Méthane 2066 31480305 2008-07-10T22:05:54Z WikiDreamer Bot 366978 robot Ajoute: [[th:มีเทน]] {{Chimiebox général| nom = Méthane | image = Methane-3D-balls.png | tailleimage = | commentaire = Vue 3D de la molécule de méthane. | formule = {{fchim|C||H|4}} | nom scientifique = Méthane | CAS = [74-82-8] | EINECS = 200-812-7 | ATC = | apparence = gaz }} {{Chimiebox physique}} {{Chimiebox physique masse moléculaire| 16,043 [[Unité de masse atomique|u]] }} {{Chimiebox physique température fusion| 90,55 K (-182,6 °C) }} {{Chimiebox physique température vaporisation| 111,75 K (-161,4 °C) }} {{chimiebox physique densité| 415 kg/m³ (à -164 °C), sous forme gazeuse 0.717 kg/m³}} {{chimiebox physique température d'auto-inflammation| 540 °C}} {{Chimiebox physique fin}} {{Chimiebox fin}} [[Image:Methane-2D-stereo.svg|thumb|[[Représentation de Cram]] du méthane.]] Le '''méthane''' est un [[hydrocarbure]] de la famille des [[alcane]]s. De [[formule brute]] CH<sub>4</sub>, la [[molécule]] de méthane est constituée d'un [[atome]] de [[carbone]] (C) et quatre atomes d’[[hydrogène]] (H). Elle est désignée par le code R50 dans la [[liste des gaz fluorés et frigorigènes]]. C'est un des principaux [[gaz à effet de serre]]. Le méthane est le composant principal du [[gaz naturel]]. 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 [[bactérie]]s [[Archéobactérie méthanogène|méthanogène]]s qui vivent dans des milieux anaérobiques 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 les terres inondées. Il se forme aussi dans l’estomac des mammifères. Ce gaz est d’ailleurs présent en faible quantité dans les flatulences humaines <ref>{{cite journal| author=Suarez F.| coauthors=Furne J, Springfield J, Levitt M| title=''{{lang|en|Insights into human colonic physiology obtained from the study of flatus composition}}''| journal=Am J Physiol| year=1997| volume=272 (5 Pt 1)| pages=G1028–33}}</ref>. Des quantités importantes de méthane sont piégées sous forme d’[[Hydrate de méthane|hydrates de méthane]] ([[clathrate]]s) au fond des océans ; leur exploitation est envisagée (2007). == Quelques propriétés == {| class="wikitable" | rowspan=2| [[Point triple]] || 90,68 K (-182,47 °C) |- | 11,7 kPa |- | rowspan=2| [[Point critique (thermodynamique)|Point critique]] || 190,45 K (-82,7 °C) |- | 4,596 MPa |} * Aux [[conditions normales de température et de pression]], c'est un [[gaz]] plus léger que l'[[air]], incolore et inodore. Il se liquéfie à -161,4 °C et se solidifie à -182,6 °C. * La densité du méthane liquide est de 0,415 à -164 °C. * Sa solubilité dans l'eau est de 0,4 ml pour 100 ml d'eau à la température de 20 °C, cette solubilité dans l'alcool est de 47 ml à la même température et de 104 ml à 10 °C dans l'éther, toujours pour le même volume de 100 ml. * Le méthane est un combustible. Sa température d'auto-inflammation dans l'air est de 540 °C <ref>[http://www.educnet.education.fr/orbito/pedago/pileh2/pile31.htm Température d'auto-inflammation du méthane dans l'air]</ref>. La réaction de combustion du méthane s'écrit : <center>CH<sub>4</sub> + 2O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O</center> <center>méthane + [[dioxygène]] → [[dioxyde de carbone]] + [[eau]]</center> * 1 m³ de méthane à 15 °C ([[gaz naturel]]) libère une énergie de 9,89 kWh (35,6 MJ) * Le gaz naturel, (constitué à plus de 90% de méthane) est transporté par navires ([[méthanier]]s) à une température de -162 °C et à une pression voisine de la [[pression atmosphérique]]. Les réservoirs sont construits sur le principe de la « bouteille thermos » et leur capacité