CO2 quand "on" parle de gaz à effet de serre, il n'en reste pas moins que le CO2 n'est pas le seul de ces gaz à être mis dans l'atmosphère par l'homme : environ un tiers de nos émissions se compose d'autre chose, et dans cet "autre chose" une bonne moitié est due au méthane.

Pour les petits malins qui n’osent pas poser la question, les flatulences sont en effet composées de méthane. Certaines habitations de l’Inde sont faites au dessus des cochons pour récupérer le gaz des pets des bêtes et en faire du gaz pour la cuisson par exemple.

Vu le prix du gaz naturel certains seraient tentés de rentabiliser leur pets, mais je vous déconseille fortement de péter dans des bouteilles pour chauffer votre baraque.

Personnellement, je préfère avoir un peu froid et sentir la muguet qu’avoir chaud et sentir la merde !

Surtout, n’essayer pas d’allumer un briquet près de votre cul si vous voulez péter, çà fonctionne mais c’est dangereux !!!

Reprenons : Or le méthane, comme le CO2, est aussi un gaz "naturel" à effet de serre, en ce sens que, avec ou sans hommes, il y a du méthane dans l'atmosphère. Ce que nous avons fait durant les 2 siècles écoulés n'est pas d'avoir mis du méthane dans une atmosphère qui n'en comportait pas, mais d'avoir augmenté la quantité de méthane qui s'y trouvait.

Dire qu'il y a naturellement du méthane dans l'atmosphère, c'est donc dire qu'il y a des sources de méthane qui ne viennent pas de l'homme. Et s'il y a de telles sources, il devient alors légitime de se demander si un début de changement climatique ne risque pas d'augmenter les émissions "naturelles" de méthane, exactement comme cela pourrait être le cas avec le CO2. Accessoirement, dire que cette concentration était stable avant l'intervention des hommes, c'est aussi dire qu'il y a des mécanismes naturels d'épuration, sinon les sources naturelles feraient grimper la concentration jusqu'à l'infini, ce qui assurément n'est pas le cas !

Pour résumer cela simplement, notre société accuse « l’homme » d’avoir fait déborder la mer en y jetant un verre d’eau !!!

On peut donc constater dans cette explication que les médias s’acharnent à dénoncer les mauvais comportements de l’homme alors que les réactions gigantesques de la nature passent inaperçues. L’effet de serre devient donc inévitable !

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7 : Pour les petits chimistes :

D'où vient le méthane "naturel" et comment peut-il se transformer en hydrates ?

Pour qu'apparaisse du méthane, qui se compose uniquement de carbone et d'hydrogène (et dont la formule, mais ne le répétez à personne, est CH4), il faut qu'un composé organique (un reste animal ou végétal) se décompose à l'abri de l'oxygène de l'air, en suivant une série de transformation permises par la présence de bactéries.

En effet, si de l'oxygène passe par là, le carbone et l'hydrogène ont une telle envie de se jeter dessus (la chimie, c'est torride, hein !) qu'il se forme surtout du dioxyde de carbone et de l'eau, et non des hydrocarbures, dont le méthane est un des représentants.

De ce fait, les endroits "naturels" par excellence où il est possible de préserver des détritus organiques de l'oxygène de l'air sont sous l'eau, et sous la terre. Un premier endroit qui correspond très bien au cahier des charges est un marécage, car les restes des plantes qui ont poussé au-dessus du marécage ou à proximité y tombent et se décomposent à l'abri de l'oxygène de l'air.

Un feu follet, ce n'est rien d'autre que du méthane formé au fond des marécages qui s'enflamme spontanément au contact de l'oxygène de l'air. Et de fait, la teneur en méthane dans l'air, sur de longues périodes, est un bon marqueur de la pluviométrie globale, car les zones humides ont tendance à être plus étendues lorsque le climat est plus humide. Comme un climat plus humide est aussi un climat plus chaud, il est assez logique de retrouver une concentration atmosphérique en méthane plus élevée lorsque le climat est plus chaud, comme en attestent les carottages effectués dans la glace des pôles.

Mais il n'y a pas que les marécages qui engendrent la formation de méthane : les sédiments océaniques et le sous-sol sont aussi des sources de méthane, dès lors que s'y trouvent des composés organiques, qui se décomposent plus ou moins lentement à l'abri de l'oxygène de l'air, sous l'effet de bactéries qui sont présentes un peu partout.

