Pièges à gaz titanesques

Une glace explosive

Obtenu sous certaines conditions de pression et de température, un clathrate hydrate est une forme solide de l’eau, additionnée d’un autre composant qui assure la stabilité de son état : formant une sorte de cage, les molécules d’eau emprisonnent une molécule de gaz par exemple.

Sur Terre, les clathrates sont des pièges à méthane et à dioxyde de carbone ; ils constituent des réserves incroyables de ces gaz, à tel point qu’ils représentent un enjeu écologique et économique de premier plan.

On estime à plus de mille téramètres cubes les volumes d’hydrate de méthane en place, quand les gaz conventionnels représentent cent quatre-vingts et la consommation mondiale annuelle trois téramètres cubes. Les clathrates n’existent que dans des endroits soumis à de fortes pressions et où le froid règne en permanence, sur les terres gelées du Pôle Nord et dans les talus océaniques.

C’est dire si leur exploitation est peu aisée et coûteuse, pourtant leurs réserves colossales intéressent fortement les compagnies pétrolières et les gouvernements comme alternative au pétrole.

C’est dire aussi s’ils représentent une source d’inquiétude supplémentaire quant au réchauffement climatique. Une augmentation de 1° à 2° de la température des océans pourrait suffire à faire fondre la cage de glace et libérer des millions de mètres cubes de méthane dans l’atmosphère.

L’idée de l’exploitation des clathrates mise sur un équilibre fragile et attise le débat énergétique, que l’on peut caricaturer à grands traits. Remplacer une énergie fossile déclinante par une autre ? Capter et stocker le méthane avant qu’il se libère dans l’atmosphère sous le coup du réchauffement climatique ? Prendre le risque de déstabiliser les fonds sous-marins dont les clathrates constituent une sorte de socle ? Sur ce dernier point, les scientifiques envisagent la possibilité de substituer du dioxyde de carbone au méthane prélevé, de manière à conserver intacte la structure des cages de glace tout en piégeant du CO2. Alors, solution d’espoir ou bombe en puissance ?

Un enjeu interplanétaire

Ailleurs que sur Terre, la particularité des clathrates pose ses enjeux en des termes plus tranquilles mais scientifiquement tout aussi essentiels.

Compte tenu de l’histoire supposée de Titan, son atmosphère devrait comporter certains éléments chimiques, notamment des gaz rares qui se révèlent en réalité absents. En majorité constitué d’eau glacée, ce satellite de Saturne recèle-t‑il des clathrates susceptibles de retenir ces gaz au sol, les soustrayant ainsi à son atmosphère ? L’hypothèse est plausible ; elle demande à être vérifiée pour valider le scénario de formation des planètes actuellement défendu.

C’est là que se rejoignent les travaux menés par les planétologues et les physiciens de l’Institut UTINAM à Besançon. Les premiers apportent leur connaissance du système solaire aux seconds, dont le travail de modélisation doit se substituer à une preuve impossible à faire sur le terrain. « La modélisation demande à être extrêmement précise, et nous jouons sur les paramètres de la manière la plus fine possible », explique Sylvain Picaud, directeur d’UTINAM.

Engagée depuis cinq ans entre les membres du laboratoire, la recherche s’enrichit des apports scientifiques et technologiques d’une équipe de Budapest (MTA-BME Research Group of Technical Analytical Chemistry), partenaire de longue date de l’Institut comtois. Une collaboration fructueuse, désormais soutenue par le CNRS dans le cadre d’un programme international de coopération scientifique (PICS) de trois ans, gage du sérieux et de la pertinence des recherches entreprises.

Article paru dans le journal "en direct" numéro 250 - Novembre - Décembre 2013