MÉTHANE ET CLIMAT

Le méthane (CH₄) est présent naturellement dans l’atmosphère terrestre, principalement par le biais d’émissions provenant des environnements pauvres en oxygène tels que les zones humides (marais, tourbières, mangroves, sols inondés) ou les océans. L’élimination du méthane atmosphérique est essentiellement due aux réactions d’oxydation qui le transforme en eau (H₂O) et dioxyde de carbone (CO₂). Dans les sols, la consommation de méthane par certaines bactéries dites méthanotrophes (qui se nourrissent de méthane) permet de boucler le cycle de vie du méthane, dont la persistance dans l’atmosphère est de l’ordre d’une douzaine d’années. Mais l’augmentation des émissions anthropiques de méthane (industries, décharges et agriculture) a entraîné un déséquilibre entre émission et destruction, conduisant à un accroissement continu de sa concentration dans l’atmosphère, qui a plus que doublé depuis le début de l’ère industrielle (milieu du xix^e siècle).

Comme son efficacité radiative – c’est-à-dire sa capacité à absorber une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre – est très élevée, le méthane est devenu le deuxième gaz, en termes d’influence sur l’effet de serre (GES) d’origine anthropique, après le dioxyde de carbone. Il contribue donc au réchauffement de la planète.

Méthane atmosphérique

Le méthane est un hydrocarbure (composé chimique contenant seulement du carbone et de l’hydrogène) de la famille des alcanes. Il a été découvert par le physicien italien Alessandro Volta (1745-1827), qui l’a isolé en 1778. Il est constitué d’un atome de carbone localisé au centre d’un tétraèdre dont chacune des quatre extrémités est occupée par un atome d’hydrogène. Il est stable sous forme gazeuse (température d’ébullition : –161,5 °C) dans les conditions normales de température et de pression. Le méthane est incolore et inodore, bien qu’il soit souvent associé à des odeurs fortes en raison de son processus d’émission au travers de la fermentation de la matière organique. C’est le constituant principal (jusqu’à 90 %) du gaz naturel que l’on extrait du sous-sol et sa réaction spontanée avec l’oxygène de l’air, produisant du dioxyde de carbone et de l’eau, en fait un excellent combustible.

Naturellement présent dans l’atmosphère terrestre, il est bien plus abondant à proximité de la surface de la Terre, c’est-à-dire au sein de la couche limite (entre 0 et 2 km). Sa masse molaire (M = 16,04 g/mol), qui en fait un composé plus léger que l’air (pour lequel M = 28,97 g/mol), explique sa présence dans toutes les couches de l’atmosphère, où il persiste une douzaine d’années. Cette durée de vie conduit à une distribution verticale homogène de sa concentration jusqu’à la tropopause (située entre 7 et 8 km d’altitude aux pôles et à quelque 15 km à l’équateur).

Les sources de méthane – c’est-à-dire les processus qui le produisent –, qu’elles soient naturelles ou anthropiques, sont nombreuses, ce qui explique qu’il soit présent dans toute l’atmosphère terrestre. Toutefois, les émissions de méthane liées aux activités humaines sont à l’origine des disparités de sa répartition à l’échelle du globe. On peut observer notamment des concentrations plus élevées dans les zones densément peuplées de l’hémisphère Nord (Asie du Sud-Est, Amérique du Nord, Europe et Afrique du Nord). La présence de concentrations élevées au-dessus des surfaces océaniques et désertiques est liée à la circulation atmosphérique.

Des études de paléoclimatologie par carottage dans la calotte glaciaire ont montré que la concentration de méthane était restée faible pendant 800 000 ans, variant de 400 parties par billion en volume (ppbv, soit ici le nombre de molécules de CH₄ par milliard de molécules d’air) lors des périodes glaciaires, à 700[...]