Une fois formé "naturellement", le méthane peut, ou non, partir rapidement dans l'atmosphère, selon son endroit d'apparition. S'il se forme dans des marécages, il va bien sûr immédiatement partir dans l'air (ce qui explique que la quantité "naturelle" de méthane dans l'air soit un bon marqueur de l'étendue des zones humides), mais pour les autres sources le méthane peut se former sans migrer ensuite dans l'atmosphère à bref délai : les réservoirs de gaz naturel ne sont rien d'autre que du "vieux" méthane qui ne s'est jamais échappé de terre après sa formation dans le sous-sol.

Dans tous les cas de figure, bien sûr, ce méthane va chercher à migrer vers la surface, sous l'effet de la pression qui s'exerce sur lui, et qui est d'autant plus forte qu'il s'est formé profond dans les entrailles de la terre.

Mais sa course éperdue vers la surface peut être arrêtée dans un certain nombre de cas de figure :

s'il rencontre de l'eau, des fortes pressions, et qu'il ne fait pas trop chaud : il peut alors s'associer à de l'eau (pour cela il faut que l'eau "sature", c'est à dire que le méthane ne puisse plus se dissoudre dans l'eau, ce qui est ce qui se passe si la quantité de méthane est très petite) et former un cristal mixte d'eau et de méthane, qui s'appelle... un hydrate de méthane (on retrouve la même racine "hydrat" que ce que l'on peut lire sur les brumisateurs d'eau ou les crèmes... hydrantantes pour les mains). A l'oeil, cela ressemble à de la glace (sauf que c'est de la glace qui brûle !).

Çà parait compliqué et simple à la fois !!! NON ?

Ce processus de transformation du méthane en hydrate peut notamment se produire :

-sous le sol gelé en permanence des hautes latitudes, qui s'appelle le pergélisol,

-dans les sédiments océaniques.

Sous le pergélisol, la zone où des hydrates sont susceptibles de se trouver est constituée d'une couche de quelques centaines de mètres d'épaisseur qui "démarre" à 200 ou 300 m sous la surface.

Mais l'essentiel du méthane retenu "sous terre" sous forme d'hydrates semble se trouver dans les sédiments océaniques (si l'on fait exception des gisements de gaz naturel, bien sûr !). Ce méthane résulte, comme toujours, de la décomposition des débris animaux et végétaux (essentiellement du phytoplancton et du zooplancton) qui précipitent au fond des océans, où ils sont recouverts par les précipitations minérales (par exemple les débris des coquilles du plancton) puis entraînés vers les entrailles de la terre.

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8 : Combien d'hydrates sous nos pieds (et sous les nageoires des dauphins) ?

Maintenant que nous savons ce qu'est un hydrate de méthane et comment il se forme, vient la question de la quantité globale de ce composé sur terre, car c'est à partir de là que nous pourrons estimer les risques liés à un largage rapide de tout ou partie de ce méthane dans l'atmosphère. Or répondre à cette question à 100 euros (en fait à beaucoup plus comme nous allons le voir !) est tout sauf une affaire triviale.

Une première chose que l'on peut faire pour progresser vers la lumière est "d'éliminer" les endroits où il ne peut pas y avoir d'hydrates, ou pas beaucoup, parce qu'un des ingrédients de la recette n'est pas disponible :

-il ne peut pas y en avoir si la pression est trop faible, ce qui exclut les trop faibles profondeurs d'eau, et en particulier l'essentiel des plateaux continentaux, sauf dans les régions polaires

-Il ne peut pas y en avoir beaucoup quand il y a de très grandes profondeur d'eau, tout simplement parce que, à quelques exceptions près, il y a peu de vie marine dans l'océan du large, donc peu de plancton qui sédimente au-dessus des grandes profondeurs d'eau, et donc peu de méthane dans le sédiment. Or le méthane doit avoir saturé l'eau dans lequel il est dissous pour que se forme de l'hydrate.

Il résulte de ce qui précède que, pour l'essentiel, les hydrates sont supposés être sur les talus continentaux, ces zones qui plongent des plateaux continentaux vers les abysses, et où la profondeur d'eau est de quelques centaines de mètres, sauf pour les zones polaires où il peut aussi y en avoir sur les plateaux continentaux.

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Bien sûr, tout cela n'est pas pour demain. Mais comment être sûr que ce n'est pas pour après-demain si nous continuons sur notre lancée ?