Méthane ??

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Les récentes observations dans la zone arctique menées sous l'égide du programme européen Damoclès (Developping Arctic Modelling and Observing Capabillities for Long-term Environmental Studies) ont créé une véritable surprise dans le monde scientifique. En effet, celles-ci montrent une différence importante avec les prévisions issues des différents modèles et sur lesquelles sont basées les conclusions du Giec : ceci se traduit par une nette accélération des effets dus à l'augmentation des gaz à effet de serre en Arctique (fonte totale de la banquise en été d'ici 2020) ^[100],[101].

Rétroactions

Les scientifiques nomment rétroactions les actions en retour du système climatique sur lui-même. Ces rétroactions sont positives lorsque le réchauffement climatique induit des phénomènes contribuant eux-mêmes à accentuer ce réchauffement, et négatives lorsque les phénomènes induits contribuent à réduire le réchauffement. De telles rétroactions ont déjà été observées lors de précédents réchauffements climatiques, à la fin d'une ère glaciaire ; le climat peut ainsi, en quelques années, se réchauffer de plusieurs degrés.

Les principales rétroactions positives sont les suivantes :

• le dégagement de méthane : le méthane (CH4, qui n'est autre que le gaz naturel, à quelques « impuretés » près), est un gaz à effet de serre 23 fois plus réchauffant que le CO₂. Il se forme lorsque la décomposition de la matière organique s'effectue avec un manque d'oxygène, et sous l'action de bactéries, un processus nommé méthanisation. Les sols humides (marais) sont très propices à cette création de méthane, qui est alors libéré dans l'atmosphère (cela peut donner lieu à des inflammations spontanées et l'on peut observer des feux follets). Si le sol est gelé, le méthane reste piégé dans la glace sous la forme d'hydrates de méthane. Le sol de Sibérie est ainsi un immense réservoir de méthane (sans doute trop diffus pour être exploité industriellement) : selon Larry Smith du département de géographie de l'UCLA, la quantité de méthane présent dans le sol sibérien serait de 70 milliard de tonnes, soit un quart du méthane stocké à la surface de la planète^[102]. Si le sol se réchauffe, la glace fond et libère le méthane déjà présent initialement, ce qui a pour conséquence un effet de serre plus marqué, et par suite un emballement du réchauffement climatique, qui fait fondre la glace encore plus vite. On parle aussi de bombe à carbone ;

 

Le méthane est un composé chimique de formule CH₄. Il a été découvert et isolé par Alessandro Volta entre 1776 et 1778 lorsqu'il étudia les gaz s'échappant du lac Majeur. Il s'agit du plus simple des hydrocarbures, et plus précisément du premier terme de la famille des alcanes. Il est assez abondant dans le milieu naturel, ce qui en fait un combustible à fort potentiel. La combustion du méthane dans l'oxygène pur produit du dioxyde de carbone CO₂ et de l'eau H₂O avec une importante libération d'énergie :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O : ΔH = 891 kJ⋅mol^-1.

Cependant, le fait qu'il se présente à l'état gazeux aux conditions normales de température et de pression nécessite de le liquéfier pour le transporter, généralement par pipeline et par méthaniers, plus rarement par camions.

D'énormes quantités de méthane sont enfouies dans le sous-sol sous forme de gaz naturel. De grandes quantités, difficiles à évaluer, sont également présentes sur le plancher océanique sous forme d'hydrates de méthane, stables à basse température et haute pression. Du méthane est également produit de façon anaérobie par les archées dites méthanogènes. D'autres sources de méthane sont les volcans de boue, les décharges publiques et la digestion du bétail, notamment des ruminants.

Le méthane est naturellement présent dans l'atmosphère terrestre à des concentrations très faibles, de l'ordre de 1,75 ppm(précisément de 1 748 ppb en 1998^[15]). Sa concentration tend à se stabiliser un peu au-dessus de cette valeur, après avoir connu une forte augmentation au cours des dernières décennies. Le méthane a en effet une durée de vie assez brève — moins de dix ans — dans l'atmosphère, où il est détruit par des radicaux hydroxyle OH^·.

C'est un gaz à effet de serre considérablement plus puissant que le CO₂, responsable, au niveau actuel de sa concentration, de quelques pourcents de l'effet de serre total à l'œuvre dans notre atmosphère^[16].

Histoire

Alessandro Volta découvre le méthane en 1776 en s'intéressant au « gaz des marais » (l'ancien nom du méthane)^[17].

C'est à cause du grisou, responsable (encore de nos jours) de trop nombreuses catastrophes minières que furent mises au point, les lampes de sûreté dans les mines de charbon, et notamment la lampe de Davy.

Jusqu'aux années 1970, l'impact du méthane sur le climat était inconnu. En 1976, il a été démontré que le méthane était un gaz à effet de serre.

