Dossier de presse ZAIANGO : 23 février 2001

Les hydrates de gaz

 

Figure 1 : 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. L'hydrate de gaz a l'apparence et la consistance de la glace. Sur la photographie ci-dessus prise à bord du navire océanographique L'Atalante, on observe le 'dégel' de l'hydrate. A l'approche de l'allumette, le méthane libéré s'enflamme. Un volume d'hydrate peut libérer 164 fois son volume de gaz. A l'échelle moléculaire, l'hydrate est formé de molécules de gaz 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.

Importance des hydrates de gaz au plan international

Les hydrates de gaz en tant que source future d’énergie

Le service géologique américain (USGS) a récemment estimé à 2 x 1 016 m3 la quantité de méthane présente sous forme d’hydrate dans les fonds marins et les sols gelés arctiques, soit deux fois le volume équivalent de méthane des réserves prouvées de charbon, pétrole et gaz réunis, à la surface de la terre. Cette estimation demande à être confrontée à des observations de terrain encore trop limitées. Des évaluations techniques et économiques de la production de méthane à partir des hydrates présents dans les sédiments marins sont en cours.

Les hydrates en tant que risque d’instabilité de pente dans les activités industrielles offshore

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, tels les glissements de Storegga au large de la Norvège. La présence d’hydrates de gaz crée-t-elle un risque pour les activités industrielles offshore ? Inversement, les activités industrielles peuvent-elles générer un risque d’instabilité de pente ? Une meilleure appréciation des teneurs en hydrates des pentes continentales, de leur thermicité naturelle et des perturbations apportées à celle-ci par l’activité humaine peut aider à mieux évaluer le risque lié à la présence d’hydrates de gaz dans les pentes continentales.

Les hydrates de gaz et le climat

En libérant de grandes quantités de méthane, un gaz à fort effet de serre, la déstabilisation thermique des hydrates de gaz présents dans les sédiments marins pourrait jouer un rôle fondamental dans les changements climatiques globaux. Toutes les périodes de réchauffement climatique depuis 60 000 ans ont été marquées par des teneurs atmosphériques en méthane élevées. Les travaux de recherches les plus récents indiquent que de très grandes quantités de méthane ont été produites par la déstabilisation des hydrates de gaz présents dans les sédiments marins.

Où trouve-t-on les hydrates de gaz ?

La formation et préservation 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 alors 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 maximale, la température est trop élevée pour autoriser la formation et la préservation des hydrates. Pratiquement, 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 sur les hydrates de gaz à l’Ifremer

L’Ifremer conduit des recherches pour mieux évaluer les quantités d’hydrates présents dans les sédiments marins et leurs propriétés.

Un enjeu géophysique : développer des méthodes sismiques pour détecter et quantifier les hydrates de gaz présents dans les sédiments marins

Les hydrates de gaz, en raison de leur fréquente dissémination dans les sédiments marins, sont difficiles à détecter et quantifier autrement que par des forages coûteux. Le développement de techniques géophysiques pour déterminer la distribution des hydrates de gaz présents dans les sédiments marins est un enjeu important. L’utilisation de stations sismiques en fond de mer (Ocean Bottom Seismometer, figure 2) est l’une des techniques étudiées par l’Ifremer, notamment dans le cadre du projet européen Hydratech (Techniques for the quantification of methane gas hydrate in European continental margins).

Figure 2 : Mise à l’eau d’un OBS. Les stations sismiques de fond de mer (ou OBS pour Ocean Bottom Seismometer) enregistrent les accélérations du fond marin dans les trois directions (une direction verticale, deux directions horizontales) générées par la propagation d’une onde sismique dans les couches géologiques du sous-sol. En général, cette onde sismique est provoquée à la surface de la mer par un ensemble de canons à air dont les tirs sont déclenchés à intervalles fixes. La disposition de plusieurs stations OBS ‘en batterie’ sur le fond de la mer permet en comparant les ondes sismiques reçues sur chacune d’elles d’obtenir la distribution en profondeur des vitesses et propriétés élastiques du sous-sol.. Cette information sert à mettre en évidence la présence d’hydrates de gaz.

Des méthodes d’échantillonnage in situ et d’analyse en laboratoires spécifiques

Les hydrates de gaz sont instables aux conditions de température et de pression habituellement rencontrées dans les laboratoires à bord des navires océanographiques, des plateformes de forage ou à terre. Le prélèvement des hydrates de gaz en fond de mer et leurs analyses ultérieures en laboratoire en mer ou à terre nécessitent des outils et techniques spécifiques, tels les carottiers autoclaves ou certaines chaînes d’analyses chimiques en laboratoire. L’Ifremer participe au développement du carottier autoclave Hyace ("Hydrate Autoclave Coring Experiment"), entrepris dans un cadre européen. Le ROV Victor devrait prochainement être équipé d’un carottier autoclave pour prélever les hydrates de gaz accumulés à la surface des sédiments.

Un partenariat actif avec l’industrie et la communauté scientifique internationale pour des études de sites tests

Mieux comprendre les accumulations d’hydrates de gaz océaniques, leur nature et propriétés, leur lien à l’habitat géologique, leurs modes de concentration maximale, ou leur impact sur la stabilité des pentes continentales, en certains sites tests, requiert un accès à des données de forage. Les données de forage sont également essentielles pour valider les méthodes de détection sismique. L’Ifremer est un partenaire actif du projet de forage du programme scientifique international ODP sur les glissements de Storegga au large de la Norvège prévu pour 2003.

Les zones d’études

Pour des raisons de proximité géographique, l’Ifremer est naturellement amené à travailler sur la marge atlantique, de la Norvège à l’Afrique occidentale, et en Méditerranée. Une attention particulière est aussi portée à la zone économique exclusive au large de la Nouvelle Calédonie. L’Ifremer participe à l’évaluation des potentialités en hydrocarbures, comprenant les gisements d’hydrates de gaz, dans le bassin de Fairway.

Contact :

Jean-Paul Foucher
email : jfoucher@ifremer.fr