Fonds océaniques : la mystérieuse “Glace qui brûle”

Fonds océaniques : la mystérieuse “Glace qui brûle”

 

Karine Plée Tranchet, Mélanie Gretz, Association AniMuse,  

Guy Simpson, Matteo Lupi, Dept, Sciences de la Terre, Université de Genève

Quel solide de 1 m3 peut-il se transformer instantanément en 164 m3 de gaz ? Quel mélange cristallisé peut-il répandre un gaz à effet de serre 28 à 34 fois plus puissant que le CO2 ?

L’hydrate de méthane, appelé aussi « Glace qui brûle », est ce composé extraordinaire !

Figure 1 : Image de gauche : Un glaçon d’hydrate de méthane en feu. Image de droite : Structure des hydrates de gaz montrant les molécules d’eau “emprisonnant” une molécule de méthane. (Source : Formation et agglomération de particules d’hydrate de gaz dans une émulsion eau dans l’huile: Etude expérimentale et modélisation (2010) – H. Le Ba – Génie des procédés, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne)

Le voyage de Gaia a permis de découvrir bon nombre de merveilles terrestres, mais que se passe-t-il sous la surface de l’eau ? Les fonds océaniques recèlent encore bien des mystères… En effet, même si les zones proches des continents sont relativement bien connues, la cartographie des fonds océaniques reste encore mal définie. A noter que seuls 4 hommes, dont l’illustre scientifique suisse Jacques Piccard (https://www.24heures.ch/suisse/60-ans-jacques-piccard-explorait-mariannes/story/25215833) ont exploré les océans à une profondeur de plus de 10’000 mètres alors que 12 hommes sont allés sur la Lune ! Les océans sont proches de nous, mais paradoxalement il n’est pas aisé pour l’être humain de s’y aventurer. Nous allons aujourd’hui nous focaliser sur un sujet encore plein d’inconnues : les hydrates de méthane. Nous les retrouvons en grande quantité dans les sédiments peu profonds des fonds océaniques, mais aussi sous les glaciers terrestres ainsi qu’au fond de certains lacs, comme le lac Baïkal en Russie. Ce composé très particulier a le potentiel d’induire un fort impact sur le climat, mais il pourrait également être une gigantesque ressource d’énergie. Partons à sa découverte !

HYDRATE DE MÉTHANE, CLATHRATE OU “GLACE QUI BRÛLE” – RÉPARTITION ET ORIGINE

L’hydrate de méthane ou clathrate est un composé solide d’origine organique résultant de la cristallisation d’un mélange de méthane et d’eau. Il est la forme d’hydrate de gaz la plus courante sur notre planète. Sa densité est moins importante que celle de l’eau ; il flotte ainsi comme de la glace, d’ailleurs son aspect est très similaire à cette dernière. De plus, il peut prendre feu très facilement au contact de l’oxygène, ceci malgré une température basse, d’où son appellation « Glace qui brûle ».

Les conditions de stabilité des hydrates de méthane sont déterminées par la pression exercée par la colonne d’eau et sédiments ainsi que la température des eaux des fonds océaniques. Ils peuvent être rencontrés sous forme solide dans les 200 premiers mètres de sédiments des marges continentales, aire de transition entre le continent et la pleine mer, ou dans les pergélisols, sols gelés pendant au moins 2 ans et de ce fait imperméables. Si ces conditions physiques venaient à être déstabilisées par des changements de température ou de pression, le méthane retrouverait sa forme gazeuse et serait relâché dans les océans (acidification) ou dans l’atmosphère (effet de serre).

Les hydrates de méthane sont issus de la décomposition de matière organique (végétaux, poissons morts, planctons, …) qui se produit dans les milieux aquatiques et également de la cristallisation de méthane formé et extrait de sédiments enfouis. Ils représentent l’un des réservoirs les plus importants de carbone organique.

Figure 2 : Filons d’hydrate de gaz (clathrate, en blanc sur la photo) trouvé lors d’une expédition scientifique avec les navire de recherche FS SONNE au large de l’Oregon, à une profondeur d’environ 1’200 mètres. Cet hydrate de méthane était enfoui dans le premier mètre du sédiment (en gris sur la photo), dans la zone dite “hydrate ridge”, au large de l’Oregon (Etats-Unis)

(Source : Par Wusel007 — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8268987)

Les conditions de pression et de température extrêmes dans lesquelles se trouvent les hydrates de méthane compliquent leur étude. Lors de campagnes de prélèvements d’échantillons et d’analyses en laboratoire des hydrates de méthane, les scientifiques doivent les stocker rapidement dans de l’azote liquide à -196°C. Ceci afin d’éviter la décomposition de ces “glaçons” à cause de la diminution de la pression.

