Hydrate de méthane - Définition
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Introduction
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Un hydrate de méthane (ou clathrate de méthane) est un composé organique naturellement présent dans les fonds marins, sur certains talus continentaux, ainsi que dans le pergélisol des régions polaires. C'est un des réservoirs de carbone planétaires.
Il est réputé présent en grande quantité, mais difficilement exploitable (surtout en fond marin).
Les hydrates de méthane sont une source potentielle d’énergie fossile pour remplacer le pétrole, mais ils restent une source directe de méthane ou indirecte de CO2, deux puissants gaz à effet de serre.
Appelé familièrement « glace qui brûle » ou « glace de méthane », ce composé glacé est inflammable dès qu'il fond et en présence d'oxygène ou d'un oxydant : 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.
Lors de la production de gaz naturel d'autres hydrates peuvent se former (éthane et propane). Lorsque la longueur de la molécule augmente (butane, pentane), les hydrates formés ne peuvent plus entrer dans la structure en cage formée par la glace et ont tendance à déstabiliser la formation d'hydrates.
Les hydrates de gaz naturels (Natural gas hydrate ou NGH en anglais) sont caractérisés par une plus faible pression (25 mégapascals, compression 1/170) et une plus haute température (0°C), que les LNG (Liquified natural gas, gaz naturels liquéfiés) ou les CNG (Compressed natural gas, gaz naturels comprimés).
Découverte
Le navire de recherche Sonne remonte en juillet 1996 de l’océan Pacifique, et d’une profondeur de 785 m, 500 kg d’hydrate de méthane.
Réservoirs naturels
Les hydrates de méthane sont stables à basse température et à forte pression.
Ces conditions se rencontrent dans deux milieux très différents :
Réservoir océanique
Du méthane est stocké sous forme d'hydrates de méthane dans les sédiments océaniques profonds et au niveau des talus continentaux à des profondeurs de quelques centaines de mètre.
Réservoir continental
On trouve également des hydrates de méthane dans le pergélisol des régions circumpolaires de l'Eurasie et de l'Amérique.
Inventaire
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, 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 pergélisol laisse supposer qu'elle est moindre que dans le réservoir océanique.
Par comparaison, les réserves connues de pétrole en 2005 étaient d'environ 2×1011 m3 (voir l'article Réserves pétrolières).
La structure des hydrates de méthane
L'hydrate de méthane est formé de molécules d'eau formant des cages dodécaédriques 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 cm3 de méthane dans 1 cm3 d'hydrate).