peut aller jusqu'à 40 ou 50 000 m³ de gaz liquide par réservoir. Un méthanier comportant plusieurs réservoirs, sa cargaison peut actuellement atteindre 154 000 m³ de GNL, ''Gaz Naturel Liquéfié''. Les futurs méthaniers pourront transporter jusqu'à 260 000 m³ de GNL . Le volume du méthane à l'état gazeux est égal à 600 fois son volume à l'état [[liquide]], à pression atmosphérique. * Très inflammable, mais plus léger que l'air, le méthane en milieu non confiné s'échappe vers la haute atmosphère ; il a donc moins tendance que les gaz plus lourds que l'air (propane, butane) à former des nuages explosifs. * Présent à tous les stades de l'industrie pétrolière, mais mal valorisé, il est fréquemment brûlé dans une torchère ; ce comportement contribuant à l'effet de serre, les pétroliers tentent de façon croissante de restreindre ce procédé. == Histoire == [[Alessandro Volta]] découvre le méthane en [[1776]] en s'intéressant au « gaz des marais » (l'ancien nom du méthane). C'est à cause du [[grisou]], responsable (encore de nos jours) de trop nombreuses [[catastrophe]]s minières que furent mises au point, les [[Mine (gisement)#L'éclairage|lampes de sûreté]] dans les mines de charbon, et notamment la lampe de [[Humphry Davy|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 la [[conquête spatiale]] que l’on a découvert l’omniprésence de ce corps dans l’Univers. == Utilisation == Les gisements fossiles de [[gaz naturel]] comportent entre 50 et 60 % de méthane, le gaz naturel brut est épuré avant d'être injecté sur le réseau de distribution. La proportion de méthane présent dans le [[gaz naturel]] que nous utilisons est supérieure à 90% dans la plupart des gaz. Le méthane biologique, ou [[biogaz]], qui est produit par la [[fermentation]] [[anaérobie]] de matière organique comporte 50 à 80 % de méthane, (60-65% généralement) Le [[biogaz]] produit dans les décharges pourrait être (bien davantage) récupéré et valorisé sous forme d'[[électricité]], de chaleur ou comme [[carburant]] automobile. Pour l'instant, seules quelques expériences isolées (dans des fermes, des déchèteries...) ont vu le jour, spécialement dans les régions les plus froides (nord de l'Allemagne, de la France, Scandinavie...), {{Référence nécessaire|mais la rentabilité économique de ces installations est loin d'être acquise.}} (voir l'[http://www.novethic.fr/novethic/site/article/index.jsp?id=96948 expérience en prison rwandaise]) == Contribution à l'effet de serre == === Le méthane, gaz à effet de serre === Le méthane est un [[gaz à effet de serre]] qui influe sur le climat. 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 [[fréon (gaz)|fréons]]). Son utilisation comme combustible émet du CO<sub>2</sub> 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 de 23; à échéance 20 ans, le PRG est même de 62. Le méthane est considéré comme le 3{{e}} gaz responsable du dérèglement climatique, après le [[dioxyde de carbone|CO<sub>2</sub>]] et les [[fréon (gaz)|fréons]])<ref>Benjamin Dessus, Hervé Le Treut et Bernard Laponche, « Effet de serre, n'oublions pas le méthane » dans ''[[La Recherche]]'' {{ISSN|0029-5671}} n°417 (mars 2008) {{lire en ligne|lien=http://www.larecherche.fr/content/articledumois/listweb?alone|date=14 mars 2008}}</ref>. Dans le passé, le taux de méthane dans l'atmosphère a varié comme la température. La concentration de méthane a augmenté d'environ 150 % depuis [[1750]] et atteint aujourd'hui un taux inégalé dans l'histoire. Cette augmentation est principalement due aux activités humaines. On estime que sans sa présence, la température