La glace qui s’enflamme : les hydrates de méthane nouvelle source d’énergie?

On connaissait depuis longtemps l’existence sous le fond des mers ou sous le permafrost du continent Arctique de dépôts d’hydrates de méthane formés d’une structure de glace piégeant des molécules de méthane. Ces composés appelés aussi clathrates de méthane (du grec klathron qui veut dire fermeture) sont formés de plusieurs molécules d’eau emprisonnant une molécule de gaz dans une sorte de cage. Ils ne se forment que dans des conditions données de basse température et de haute pression.  Il y a quelques mois, la société JOGMEC (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation) a annoncé avoir extrait avec succès du gaz d’un gisement d’hydrate de méthane situé en mer profonde (plus de 500m) au large d’une des  grandes îles constituant le Japon, l’île de  Shikoku. Les forages et l’extraction ont été effectués à partir d’un navire spécialisé, le Kikuyu.

Fig.1. Vue du navire, le Kikuyu, ayant servi à l'extraction du méthane du dépôt sous-marin de Shikoku.

Fig.1. Vue du navire, le Kikuyu, ayant servi à l’extraction du méthane
du dépôt sous-marin de Shikoku. Crédit JOGMEC.

Le gaz extrait durant une dizaine de jours n’a pas été récupéré, il a été brûlé à bord du navire pendant que l’on procédait à de nombreuses mesures.

Pour extraire le gaz de sa cage de glace , la société japonaise a choisi le procédé de la dépressurisation. Il s’agit de poser par forage un tube dans le gisement d’hydrate et de pomper le liquide en excès. La pression s’abaisse alors et l’hydrate de méthane se dissocie en glace et gaz. On pourrait aussi séparer le gaz par chauffage, mais cela consommerait trop d’énergie. La méthode de dépressurisation a été mise au point de 2007 à 2008 sur un plus petit gisement d’hydrates de méthane, au Canada, sur l’île de Mallik,  où avait été essayée en 2001 la méthode de chauffage.

Les hydrates de méthane sont stables à forte pression et basse température. Le méthane pur  forme des hydrates à partir d’une profondeur d’environ 380 m( il y règne donc une pression de 38 atmosphères) dans l’eau douce à 4°C (maximum de densité de l’eau). Dans l’eau salée à 35 g/l, il faut une profondeur d’environ 440m(ce qui correspond à une pression de 44 atmosphères). Ainsi, les hydrates de méthane sont susceptibles de se former à des conditions de température et de pression naturellement rencontrées sous terre ou dans l’océan.
La glace d’eau constitue pour le méthane une sorte d’éponge moléculaire qui le stabilise sous forme solide.

 

Sur la  figure suivante, on peut voir des blocs de clathrate de méthane extraits de fonds sous-marins

Fig.2. A gauche "la glace qui s'enflamme" : la flamme est due à la combustion du méthane, relâché par la chaleur et issu de blocs de clathrate de méthane. A droite, structure spécifique, en" nid d'abeille" d'un bloc de clathrate de méthane.

Fig.2. A gauche “la glace qui s’enflamme” : la flamme est due à la combustion du méthane, relâché par la chaleur et issu de blocs de clathrate de méthane. Dans l’insert, schéma de la structure du clathrate de méthane: au centre la molécule  de méthane, autour les molécules d’eau. A droite, structure spécifique, en” nid d’abeille” d’un bloc de clathrate de méthane provenant d’une zone de subduction au large de l’Oregon, USA. Crédit Wikipedia.

Pour la tectonique des plaques, théorie qui explique la dérive des continents, une zone de subduction est celle où une plaque tectonique marine s’enfonce sous une autre plaque avant de plonger dans le manteau terrestre.

 

La vidéo suivante montre l’exploitation expérimentale du gisement d’hydrate de méthane de Shikoku; on remarque les brûleurs disposés sur un bras métallique en dehors du navire Kikuyu.

Crédit JOGMEC.

 

Sur la figure 3 , on voit deux vues des brûleurs de méthane du Kikuyu.

Fig. 3. Deux vues des brûleurs disposés en dehors du Kikuyu.

Fig. 3. Deux vues des brûleurs disposés en dehors du Kikuyu. Crédit JOGMEC

La société JOGMEC estime à environ un trillion (1 trillion = 1 milliard de milliards = {1 million}3, d’où l’appellation trillion) de mètres cube le volume de méthane disponible dans le gisement de Shikoku dans la fosse de Nankai.

Cette quantité de méthane est équivalente à  11 fois celle du gaz de pétrole liquéfié importée par an par le Japon.

Mais certaines estimations indiquent que les réserves totales d’hydrates de méthane au large du Japon correspondraient à 100 ans de consommation de gaz naturel pour ce pays.

 

 

 

Pour en savoir plus :
JOGMEC: Gas Production from Methane Hydrate Layers Confirmed

Wikipedia : hydrate de méthane