Polluants

Le méthane (CH4)

I La molécule de Méthane

Le méthane est un hydrocarbure de la famille des alcanes de formule brute CH4. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes vivants. Produit par ces organismes au cours des temps gélologiques, il constitue l’essentiel du gaz naturel qui est exploité comme combustible fossile.
Sa masse moléculaire est de 16,0425 g∙mol-1(C : 74,87%, H : 25,13%).

La durée de vie dans l’atmosphère d’une molécule de méthane est de l’ordre de 10 ans

II Rôle du Méthane dans l’atmosphère

• Le méthane est un des principaux
  , il joue notamment un rôle important dans
• Il est l’un des principaux gaz précurseurs permettant la formation de
  , et son oxydation dans l’atmosphère contrôle en partie les teneurs en
  qui sont les principaux oxydants des gaz dans la troposphère
• Dans la
  l’oxydation du méthane contrôle en partie la teneur en vapeur d’eau (l’oxydation d’une molécule de méthane conduit à la formation de deux molécules d’eau), il limite aussi le pouvoir catalytique des atomes de chlore.

III Sources et puits de méthane atmosphérique

III.1 Émissions de méthane

Le méthane peut être produit par

de la matière végétale lors des combustions ou résulter d’émission de gaz naturel dans l’atmosphère lors de son exploitation ou de son transport mais l’essentiel des émissions est d’origine biologique

Le méthane se forme naturellement dans les zones en anaérobiose (absence d’oxygène) où se décomposent des matières organiques. Ces matières organiques sont transformées en un gaz composite dans lequel se trouvent en proportion variable le méthane, le CO2, le NH3 et le H2S. Ces émissions interviennent dans les milieux naturels que sont les forêts inondées (tropicales ou boréales) mais aussi dans des milieux non naturels ou la matière organique se décompose en absence d’oxygène comme les rizières, les lacs de barrages tropicaux, la panse des ruminants les décharges d’ordures par exemple.

La production de méthane, ou méthanogénèse, résulte de l’action de bactéries spécifiques : les bactéries méthanogènes. C'est un phénomène naturel qui assure la dégradation des composés organiques jusqu’au stade le plus réduit : le méthane. Trois grandes étapes se succèdent dans ce processus : (voir Figure 1)

• une étape hydrolytique
• une étape d’acidogénèse
• une étape de méthanogénèse

La production de méthane dans un milieu est conditionnée d’abord par la teneur en oxygène. Elle n’intervient que pour des valeurs du

comprises entre –75 et –300 mV. Les bactéries méthanogènes ne peuvent donc se développer dans les milieux anoxiques que sont les sédiments aquatiques ou les sols inondés.

Il y a lieu de faire une distinction entre la production de méthane, et son émission dans l’atmosphère qui est régulée par les conditions de diffusion vers la surface; la traversée d’une zone contenant de l’oxygène se traduit en général par une forte réoxydation du méthane en gaz carbonique par des bactéries méthanotrophes.

III.2 Puits de méthane

Le méthane disparaît de l’atmosphère essentiellement par oxydation par les radicaux OH dans la

Il s’oxyde également dans la stratosphère. Il peut être également absorbé par les sols ou il est oxydé par les bactéries 

.

III.3 Bilan des sources et puits de méthane

Sources de méthane	Estimation Tg (CH4).an–1	Incertitude (IPCC 1990)
Naturelles
Zones inondées naturelles	110	100-200
	Tropical 66
	Tempéré 5,4
	Boréal 38
Termites	20	10-50
Océans	10	5-20
Eaux naturelles	5	1-25
Hydrates de gaz	5	0-25
Total naturelles	150	-
Anthropiques
Mines de charbon, gaz naturel et industrie pétrolière	100	70-120
Rizières	60	20-150
Animaux domestiques	80	65-100
Excréments d’animaux	25	10-20
Traitement des déchets	25	20-75
Décharges d’ordures	30	20-70
Combustion de la biomasse	20	20-80
Total anthropiques	340	-
Total naturelles + anthropique	490	400-610
Puits de méthane
Réactions CH4 + OH	440	390-490
Dépôt au sol	30	5-55
Oxydation dans la stratosphère	10	5-15
Augmentation annuelle	40	30-50
Total	520	430-610

Tableau 1 : Sources et puits du méthane atmosphérique

1 Tg = 1012 g = 1 million de Tonnes

IV Variation des concentrations de méthane

Dans le passé la concentration de méthane a varié en liaison avec la température comme le montre la figure ci-dessous qui représente les variations des concentrations de méthane, et du gaz carbonique entre 0 et 650 000 ans obtenus par l’analyse des bulles d’air piégées dans les

obtenue lors du forage réalisés à la station franco-itialienne du Dôme C dans l’Antarctique. Aux périodes chaudes l’extension des zones inondées (notamment boréales) et la température plus élevée qui stimule l’activité bactérienne expliquent l’augmentation du méthane.

IV.1 Variations des concentrations de méthane dans le passé

IV.2 Variations actuelles des concentrations de méthane

Depuis le début de l’ère industrielle la concentration de méthane augmente dans l’atmosphère. Elle est passée de 700 ppbv au début du 19e siècle à 1750 ppbv aujourd’hui en raison des très nombreuses sources d’origine humaine qui sont apparues et qui désormais font plus que doubler les sources naturelles. Aujourd’hui l’augmentation de la concentration de méthane dans l’atmosphère qui était très forte jusque dans les années 80, semble se ralentir progressivement, probablement en raison d’une diminution des sources associées à une variation du taux d’oxydation du méthane sous l’effet du changement climatique (vapeur d’eau, couverture nuageuse, rayonnement UV).