Ce n’est qu’avec l'exploration spatiale que l’on a découvert l’omniprésence de ce corps dans l’Univers.

Formation, stockages naturels

C’est le principal constituant du biogaz issu de la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l’absence d’oxygène. Il est fabriqué par des bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobies c’est-à-dire sans oxygène.

Le méthane est ainsi le seul hydrocarbure classique qui peut être obtenu rapidement et facilement grâce à un processus biologique naturel. Nous utilisons principalement du gaz naturel et donc du méthane fossile, mais l’utilisation du méthane renouvelable, aussi appelé biogaz, est en développement : Suède, Allemagne, Danemark, Viet-Nam, Cambodge, Chine, Inde...

Le méthane se dégage naturellement des zones humides peu oxygénées comme les marais et certains sols longuement inondées. Il se forme aussi dans l'estomac et le tube digestif de nombreux animaux (de certains invertébrés aux mammifères). Ce gaz est présent en faible quantité dans les flatulences humaines ^[18].

Des quantités importantes de méthane sont piégées sous forme d’hydrates de méthane (clathrates) au fond des océans (où leur exploitation est envisagée) et dans les pergélisols. Ces deux réservoirs pourraient jouer un rôle important dans les cycles climatiques, et ils semblent commencer à perdre une quantité croissante de méthane dans l'atmosphère.

Le débullage de méthane à partir des sédiments marins, sur les lignes de fractures du plancher océanique est considéré comme un indice de risque sismique élevé, voire peut-être comme pouvant annoncer un tremblement de (sous réserve de confirmation suite aux expériences en cours, en mer de Marmara, sur la faille nord-anatolienne en cours au large de la Turquie) ^[19].

Propriétés physico-chimiques

Aux conditions normales de température et de pression, c'est un gaz incolore et inodore. Plus léger que l'air, le méthane en milieu non confiné s'échappe vers la haute atmosphère et n'a pas la tendance des gaz plus lourds que l'air (propane, butane) à former des nuages explosifs. Le méthane est un combustible qui compose jusqu'à 90% le gaz naturel. Sa température d'auto-inflammation dans l'air est de 540 °C ^[20]. La réaction de combustion du méthane s'écrit :

  1 m³ de méthane à 15 °C (gaz naturel) libère une énergie de 9,89 kWh (35,6 MJ)

Sur les planètes géantes

On trouve également du méthane sous forme de nuages et de brume sur Uranus et Neptune, de gaz non condensé dans les atmosphères de Jupiter et de Saturne ; ainsi que peut-être sur les exoplanètes Epsilon Eridani c et Fomalhaut b.

Environnement : contribution à l'effet de serre[modifier]

Un gaz à effet de serre

Le méthane est un gaz à effet de serre qui influe sur le climat, pris en compte en tant que tel par la directive 2003/87/CE. Il absorbe une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre, et l'empêche ainsi de s'échapper vers l'espace. Ce phénomène contribue au réchauffement de la Terre.

De plus il contribue aussi indirectement à l'effet de serre en diminuant la capacité de l'atmosphère à oxyder d'autres gaz à effet de serre (comme les fréons). Son utilisation comme combustible émet du CO₂ à hauteur de 380 Mt/an (les émissions industrielles avoisinent 6000 Mt/an) et de la vapeur d’eau, autre gaz à effet de serre important.

L'influence du méthane sur le climat est moins importante que celle du dioxyde de carbone mais elle est quand même préoccupante. Une molécule de méthane absorbe en moyenne 23 fois plus de rayonnement qu'une molécule de dioxyde de carbone sur une période de 100 ans, son potentiel de réchauffement global (PRG) est donc de 23 ; à échéance 20 ans, son PRG est même de 62. Le méthane est considéré comme le 3^e gaz responsable du dérèglement climatique, après le CO₂ et les fréons)^[29].

Variations récentes de teneur de l'air[modifier]

Le taux de méthane actuel dans l'atmosphère terrestre est d'environ 1800 ppb, soit 0,00018%. Il s'est maintenu ^[31],[32] entre 1780 et 1810 ppb de 2000 à 2010 avec une grande variation suivant la latitude ^[33]. Dans le passé, le taux de méthane dans l'atmosphère a varié souvent parallèlement à la température^{[réf. nécessaire]}. Ce taux a augmenté d'environ 150 % depuis 1750 et atteint aujourd'hui un taux inégalé ^[34] dans l'histoire, principalement suite aux activités humaines. Une augmentation des teneurs a été constatée en 2008/2009 ^[35]. Les modélisations informatiques de la cinétique du CH4 dans l'air ont permis de remonter à la source des émissions pour les 20 dernières années de mesures atmosphériques. Selon ces travaux, la réduction des émissions et/ou une utilisation plus efficace du gaz naturel dans l'hémisphère Nord (amélioration de l'étanchéité des tuyaux de gaz, récupération du grisou ou du gaz de décharge pour produire de l'électricité..) ont permis une baisse des émissions dans les années 1990, mais une nette augmentation des émissions provenant de combustibles fossiles dans le nord de l'Asie a ensuite de nouveau été constatée (2006...). Le recul des zones humides, par drainage entre autres, et, dans une moindre mesure, les feux de brousse, expliquent aussi les variations mesurées du CH4 atmosphérique sur 20 ans^[36].