Figure 3 : a) Structure de la molécule d’hydrate de méthane. b) Fine couche blanche d’hydrate de méthane recueillie dans une carotte de sédiments sous le plancher océanique. c) Morceau d’hydrate de méthane en feu. d) La température de l’eau (ligne grise) diminue à mesure que l’eau de l’océan devient plus profonde, puis augmente à nouveau sous le plancher océanique. e) Les hydrates de méthane ne sont stables qu’à haute pression et basse température, de sorte que la stabilité est contrôlée par la température (ligne grise) et la profondeur sous la surface de la mer. Dans la zone 1, la pression est trop faible, donc les hydrates ne sont pas stables ; dans la zone 2, il y a trop d’eau et pas assez de gaz pour former de l’hydrate : en zone 3, les conditions sont parfaites pour la formation des hydrates, donc ils sont stables ; et dans la zone 4, il fait trop chaud, donc les hydrates ne peuvent pas se former.

(D’après Hyndman et Dallimore, 2001, fig 4 modifiée)

(Source : https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2019.00096)

LES HYDRATES DE MÉTHANE – COMPOSÉS INSTABLES

Figure 4 : Carte mondiale de répartition des hydrates de méthane.

(Source : Ifremer, d’après compilation de la distribution des hydrates USGS 2004 et bathymétrie GEBCO 2014)

A ce jour, il n’existe pas d’outils satellitaires qui permettent de mesurer les volumes d’hydrates de méthane présents sur notre planète. Seules des mesures ponctuelles et in situ peuvent donner une partie de ces informations et amener à des estimations.

Le méthane présent en profondeur (large de l’Aquitaine – Ifremer : https://www.youtube.com/watch?v=ueBmO_pAqaQ) est favorable à la vie marine, il permet de former des roches carbonatées, des dalles, sur lesquelles toutes sortes d’animaux peuvent se fixer, notamment des éponges. Ces roches des fonds marins constituent un habitat important pour la faune.

En revanche, si trop de méthane est décomposé et relâché sous forme gazeuse dans les océans, il contribue à l’acidification de ces derniers. L’acidification est un problème écologique préoccupant qui peut mener à de sérieuses conséquences. Comme par exemple d’empêcher le renouvellement du plancton qui apporte de l’oxygène dans les océans et dans l’atmosphère, ou encore de fragiliser les récifs de coraux qui représentent un écosystème essentiel à la vie dans les océans.

QUEL POTENTIEL IMPACT POUR LE CLIMAT ?

Si les hydrates de méthane sont déstabilisés, le climat peut-être grandement impacté. En effet, ils constituent une menace réelle car ce sont des agrégats de méthane (CH4) qui est un gaz à effet de serre. Ce gaz naturel à effet de serre est 28 à 34 fois plus impactant que le dioxyde de carbone (CO2). Il a été découvert par les géologues que des épisodes de réchauffement climatiques catastrophiques se sont produits à plusieurs reprises au cours de l’histoire de la Terre suite au dégazage d’hydrates de méthane. L’événement le plus récent a marqué la limite de deux époques géologiques que sont le Paléocène et l’Eocène, il y a 55,5 millions d’années. Celui-ci aurait provoqué un changement climatique global et rapide à l’échelle des temps géologiques. En effet, les températures auraient alors augmenté d’environ 5 à 8 °C en seulement 20’000 ans. Cette hausse des températures s’est accompagnée d’une augmentation importante du niveau des mers.

QUELS PHÉNOMÈNES PEUVENT DÉSTABILISER LES HYDRATES DE MÉTHANE ?

Le Gulf stream est un courant océanique qui influence le climat dans l’hémisphère nord en transportant des eaux chaudes depuis le Golf du Mexique jusque dans l’Atlantique nord et l’océan Arctique. Des modifications de ce courant auraient le potentiel de « dégeler » et transformer des centaines de gigatonnes d’hydrates de méthane gelés piégés en dessous des fonds marins en gaz de méthane. Ce phénomène augmenterait le risque d’avalanche sous-marines et ainsi la libération de méthane. Ce processus est encore peu connu par les scientifiques.

