Les hydrates de méthane
D o c ume nt 1 : hyd ra t e s d e mé t ha ne
D’après
http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html
Une importante quantité de matière organique qui se dépose sur les fonds océaniques est incorporée dans les sédiments. Sous l'action des bactéries anaérobies, ces matières organiques se transforment en méthane. Un volume très important de méthane est ainsi produit. Une partie de ce méthane se combine aux molécules d'eau pour former l'hydrate de méthane, dans des conditions bien définies de température et de pression. Il est localisé principalement dans les couches sédimentaires des fonds océaniques et dans les régions où se trouve le pergélisol (couche du sol gelée en permanence) en Arctique par exemple.
L’hydrate de méthane est constitué de molécules de méthane (CH4), entourées par un réseau de molécules d’eau (H2O) disposées en cage d’où le nom de clathrate (du latin clatratus, encapsulé), aussi donné aux hydrates. À pression normale et à température ambiante, la cage de molécules d’eau se dissocie et libère une quantité considérable de méthane : lorsque l’hydrate « fond », 1 m³ d’hydrate de méthane produit généralement 164 m³ de méthane.
C’est une source potentielle d’énergie fossile mais son exploitation s’avère actuellement complexe et coûteuse.
D o c ume nt 2 : ré s e rve s d’hydrate de méthane 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.
La quantité d'hydrates de méthane dans le réservoir continental est moins bien connue.
D o c ume nt 3
Réserves mondiales d'énergies classiques et utilisation annuelle 2013 en Gtep Réserves
mondiales
Utilisation annuelle
Pétrole 230 4,1
Gaz naturel 167 3,06
Charbon 431 3,88
Uranium 52 0,56
tep (tonne équivalent pétrole) : unité d’énergie 1 tep = 42 GJ (gigajoule = 109 joule)
Questions préalables
1. Expliquer au niveau moléculaire la formation des clathrates en précisant la nature des liaisons impliquées.
2. Montrer que l’énergie thermique libérée par la combustion de 1 m3 de méthane gaz est égale à E = 3,7 x 107 J Donnée : volume molaire des gaz Vm = 24 L.
Résolution de problème
Suite à la catastrophe de Fukushima, le japon envisage de remplacer l’exploitation de l’énergie nucléaire (fission de l’uranium) par celle des hydrates de gaz. En supposant leur exploitation rentable et en raisonnant sur les ordres de grandeur de ces deux réserves d’énergie, évaluer si les hydrates de gaz pourraient se substituer, à l’échelle mondiale, à l’énergie nucléaire.
Evaluer en années la durée d’exploitation de cette ressource au rythme actuel d’utilisation des ressources classiques d’énergie.
Synthèse critique (en 15 lignes)
Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, en exploitant les documents et vos connaissances, discuter contradictoirement les perspectives d’exploitation des hydrates de gaz.
Document 4 : combustion
Le méthane est un combustible. La réaction de combustion complète du méthane s'écrit : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.
La combustion d’une mole de méthane libère une énergie thermique de 890 kJ.
On notera que, l’utilisation des hydrates de gaz comme source d’énergie produit du CO2, gaz à effet de serre. Mais, à quantité égale d’énergie thermique obtenue, la combustion du méthane est moins polluante que celle du pétrole ou du charbon.
Document 5 :
Le méthane est également un puissant gaz à effet de serre, entre 20 fois et 25 fois plus intense que celle du CO2.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que le méthane aurait déjà par le passé entrainé des changements climatiques de grande envergure. Ils imputent l’élévation de température entre le Paléocène et l’Eocène, il y a 55,5 millions d’années, à la dissociation des hydrates de méthane et le relargage dans l’atmosphère du méthane entraînant une hausse moyenne des températures du fond des océans de 5 à 7°C. On sait maintenant qu’il suffit d’une faible élévation de la température pour que les hydrates de méthane deviennent instables et libèrent leur gaz dans l’atmosphère.
D’autre part l'exploitation de ces gisements d'hydrate de méthane est loin d'être sans danger. La déstabilisation des couches sédimentaires pourrait entrainer la remontée de grandes quantités de méthane à la surface.
Document 6 : journal Le Monde.fr du 12/03/2013
Des chercheurs japonais ont réussi mardi pour la première fois à extraire des fonds sous- marins du gaz d'hydrates de méthane, une ressource qui pourrait sauver le Japon de la pénurie énergétique. "Des préparatifs étaient en cours depuis des années et le test a débuté ce matin", a déclaré mardi à la presse le ministre de l'industrie, Toshimitsu Motegi.
L'expérience, réalisée à 330 mètres en sous-sol sous 1000 mètres de profondeur marine, consiste à provoquer une chute de pression pour récupérer le gaz.