Augmentation du taux de méthane atmosphérique, en ppb.

Le méthane serait responsable d'environ 20% du réchauffement moyen enregistré depuis le début de la révolution industrielle, mais il semble depuis peu être émis en plus grande quantité (même en hiver) dans les régions circumboréales, et pour des raisons non comprises, son oxydation atmosphérique pourrait être en train de diminuer.

On estime que sans sa présence, la température moyenne de surface de la Terre serait plus basse de 1,3 °C^{[réf. nécessaire]}.

Taux de méthane à la limite supérieure de la troposphère.		Saisonnalité relevée par le NOAA.

Sources

Le gaz naturel est composé à 90 % de méthane. Les fuites dans l'atmosphère lors de son extraction, de son transport, de son traitement et de sa distribution pourraient représenter jusqu'à 2 % de la production de gaz naturel, les 3/4 de ces fuites ayant lieu chez le client, après le compteur. Le graphe ci-contre montre également l'importance des pertes lors de la production : on distingue clairement certains champs gaziers de grande taille, entre autres la mer Caspienne et la Sibérie.
De même, le gaz piégé dans les filons de charbon lors de sa formation (le grisou) est relâché lors de l’extraction du minerai. Si l'on ne veut pas réduire l’utilisation de ces énergies fossiles et sans un investissement massif dans les énergies alternatives, il faut donc rechercher des solutions pour limiter les fuites.

• Les ruminants : 16 % des émissions.
  Le méthane est un produit de la digestion incomplète lors de la fermentation gastro-entérique des ruminants, surtout quand les animaux sont nourris avec des protéagineux (soja en particulier). Une seule vache peut émettre 100 à 500 litres de méthane par jour. À cela s’ajoutent les émissions liées aux déchets (excréments, fumier d'étable) qui continuent leur décomposition avec une méthanisation plus ou moins marquée selon le contexte. Parmi les solutions étudiées : améliorer l'alimentation animale, éviter le stockage des déchets qui ne produisent du méthane qu'à l'abri de l'air, ou au contraire récupérer ce méthane et le valoriser énergétiquement. L’apport de lipides alimentaires riches en acides gras polyinsaturés dans la ration des ruminants est une piste prometteuse. Des essais menés sur vaches laitières au centre INRA de Clermont ont montré qu’un apport de 6 % de lipides issus de la graine de lin a diminué la production de méthane des animaux de 27 à 37 % ^[40].

• Les déchets humains : 12 % des émissions.
  Les décharges fermentent et émettent de grandes quantité de méthane ; ce gaz pourrait être réutilisé comme source d’énergie^[41].

• La biomasse : 10 % des émissions.
  Le méthane émis provient surtout de l'oxydation incomplète des végétaux, lors de certains processus de décomposition organique naturelle (comme les feuilles mortes des sous-bois accumulées sous l'eau, fermentation de vases riches en matière organique). Certaines espèces (Termites) peuvent produire des quantités significatives de méthane.

Les gaz à effet de serre (GES) sont des composants gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre, contribuant à l'effet de serre. L'augmentation de leur concentration dans l'atmosphère terrestre est un facteur soupçonné d'être à l'origine du récent réchauffement climatique.

Un gaz ne peut absorber les infrarouges qu'à partir de trois atomes par molécule, ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents.

Les principaux gaz à effet de serre qui existent naturellement dans l'atmosphère sont :

• la vapeur d'eau (H₂O) ;
• le dioxyde de carbone (CO₂) ;
• le méthane (CH₄) ;
• le protoxyde d'azote (N₂O) ;
• l'ozone (O₃).

Les gaz à effet de serre industriels incluent, outre les principaux gaz déjà cités ci-dessus, des gaz fluorés comme :

• les hydrochlorofluorocarbures, comme le HCFC-22 (un fréon) ;
• les chlorofluorocarbures (CFC) ;
• le tétrafluorométhane (CF₄) ;
• l'hexafluorure de soufre (SF₆).

Notes :

1. L'eau (sous forme de vapeurs ou de nuages) est à l'origine de 72 %, soit près de trois quarts de l'effet de serre total^[1].
2. Le dioxyde de carbone est le principal (en quantité) gaz à effet de serre produit par l'activité humaine, 74 % du total (tous modes d'émissions réunis)^[1].

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_%C3%A0_effet_de_serre

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