Les changements récents notés sont sans précédents depuis 900 ans avant notre ère, ce qui constitue une des preuves de l’implication d’un réchauffement global dû à l’activité humaine.

Ces modifications de direction du Gulf Stream exposent à des eaux chaudes certains fonds marins jusque-là exposés principalement à des eaux froides. Ce phénomène aurait pour conséquence de déstabiliser les hydrates de méthane. Ces résultats suggèrent qu’une faible déviation des courants marins peut avoir un impact important sur la stabilité des marges océaniques ainsi que sur le bilan de carbone océanique.

Si les hydrates de méthane sont déstabilisés sous un fond marin en pente, ils se transformeront en gaz. L’apparition de gaz et la disparition des hydrates de méthane qui stabilisent les sédiments peuvent être à l’origine de glissements de terrain importants. Les gigantesques glissements de Storegga à proximité de la Norvège auraient causé ce phénomène. Ils sont considérés comme étant les plus importants d’Europe et ont causé au moins un tsunami il y a plus de 8’ooo ans (https://www.youtube.com/watch?v=Nomlo8X58PY&ab_channel=ingomar200).

Figure 5 : Les hydrates de méthane sous un fond marin en pente sont déstabilisés à cause d’une baisse du niveau marin (baisse de pression). La transformation des hydrates de méthane en gaz déstabilisent les sédiments et peut engendrer un glissement de terrain important.

(Source : d’après http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/CCCIC/ressources/litho_point4)

Les hydrates de méthane sous-marins se situent directement dans les sédiments de surface des fonds océaniques et peuvent ainsi être déstabilisés par une baisse du niveau marin qui engendrerait une diminution de la pression exercée par la colonne d’eau. Ce phénomène a eu lieu lors de périodes glaciaires pendant lesquelles le niveau des mers s’était abaissé de centaines de mètres. Depuis toujours, le climat et le niveau des mers de la planète connaissent des fluctuations cycliques. Cependant, depuis l’industrialisation, l’émission des gaz à effet de serre a modifié la composition de l’atmosphère et déréglé ces cycles naturels. D’après les enregistrements des cycles du passé, nous devrions aller vers une période glaciaire qui engendrerait une baisse de niveau des mers. Cependant ce phénomène ne semble plus être à l’ordre du jour car le réchauffement global et la fonte des glaciers ont pour conséquence l’augmentation du niveau marin.

LE TRIANGLE DES BERMUDES, UN MYSTÈRE ÉLUCIDÉ ?

Cette zone géographique située entre la Floride, Porto-Rico et l’archipel des Bermudes dans l’océan Atlantique nord est reconnue pour être dangereuse. En effet, bon nombre de disparition de bateau et même d’avions y ont été recensées. Une quantité de théories farfelues ont été proposées, allant de cités englouties à l’intervention d’extra-terrestres. Cependant, l’explication qui semble la plus probable, serait le dégazage de poche d’hydrate de méthane qui aurait pour conséquence une diminution importante de la densité de l’eau en surface. Ce phénomène occasionnerait une chute brutale de la flottabilité d’un bateau.

@Dominique Galland

Figure 6 : le cratère représenté sur la première image est une énorme poche de gaz sous-marine qui a relâché une bulle de gaz remontant vers la surface. Les bateaux voient l’eau sur laquelle ils flottaient être remplacée par une gigantesque bulle de gaz. Le bateau n’est plus sur un liquide mais sur un gaz : il ne flotte donc plus et est aspiré vers le fond de l’océan. C’est pour cette raison que les épaves retrouvées sont restées intactes.

(Source : https://www.demotivateur.fr/article-buzz/fin-du-mystere-l-enigme-du-triangle-des-bermudes-vient-enfin-d-etre-resolue-desole-mais-ce-n-est-pas-la-faute-des-extra-terrestres–4210l)

Pour les avions, le phénomène est similaire : la forte concentration de méthane remonte dans les airs et crée de fortes turbulences atmosphériques au-dessus de la mer, perturbant ainsi le vol des appareils.

RESSOURCES ÉNERGÉTIQUE POUR L’AVENIR ?

