Méthane

Le méthane est un hydrocarbure de la famille des alcanes.
Cette molécule possède 1 atome de carbone (C) et 4 atomes d'hydrogène (H).

Formule brute : CH₄
Représentation de Cram  :

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Formation

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 bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobie c'est-à-dire sans oxygène.

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. C'est d'ailleurs le gaz principal des flatulences.

Des quantités importantes de méthane sont piégées sous forme d'hydrates de méthane au fond des océans. Mais attention : le carbone de ce méthane fossile n'est plus (du fait de la désintégration isotopique survenue sur des dizaines de milliers d'années), le plus souvent, du C¹⁴ carbone 14 mais son isotope: le C¹² carbone 12. En cas de réchauffement climatique important, ce C¹²12, pourrait être largement relargué, ce qui ne serait pas sans poser de nombreux problèmes écologiques supplémentaires. De plus il en irait de même du CO₂ « fossile » piégé en encore plus grandes quantités au fond des océans sous forme de sels (principalement des bicarbonates)...

La moitié des émissions de méthane sont dues à des activités humaines :

• l'agriculture avec notamment la culture de riz dans des rizières.
• l'élevage : la fermentation pendant la digestion des ruminants forme du méthane dans l'estomac qui est expulsé sous forme d'éructations mais aussi de « vents ».
• les décharges compactées dans lesquelles les déchets fermentent produisent du méthane sous forme de biogaz.
• exploitation du gaz naturel : des fuites de méthane se produisent
• mines de charbon : des fuites de grisou, gaz explosif dont le méthane est le principal constituant, s'y produisent à intervalles réguliers..

Quelques propriétés

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 cc pour 100 cc d'eau à la température de 20°C, cette solubilité dans l'alcool est de 47 cc à la même température et de 104 cc à 10°C dans l'éther, toujours pour le même volume de 100 cc.

Le méthane est un combustible. Il s'enflamme à 667 °C en présence d'oxygène. La réaction de combustion du méthane s'écrit :

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
méthane + oxygène à dioxyde de carbone + eau

1 m³ de méthane à 15 °C (gaz naturel) libère une énergie de 9,89 kWh (35,6 MJ)

Le méthane est transporté par navires (méthaniers) à une température de -163 °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. Le méthane liquide est aussi appelé GNL, gaz naturel liquide. Le volume du méthane à l'état gazeux est égal à 600 fois son volume à l'état liquide, à pression atmosphérique

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 catastrophes minières que furent mises au point, les lampes de sécurité dans les mines de charbon, et notamment la lampe à acétylène.

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

Le méthane représente 90% du gaz naturel, source d'énergie non renouvelable. De même, le biogaz produit dans les décharges pourait 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 déchetteries,...) ont vu le jour, spécialement dans les régions les plus froides (nord de l'Allemagne, de la France, Scandinavie,...).

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.

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 23 fois plus de rayonnement qu'une molécule de dioxyde de carbone.

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 semble due aux activités humaines.

Réduire les émissions de méthane

Il existe des moyens de diminuer les émissions de méthanes pour diminuer son action sur l'effet de serre :

• des changements dans l'alimentation du bétail
• récupérer le méthane émis lors de l'exploitation minière

...

Le méthane dans l'Univers (source ESA)

• Le méthane a été retrouvé à l'état de traces dans plusieurs nuages interstellaires.
• Le méthane se trouve partout sur Titan, et même sous forme de lacs, de rivières, et de mers! 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 Huygens s'est posé 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.
• Quelque part, dans l'Univers, une vie a base de CH4 et non plus d'H2O est-elle concevable sinon possible? C'est l'une des grandes questions posés par cette mission. Avec Cassini c'est donc toute notre conception des exoplanètes (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'ESA, rêvent d'y envoyer des ballons, des montgolfières, des robots mobiles... afin de comprendre ce monde extraterrestre dont on ne vient d'explorer qu'une infime partie.
• Une autre note plus légère: 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).

Les premiers alcanes : méthane, éthane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, décane

See also: Méthane, 14 janvier, 1776, 2005, Acétylène, Air, Alcane, Atome, Bactérie