moyenne de surface de la [[Terre]] serait plus basse de 1,3 °C. === Sources de méthane === Globalement, on estime les émissions de CH<sub>4</sub> vers l’atmosphère à 500 Mt/an, dont les trois quarts proviennent de sources d’origine [[anthropique]]. Les principales sources (par ordre d'importance quantitative estimée) sont : * La fermentation anaérobie sous l'eau : 32% des émissions. <br>Elles ont surtout lieu dans les [[zones humides]] (naturelles ou artificielles avec en particulier les [[rizière]]s et [[barrages hydroélectrique]]s qui ont inondé des [[forêt]]s ou accumulé une importante charge [[matière organique|organique]]. Il peut aussi s'agir d'[[estuaire]]s devenus [[dystrophisation|dystrophes]] ou de n'importe quelle zone d'accumulation de pollution organique, [[décharge]] par exemple).<br>Les [[marais]], les [[mangrove]]s tropicales et les [[rizière]]s sont sujets à l’action de bactéries méthanogènes en milieu [[anaérobie]]. <br>La température agit sur les émissions, qui atteignent leur valeur maximale entre 37 °C et 48 °C, d’où une amplification des émissions en cas de réchauffement.[[Image:AtmosphericMethane.png|thumb|250px|Analyse par satellite montrant les concentrations de méthane (parties par million en volume) en surface (en haut) et dans la stratosphère (en bas).]]. En présence d'une quantité suffisante d'oxygène, l'activité bactérienne elle-même contribue à échauffer le matériau, mais avec émission de CO<sub>2</sub>.<br>L'analyse des gaz piégés il y a 10 000 ans dans les glaces polaires et l'étude du rapport isotopique carbone 13/carbone 12 du carbone de ces molécules de méthane (δ13CH<sub>4</sub>) ont montré un doublement des taux de CH<sub>4</sub> lors de la dernière transition glaciaire-interglaciaire. Ce doublement est dû, à près de 50 %, aux régions marécageuses tropicales, renforcées par les émissions des tourbières boréales favorisées par la transition climatique<ref>Nature, Avril 2008</ref> * Les [[énergies fossiles]] : 21% des émissions.<br>Le [[gaz naturel]] est composé à 90% de méthane. Les [[Torchage et rejet de gaz naturel|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 trois quarts 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 [[Régions pétrolifères#Russie et Asie centrale|Sibérie]].<br>De même, le gaz piégé dans les filons de [[houille|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. <br>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. *Les déchets humains : 12% des émissions. <br>Les décharges fermentent et émettent de grandes quantité de méthane ; ce gaz pourrait être réutilisé comme source d’énergie. *La [[Biomasse (énergie)|biomasse]] : 10% des émissions. <br>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 sédiments et océans : 4% des émissions, mais qui pourrait fortement augmenter... <br>Les hydrates contenant du méthane ([[clathrate]]s) pourraient émettre du gaz en cas de perturbation de la température océanique et/ou du dégel de certains [[Pergélisol|sols riches]] de la [[toundra]] sibérienne et canadienne, mais ces émissions sont limitées actuellement.<br>Toutefois, une augmentation de température entraîne une augmentation de l'émission de CH<sub>4</sub> par les clathrates. Cette source pourrait donc constituer une véritable bombe à retardement climatique en cas de réchauffement des fonds océaniques. '''Prospective''' : Les variations futures de ces émissions sont incertaines, mais on prévoit une augmentation des apports de l’énergie fossile, des déchets, des sources agricoles et marines du fait du développement de la population mondiale, de l’industrialisation de certains pays et de la demande croissante en énergie, ainsi que du réchauffement climatique. === Les puits de méthane === Les différents mécanismes d’élimination du méthane atmosphérique retirent environ 515 Mt/an. Le principal puits à CH<sub>4</sub> est le [[radical]] [[hydroxyle]] '''OH<sup>.