Un gaz convoité mais quasi-inaccessible

Quelque part enfouis sous l'océan et sous de nombreuses couches de pergélisol (permafrost) reposent des gisements d'hydrates de gaz. L'hydrate de méthane s'est formé dans ces lieux parce qu'il est stable uniquement à haute pression et à basse température.

Les eaux profondes de la majorité de nos océans offrent une température suffisamment froide et une pression suffisamment élevée pour stabiliser l'hydrate à des fonds océaniques situés à plus de 500 mètres de profondeur. Il semblerait que la plupart des hydrates marins restent confinés autour des continents où l'eau, suffisamment profonde et riche en nutriments, dépose des matières organiques en décomposition permettant aux bactéries de se transformer en méthane. Sous des conditions de pression et de température appropriées, ces molécules de méthane peuvent se trouver emprisonnées dans des cages cristallines de glace, formant ainsi des gisements sous-marins d'hydrates de gaz. D'importantes accumulations sous-marines ont été identifiées au large du Japon, dans la zone du Blake Ridge au large de la côte est des Etats-Unis, sur la marge continentale de Cascadia au large de Vancouver en Colombie-Britannique au Canada et au large de la Nouvelle-Zélande.

Les hydrates de gaz se forment également à proximité des terres, dans les zones de pergélisol en raison des températures dominantes très basses. Des gisements d'hydrates de gaz en pergélisol ont été découvert en Sibérie occidentale et sur le versant nord de l'Alaska.

	Accumulations connues (points blancs) et supposées (points noirs) d'hydrates de gaz. (Avec l'aimable autorisation de Keith Kvenvolden du U.S. Geological Survey.)
Remarque : seule une faible proportion de ces sites de gisement ont été mis en évidence par échantillonnage direct de matériaux contenant des hydrates. La plupart du temps, leur présence a été détectée à partir d'autres informations connexes, comme les données des réflexions sismiques et les télémesures prises au fond des forages.

Comme vous pouvez le constater, malgré la réserve importante d'hydrates de gaz sur notre planète, ces gisements qui se trouvent dans des environnements hostiles restent difficilement accessibles. En effet, ils se forment dans des régions généralement désertées par les hommes, où leur exploitation implique obligatoirement l'utilisation de protections et d'équipements spéciaux.

Un caprice d'hydrate

Non contents de se former dans les endroits de la planète les plus difficiles à atteindre, les hydrates de gaz se montrent également capricieux à bien d'autres égards ! Leur présence en faible concentration en est un exemple. En effet, les gisements d'hydrates de gaz ne sont pas concentrés, mais étendus ou dispersés dans des larges volumes de matières solides. De plus, la technique d'extraction actuelle est complexe, car le gaz naturel est piégé dans des particules de glace solides : de l'énergie est donc nécessaire pour libérer le gaz.

Pour vous donner une idée du problème que représente cette faible concentration, prenons un exemple plus proche de nous : l'or ! Une société d'exploitation de mines d'or recherche des endroits où la quantité d'or dans la matière terrestre équivaut au moins à une part pour 100 000. Cela signifie que cette société devra traiter 100 000 g (100 kg) de minerai pour obtenir un gramme d'or. Sachant que le cours actuel de l'or est d'environ 9 euros par gramme, la société minière devra dépenser 7 euros par gramme pour extraire l'or et espérer dégager des bénéfices.

Pour les hydrates de gaz, le pourcentage de concentration est similaire, mais les bénéfices sont tout autres… L'une des réserves d'hydrates prometteuses au large des côtes américaines possède une concentration d'une part de méthane pour 161 000 parts de matière solide. Même si cette concentration se rapproche de celle recherchée par une société d'extraction d'or, le gramme de gaz naturel extrait des 161 000 g de matière solide aurait une valeur inférieure à un millionième d'euro, au cours actuel ! A moins d'une envolée de la valeur du gaz ou à moins de découvrir de nouvelles techniques d'extraction du gaz à un coût minimal, les hydrates de gaz devront rester là où ils sont.

Et même en supposant que nous parvenions à exploiter à moindre coût cette énorme réserve d'énergie, d'autres difficultés nous attendent. Le gaz, qui se trouve piégé dans une structure cristalline de matière solide qui a l'apparence et la consistance de la glace, dans des endroits sous pression et à des températures extrêmement basses, doit être libéré et remonté à la surface, ce qui demande beaucoup d'effort.

Ces conditions de pression et de température particulières rendent également difficile l'étude des hydrates de gaz. Dès que la pression ou la température change, l'hydrate devient instable et se transforme. Des programmes de recherche en fonds sous-marins ont permis de forer et de carotter des sédiments riches en hydrate et de remonter quelques échantillons pour les étudier à bord et en laboratoire. Or, une fois remontés sur le bateau et exposés à la pression atmosphérique et à la température ambiante, ces échantillons se sont dépressurisés et ont fondu. Une faible quantité d'hydrates accumulés naturellement ont survécu suffisamment longtemps pour être étudiés.

Les pressions et les températures nécessaires pour assurer la stabilité de l'hydrate de méthane (à gauche) sont généralement rencontrées dans les zones de pergélisol et sous la majorité des océans de notre planète. Par exemple, les conditions types du talus continental de la côte est des Etats-Unis (ligne rouge) sont propices à la formation de l'hydrate de méthane dans les premières centaines de mètres du sédiment et dans toutes les profondeurs océaniques, à l'exception des plus hauts-fonds (à droite). Néanmoins, l'hydrate solide ne peut se former que lorsque la concentration de méthane dépasse la quantité pouvant être dissoute. Et, puisque l'eau de mer n'est jamais saturée de méthane, l'hydrate ne peut pas se former dans l'océan même. Seules certaines zones du sédiment permettent une augmentation suffisante des concentrations de méthane pour que l'hydrate vienne s'infiltrer dans les interstices, entre les grains de minerai, affleurant parfois le fond océanique (comme dans le Golfe du Mexique).