Composé organique naturellement présent dans les fonds marins et les talus continentaux, ainsi que dans le pergélisol des régions polaires, mais difficilement exploitable (surtout en fond marin), les hydrates de méthane sont une source potentielle d'énergie fossile pour remplacer le pétrole.
Appelé familièrement " glace qui brûle " ou " glace de méthane ", ce composé glacé est inflammable : il s'agit en effet d'une fine " cage " de glace dans laquelle est piégé du méthane (un clathrate) issu de la décomposition de matière organique relativement récente (par rapport à celle qui a donné le pétrole et le gaz naturel) effectuée par des bactéries anaérobies.
L'hydrate de méthane est formé de molécules d'eau formant des cages dodécaèdriques qui piègent des molécules de gaz comme le méthane, le sulfure d'hydrogène (gaz tous deux présents dans l'hydrate remonté par le navire Sonne). Ces cages peuvent stocker de considérables quantités de gaz (par exemple 164 centimètres cubes de méthane dans 1 centimètre cube d'hydrate).
Les hydrates de méthane sont stables à basse température et forte pression. Ces conditions se rencontrent dans deux milieux très différents.
Du méthane est stocké sous forme d'hydrates de méthane dans les sédiments du fond des océans au niveau des talus continentaux, à des profondeurs de quelques centaines de mètre.
On trouve également des hydrates de méthane dans le permafrost des régions circumpolaires de l'Eurasie et de l'Amérique.
Depuis les premières estimations dans les années 1970, la quantité d'hydrate de méthane dans le réservoir océanique a été révisée à la baisse mais reste considérable. Selon une estimation récente [1], cette quantité serait comprise entre 1 et 5 × 1015 m³ de gaz, soit entre 0,5 et 2,5 × 1012 tonnes de carbone. La quantité d'hydrates de méthane dans le réservoir continental est moins bien connue. La surface relativement faible (10 millions de km²) occupée par le permafrost laisse supposer qu'elle est moindre que dans le réservoir océanique.
Les réserves d'hydrate de méthane sont si considérables que de nombreuses compagnies pétrolières s'y interessent. Mais la récupération de ce composé est difficile et coûteuse et les difficultés technologiques qui en résultent sont actuellement loin d'être résolues. Les Japonais, qui ont un besoin désespéré de nouvelles sources d'énergie, ont beaucoup investi dans le domaine, sans résultats probants.
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.
L'exploitation des hydrates de méthane ne se limite pas aux fonds sous marins. En effet, les hydrates de méthane sont une bonne alternative pour le transport du méthane sur des distances relativement longues. Ainsi, on réduirait grâce aux hydrates de méthane le transport très dangereux du gaz naturel liquéfié ou encore la construction de pipe-line. De plus, le transport des hydrates par bateau est beaucoup moins demandant en énergie que le gaz naturel liquéfié puisque les conditions de température et de pression sont moins difficiles à atteindre.
Certains procédés industriels sont en développement pour permettre de transformer le méthane gazeux en hydrates pour son transport entre le gisement et le centre de consommation.
La technologie développée à l'aide des hydrates de méthane pourrait être transposée au CO2. Ainsi, on pourrait "emprisonner" le CO2 dans de la glace (comme le méthane) et former ainsi des hydrates de CO2. Ceci pourrait permettre de garder sous pression les gisements d'hydrates de méthane sous marins si ils deviennent exploitables et ainsi limiter aussi le dégagement du CO2 dans l'atmosphère.
On craint que le réchauffement climatique puisse élever la température des fonds marins de telle façon qu'une partie des hydrates "fonde", ce qui relâcherait énormément de méthane dans l'atmosphère, lequel viendrait à son tour augmenter l'effet de serre, d'où un effet d'emballement.
Les hydrates de méthane sont une explication proposée pour la perte de nombreux navires dans le "triangle des Bermudes" (qui a servi de cadre à bien des théories ésotériques ou conspirationnistes) : la région possèderait d'importantes quantités d'hydrates de méthane peu stables, et de temps à autres, du gaz serait relâché. Si un navire se trouve par malchance à cet endroit pendant une éruption, il se retrouve dans de l'eau "gazeuse" 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 volume d'eau déplacé sous la ligne de flottaison du navire. Si de l'air s'y trouve la densité équivalente est diminuée donc le poids de l'eau déplacée. Le navire cale et finit par couler s'il s'enfonce au-delà de la limite de la coque.
De plus, 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 à piston d'avion ce qui expliquerait la disparition d'avions dans cette zone alors qu'ils auraient éventuellement passé à travers une nappe de méthane émanant de la mer. (Reste à savoir si l'effet est le même pour un moteur à réaction). (Source de ce dernier paragraphe: Documentaire sur Discovery Channel).
En juillet 1996, le navire de recherche Sonne, en mission dans l'océan Pacifique, a remonté, d'une profondeur de 785 m, 500 kg d'une sorte de glace composée d'eau et de méthane. Il s'agissait d'hydrate de méthane stable aux fortes pressions qui régnent au fond des océans mais libèrent, à l'air libre, du méthane que l'on peut enflammer et ne laissant comme résidu qu'une flaque d'eau ! Les hydrates de méthane ne sont pas rares ; il en existe dans tous les océans. On estime aujourd'hui que les fonds océaniques contiennent ainsi deux fois plus de carbone que la totalité des gisements connus de gaz naturel, de pétrole et de charbon.