</sup>''' contenu dans l’atmosphère, qui contribue à 90% de la disparition de CH<sub>4</sub> . Le radical OH<sup>•</sup>, agent oxydant des principaux polluants de l’atmosphère (CH<sub>4</sub>, CO, [[NOx]], composés organiques), provient de la dissociation photochimique de O₃ et de H<sub>2</sub>O. La teneur en radical [[hydroxyle]] est donc influencée par la concentration atmosphérique en CH<sub>4</sub> mais aussi par celle de ses produits, dont CO. De même, divers mécanismes affectent la teneur en OH<sup>.</sup> : * l’augmentation de concentration urbaine en NOx engendre plus de formation d’O<sub>3</sub> et donc plus de dissociation en OH<sup>.</sup> ; * la chute de la concentration d’O<sub>3</sub> stratosphérique induit plus de rayonnement UV atteignant la [[troposphère]] et donc plus de dissociation d’O<sub>3</sub> troposphérique ; * l’augmentation de la vapeur d’eau résultant de l’augmentation de la température moyenne produit plus de nuages bloquant les flux de [[proton]]s, effet réduisant la formation d’OH<sup>•</sup>, et plus de vapeur d’eau, réactif de formation d’OH<sup>•</sup>. On a constaté que depuis 1750, le niveau d’OH<sup>•</sup> a diminué d’environ 20% du fait de l’augmentation en CO et CH<sub>4</sub>, et est aujourd’hui stable. D’ici 2050, ce niveau devrait encore diminuer de 25%, ce qui aura un impact important sur les teneurs en éléments traces gazeux. Les 10% restants sont dus à l’oxydation du méthane en terrain sec par des bactéries [[méthanotrophe]]s qui l’utilisent comme source de carbone, ainsi que par son transfert vers la stratosphère. L'évolution de la concentration en méthane semble marquer le pas<ref>[http://www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi/ Evolution de la concentration de méthane dans l'atmosphère]</ref> (2007) ; cela pourrait s'expliquer par une destruction accélérée de molécules d'ozone O₃, catalysée par des radicaux NO<sup>.</sup> en plus grande quantité<ref>[http://dsp-psd.pwgsc.gc.ca/Collection-R/LoPBdP/CIR/792-f.htm#2.%20Autres%20gaz%20à%20effet%20de%20serre(txt) Réactivité du méthane et de l'ozone en haute atmosphère]</ref>{{,}}.<ref>[http://www.lsce.ipsl.fr/Phocea/file.php?class=pisp&file=bousquet/files/20/20_0_.pdf&reload=1173881755 Inversion des sources et puits de gaz dans l'atmospgère]</ref> === Réduire les émissions de méthane === Il existe des moyens de diminuer les émissions de méthane pour diminuer son action sur l'[[effet de serre]] : * capter le méthane, ou [[biogaz]], émis au niveau des décharges d'ordures ou stations d'épuration et le brûler (la combustion forme du [[dioxyde de carbone|CO<sub>2</sub>]] qui a un effet de serre moins important). Cela permettrait de remplacer en partie d'autres énergies fossiles au lieu de le brûler en torchère comme c'est souvent le cas actuellement ; * capter et utiliser le méthane, ou [[biogaz]], produit au niveau des systèmes de stockage des effluents d'élevages ; récupérer le méthane émis lors de l'exploitation minière et après celle-ci ;. * Développer une [[riziculture]] moins productrices de méthane, diminuer les taux de fertilisants, lutter contre la [[turbidité]] des eaux et la production de sédiments méthanogènes, et donc en amont contre l'[[érosion]], la [[régression et dégradation des