Le méthane comme gaz à effet de serre

Le méthane est un constituant majeur du gaz naturel, mais ses caractéristiques chimiques et physiques en font également un puissant gaz à effet de serre et un contributeur inquiétant au changement climatique.

Une molécule de méthane, CH₄, est constitué d'un atome de carbone central entouré de quatre hydrogènes. Le méthane est un gaz incolore généralement formé de deux manières:

• Le méthane biogénique est produit par des micro-organismes décomposant certains types de sucres dans des conditions où l'oxygène est absent. Ce méthane produit biologiquement peut être rejeté dans l'atmosphère immédiatement après sa production, ou il peut être accumulé dans les sédiments humides pour être libéré plus tard.
• Le méthane thermogénique s'est formé lorsque la matière organique a été profondément enfouie sous des couches géologiques et sur des millions d'années, puis décomposée par la pression et les températures élevées. Ce type de méthane est le principal constituant du gaz naturel, qui en représente 70 à 90%. Le propane est un sous-produit courant du gaz naturel.

Le méthane biogénique et thermogénique peut avoir des origines différentes mais ils ont les mêmes propriétés, ce qui en fait des gaz à effet de serre efficaces.

Méthane, avec gaz carbonique et d'autres molécules, contribue de manière significative à la Effet de serre. L'énergie réfléchie par le soleil sous forme de rayonnement infrarouge à plus longue longueur d'onde excite les molécules de méthane au lieu de voyager dans l'espace. Cela réchauffe l'atmosphère, suffisamment pour que le méthane contribue à environ 20% du réchauffement dû aux gaz à effet de serre, deuxième en importance derrière le dioxyde de carbone.

En raison de liaisons chimiques au sein de sa molécule, le méthane est beaucoup plus efficace pour absorber la chaleur que le dioxyde de carbone (jusqu'à 86 fois plus), ce qui en fait un gaz à effet de serre très puissant. Heureusement, le méthane ne peut durer que 10 à 12 ans dans l'atmosphère avant de s'oxyder et de se transformer en eau et en dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone dure des siècles.

Selon le Agence de protection de l'environnement (EPA), la quantité de méthane dans l'atmosphère a multiplié depuis la révolution industrielle, passant d'environ 722 parties par milliard (ppb) en 1750 à 1834 ppb en 2015. Cependant, les émissions de nombreuses régions développées du monde semblent maintenant s'être stabilisées.

Aux États-Unis, les émissions de méthane proviennent principalement de l'industrie des combustibles fossiles. Le méthane n'est pas libéré lorsque nous brûlons des combustibles fossiles, comme le fait le dioxyde de carbone, mais plutôt lors de l'extraction, du traitement et de la distribution des combustibles fossiles. Le méthane s'échappe des têtes de puits de gaz naturel, dans les usines de traitement, des vannes de pipeline défectueuses et même dans le réseau de distribution acheminant le gaz naturel vers les maisons et les entreprises. Une fois sur place, le méthane continue de s'échapper des compteurs de gaz et des appareils fonctionnant au gaz comme les radiateurs et les poêles.

Certains accidents se produisent lors de la manipulation du gaz naturel, entraînant la libération de grandes quantités de gaz. En 2015, des volumes très élevés de méthane ont été libérés d'une installation de stockage en Californie. La fuite de Porter Ranch a duré des mois, émettant près de 100 000 tonnes de méthane dans l'atmosphère.

Aux États-Unis, la deuxième source d'émissions de méthane est l'agriculture. Lorsqu'elles sont évaluées à l'échelle mondiale, les activités agricoles occupent en fait le premier rang. Rappelez-vous ces micro-organismes qui produisent du méthane biogénique dans des conditions où l'oxygène manque? Les entrailles du bétail herbivore en sont pleines. Les vaches, les moutons, les chèvres et même les chameaux ont des bactéries méthanogènes dans leur estomac pour aider à digérer le matériel végétal, ce qui signifie qu'ils passent collectivement de très grandes quantités de méthane. Et ce n'est pas un problème mineur, car on estime que 22% des émissions de méthane aux États-Unis proviennent du bétail.

Une autre source agricole de méthane est la production de riz. Les rizières contiennent également des micro-organismes producteurs de méthane, et les champs détrempés libèrent environ 1,5% des émissions mondiales de méthane. Alors que la population humaine augmente et avec elle la nécessité de cultiver des aliments et que les températures augmentent avec le changement climatique, les émissions de méthane des rizières devraient continuer d'augmenter. L'adaptation des pratiques rizicoles peut aider à atténuer le problème: puiser temporairement de l'eau à la mi-saison, Par exemple, fait une grande différence, mais pour de nombreux agriculteurs, le réseau d'irrigation local ne peut pas changement.

La matière organique se décomposant profondément à l'intérieur d'une décharge produit du méthane, qui est normalement évacué et rejeté dans l'atmosphère. C’est un problème suffisamment important pour que les décharges soient la troisième source d’émissions de méthane aux États-Unis, selon l’EPA. Heureusement, un nombre croissant d'installations captent le gaz et l'acheminent vers une usine qui utilise une chaudière pour produire de l'électricité avec ce gaz résiduaire.

Alors que les régions arctiques se réchauffent rapidement, du méthane est libéré même en l'absence d'activité humaine directe. La toundra arctique, ainsi que ses nombreux milieux humides et lacs, contient de grandes quantités de végétation morte semblable à de la tourbe enfermée dans la glace et le pergélisol. À mesure que ces couches de tourbe fondent, l'activité des micro-organismes s'accélère et le méthane est libéré. Dans une boucle de rétroaction gênante, plus il y a de méthane dans l'atmosphère, plus il fait chaud et plus de méthane est libéré du pergélisol dégel.

Pour ajouter à l'incertitude, un autre phénomène inquiétant a le potentiel de perturber encore plus rapidement nos climats. Sous les sols arctiques et dans les profondeurs des océans, de grandes concentrations de méthane sont emprisonnées dans un maillage de glace constitué d'eau. La structure résultante est appelée clathrate ou hydrate de méthane. Les grands dépôts de clathrate peuvent être déstabilisés par les courants changeants, les glissements de terrain sous-marins, les tremblements de terre et le réchauffement des températures. L'effondrement soudain de grands gisements de clathrate de méthane, pour quelque raison que ce soit, libérerait beaucoup de méthane dans l'atmosphère et provoquerait un réchauffement rapide.

En tant que consommateur, le moyen le plus efficace de réduire les émissions de méthane est de réduire nos besoins en énergie fossile. Des efforts supplémentaires comprennent le choix d'un régime pauvre en viande rouge pour réduire la demande de production de méthane le bétail et le compostage pour réduire la quantité de déchets organiques envoyés aux décharges où ils produiraient méthane.