Les gisements d’énergies fossiles s’épuisent et arriveront d’ici peu à terme. Les hydrates de méthane pourraient représenter une source d’énergie conséquente de remplacement. En effet, il est estimé que les hydrates de méthane présents dans les fonds océaniques sont l’équivalent des gisements de charbon, gaz naturel et pétrole connus à ce jour. Mais l’exploitation des hydrates de méthane est passablement hasardeuse et risquée pour plusieurs raisons :

  • Cela impliquerait des forages profonds en mer causant des problèmes de stabilité des plates-formes d’extraction. En effet, elles seraient situées au-dessus d’une grande colonne d’eau.
  • Cela induirait des difficultés pour éviter la dissociation des hydrates lors des forages.
  • Cela provoquerait des problèmes liés à la stabilité des sédiments dans lesquels se trouvent les hydrates. Il y aurait le risque que de grands glissements sous-marins se produisent à la suite du dégazage des hydrates.

De plus, selon nous il est évident que les changements climatiques que nous vivons nous imposent une transition vers de nouvelles sources renouvelables afin de se défaire de notre dépendance aux énergies fossiles à fortes émissions de gaz à effet de serre dont font partie les hydrates de méthane. En outre, opter pour une sobriété dans notre consommation énergétique semble être nécessaire pour aborder la crise climatique.

CONCLUSION

Le changement climatique accéléré par le dégazage des hydrates de méthane est un risque bien réel. Même si les courants océaniques sont bien en train de se modifier, d’après les scientifiques, il semble qu’il y ait à l’heure actuelle d’autres menaces bien plus immédiates pour notre planète. En effet, son équilibre est menacé par l’activité humaine, qui a pour conséquences le réchauffement climatique ou encore une importante chute de la biodiversité avec par exemple la perte de 68% des vertébrés entre 1970 et 2016 (https://www.actu-environnement.com/media/pdf/news-36072-rapport-living-planet-2020.pdf).

A notre sens, l’exploitation des hydrates de méthane dans les fonds marins serait une solution risquée et en désaccord avec la crise environnementale que nous vivons. Afin de répondre aux objectifs en matière de neutralité carbone que les États fixent pour limiter l’augmentation de température au niveau mondial, la tendance est au développement des énergies renouvelables pour remplacer les énergies fossiles que nous utilisons à outrance à l’heure d’aujourd’hui. Voici un exemple chiffré concernant directement les personnes vivant à Genève : le canton a pour objectif de réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 60% d’ici l’année 2030. En sachant que pour le moment 75% des énergies utilisées y sont importées et d’origine fossile, il est urgent de se concentrer sur les solutions en développant un panel plus large et composé de ressources énergétiques renouvelables.

RÉFÉRENCES :

BIODIVERSITÉ

  • Rapport du WWF sur l’effondrement de la biodiversité

https://www.actu-environnement.com/media/pdf/news-36072-rapport-living-planet-2020.pdf

CLIMAT

ENERGIES

FONDS MARINS

  • Fonds marins : la science traque les fuites de méthane – Actu de science – Le blob, l’extra-média

https://www.youtube.com/watch?v=ueBmO_pAqaQ

HYDRATES DE MÉTHANE

  • Natural gas hydrate studies in Canada (2001) – R.D. Hyndman & S.R. Dallimore – Canadian Society of Exploration Geophysicists, GSEG Recorder
  • Formation et agglomération de particules d’hydrate de gaz dans une émulsion eau dans l’huile: Etude expérimentale et modélisation (2010) – H. Le Ba – Génie des procédés, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne
  • NFiery Ice – Gas Hadrates – https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2019.00096
  • Plongez à la découverte des hydrates de gaz

https://www.youtube.com/watch?v=sxhSZ_7f4Uc

  • Modélisation glissement de terrain et tsunami, Storegga en Norvège

https://www.youtube.com/watch?v=Nomlo8X58PY&ab_channel=ingomar200

OCÉANOGRAPHIE

TRIANGLE DES BERMUDES

2 réflexions sur « Fonds océaniques : la mystérieuse “Glace qui brûle” »

  1. Un danger de plus que ces hydrates de méthane… si le plaisir de s’instruire grâce à Gaia nous motive, il faut rester solide pour voir l’avenir autrement que sous forme de catastrophe !
    Si l’objectif genevois de diminution du gaz à effet de serre est tenu, il y a une lueur !
    Merci pour ces articles, continuez. Amicalement. RJA

  2. Merci pour cet article très intéressant. On peut peut-être ajouter que des clathrates de méthane peuvent se former dans les gazoducs si la température est assez basse et l’humidité du gaz trop élevée. Ce n’est pas désirable car le conduit est alors bouché.
    Je suis étonné de lire que le méthane produit une acidification de l’océan – je ne vois vraiment pas l’origine de cet effet. Pourriez-vous donner plus de détail?

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