sols]]. * '''au niveau personnel''' : ** réduire sa consommation de [[viande]] (en particulier bovine); ** réduire sa consommation de riz (voir le [[riz#Réchauffement climatique|lien entre riziculture et l'effet de serre]]); ** [[compostage|composter]] ses déchets en veillant à ce que le [[compost]] soit suffisamment aéré et drainé. == Le méthane dans l'Univers (source [[Agence spatiale européenne|ESA]])== [[Image:Huygensprobe.jpg|right|300px|thumb|Vue d'artiste de la sonde Huygens dans l'atmosphère d'azote - méthane de Titan]] * Le méthane a été retrouvé à l'état de traces dans plusieurs nuages interstellaires. * Le méthane se trouve partout sur [[Titan (lune)|Titan]], et même sous forme de lacs, de rivières, et de mers. Sa présence en a été établie dès [[1944]]. Au point que la chaleur dégagée par la sonde Huygens, lors de l'impact du [[14 janvier]] [[2005]] a provoqué un notable dégagement de méthane gazeux. * Titan présente une atmosphère uniforme d'azote-méthane. Il ne pleuvait pas lorsque la sonde Huygens s'est posée sur Titan, mais l'ESA n'exclut pas que des averses de méthane y soient fréquentes. Simplement, l'aridité du sol absorberait rapidement ces précipitations, à la manière des déserts terrestres. * Des traces de méthane ont également été découvertes dans l'atmosphère de [[Mars (planète)|Mars]].<ref>Atreya S, ''Le méthane, signe de vie sur Mars et Titan ?'', Pour la Science, 2007, juin 2007, p38-45</ref> * Quelque part, dans l'Univers, une vie à base de [[méthane]] et non plus d'[[eau]] est-elle concevable sinon possible ? C'est l'une des grandes questions posées par cette mission. Avec Cassini c'est donc toute notre conception des [[exoplanète]]s (et donc du monde) qui est à revoir. * L'atmosphère de méthane y permettrait le vol de « moins lourds que l'air » au point que les planétologues de l'[[Agence spatiale européenne|ESA]], rêvent d'y envoyer des [[aérostat|ballons]], des [[montgolfière]]s, des [[robot]]s mobiles… afin de comprendre ce monde extraterrestre dont on ne vient d'explorer qu'une infime partie. * Dans quatre milliards d'années, lorsque le soleil enflera démesurément avant d'exploser et d'engloutir la Terre, les planétologues s'amusant à imaginer le temps qu'il ferait sur Titan, pensent qu'il devrait faire bon y vivre dans son atmosphère de méthane (pendant un bref moment seulement). ==Notes et références== {{reflist}} {{premiers alcanes}} == Voir aussi == * [[Gaz à effet de serre]] * [[Environnement]] * [[Hydrate de méthane]] * [[Méthanogène]] (espèce produisant du méthane); * [[Méthanotrophe]]s (espèces consommant du méthane pour s'en nourrir) {{Portail|Énergie|Chimie}} [[Catégorie:Alcane]] [[Catégorie:Carburant]] [[Catégorie:Gaz organique]] [[Catégorie:Gaz à effet de serre]] [[Catégorie:Réfrigérant]] [[af:Metaan]] [[ar:ميثان]] [[be:Метан]] [[br:Metan]] [[bs:Metan]] [[ca:Metà]] [[cs:Methan]] [[cy:Llosgnwy]] [[da:Metan]] [[de:Methan]] [[el:Μεθάνιο]] [[en:Methane]] [[eo:Metano]] [[es:Metano]] [[et:Metaan]] [[eu:Metano]] [[fa:متان]] [[fi:Metaani]] [[ga:Meatán]] [[gv:Meetane]] [[he:מתאן]] [[hr:Metan]] [[hu:Metán]] [[id:Metana]] [[is:Metan]] [[it:Metano]] [[ja:メタン]] [[ka:მეთანი]] [[ko:메테인]] [[ku:Mêtan]] [[la:Methanum]] [[lb:Methan]] [[lmo:Metà (chímega)]] [[lt:Metanas]] [[lv:Metāns]] [[mk:Метан]] [[mr:मिथेन]] [[nl:Methaan]] [[nn:Metan]] [[no:Metan]] [[pl:Metan]] [[pt:Metano]] [[ro:Metan]] [[ru:Метан]] [[sh:Metan]] [[simple:Methane]] [[sk:Metán]] [[sl:Metan]] [[sq:Metani]] [[sr:Метан]] [[sv:Metan]] [[szl:Metan]] [[ta:மெத்தேன்]] [[th:มีเทน]] [[tr:Metan]] [[uk:Метан]] [[vi:Mêtan]] [[zh:甲烷]]