Les hydrates de gaz naturel

De la glace qui flambe !

Les hydrates de gaz naturel ont l'apparence et la consistance de la glace. Ce sont des molécules de gaz (comme le méthane) entourées par un réseau de molécules d'eau disposées en cage - d'où le nom de clathrate, du latin clatatrus, encapsulé, aussi donné à l'hydrate .

Dans la nature, ils sont stables dans certaines conditions de température et de pression. De très grandes quantités de gaz peuvent être stockées sous forme d'hydrates. Un volume unitaire d'hydrate peut ainsi emmagasiner (ou libérer) 160 volumes de méthane durant sa formation (ou sa décomposition).

Echantillon d'hydrate de gaz (principalement du méthane) prélevé par carottage dans les premiers mètres de sédiment sous le fond de la mer au cours de la campagne Zaï-ROV. Sur cette photographie prise à bord de L'Atalante, on observe le 'dégel' de l'hydrate. A l'approche de l'allumette, le méthane libéré s'enflamme.

Les hydrates de gaz, future source d’énergie ?

Ces poches de gaz constituent un fabuleux trésor énergétique, deux fois l'équivalent de méthane des réserves prouvées de charbon, pétrole et gaz réunis.

Le service géologique américain (USGS) a en effet récemment estimé à 20 millions de km3 la quantité de méthane présente sous forme d’hydrate dans les fonds marins et les sols gelés arctiques.

Cette estimation demande toutefois à être confrontée à des observations de terrain encore trop limitées. Et avant toute idée d'exploitation, il est important de mieux déterminer la répartition et le comportement de ces hydrates. .

Les hydrates de gaz et le climat  

En libérant de grands quantités de méthane, un gaz à fort effet de serre, la déstabilisation des hydrates de gaz présents dans les sédiments marins pourrait jouer un rôle fondamental dans les changements climatiques globaux.

On a en effet noté que toutes les périodes de réchauffement climatique depuis 60 000 ans ont été marquées par des teneurs atmosphériques en méthane élevées.

Or le mécanisme "début de réchauffement - déstabilisation thermiques des hydrates - libération de méthane" a bien pour effet une accélération du réchauffement.

Instabilité des pentes

On a constaté que lors du réchauffement climatique qui a suivi les dernières glaciations, la déstabilisation des hydrates de gaz présents dans les sédiments des pentes continentales a probablement été à l’origine de grands glissements de terrain, tel il y a 8000 ans, l'avalanche sous-marine de Storegga, au large de la Norvège.

Ces glissements de terrain peuvent être à l'origine de tsunamis (raz-de-marée) dévastateurs.

Les hydrates et les activités pétrolières offshore

La fragilisation des fonds, suite à une déstabilisation thermique des hydrates, est susceptible d'entraîner des glissements de terrain et constitue donc un danger pour les installations pétrolières de forage, de production ou de transport (pipes, gazoducs, ...).

Par ailleurs la formation spontanée d'hydrate de gaz dans les installations pétrolières crée aussi un risque, l'obstruction des conduites.

Où les trouve-t-on ?  

La formation et la conservation d’hydrates de gaz dans les sédiments marins exigent des pressions élevées et des températures basses. Ces conditions, pour les marges continentales situées à moyenne ou basse latitude, comme c’est le cas pour la marge atlantique de l’Europe ou de l’Afrique, sont celles de l’offshore profond (au-delà de 300 mètres de profondeur d’eau).

La zone de stabilité des hydrates s’étend du fond de la mer à une profondeur maximale dans les sédiments qui est dictée principalement par les conditions de température ambiantes. Au-delà de cette profondeur, la température est trop élevée. En pratique, les hydrates de gaz sont presque toujours rencontrés dans les 500 premiers mètres sédimentaires sous le fond de la mer. Ils ont été mis en évidence lors de nombreux forages du programme de forage scientifique international ODP (Ocean Drilling Program).

Les recherches à l’Ifremer  

Une meilleure appréciation des teneurs en hydrates des pentes continentales, de leur thermicité naturelle et des perturbations apportées à celles-ci par l’activité humaine, peut aider à mieux évaluer le risque lié à la présence d’hydrates de gaz dans ces pentes.

L'Ifremer poursuit sur ce sujet, deux objectifs :

- détecter et évaluer les accumulations d'hydrate de gaz (développement de méthodes géophysiques, étude sur sites, ...)

- caractériser et simuler le comportement mécaniques des sols en présence d'hydrate de gaz

Pour des raisons de proximité géographique, l’Ifremer est amené à travailler sur la marge atlantique, de la Norvège à l’Afrique occidentale, et en Méditerranée. et dans les DOM TOM, une attention particulière est portée à la zone économique exclusive au large de la Nouvelle Calédonie.