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Méthane atmosphérique

Le méthane atmosphérique désigne la quantité de méthane présent dans l'atmosphère terrestre[3]. Sa concentration est intéressante car il s'agit de l'un des gaz à effet de serre les plus puissants et qu'elle est en hausse depuis plusieurs décennies[4].

Méthane (CH4) mesuré par l'Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) dans la basse atmosphère (troposphère) dans des stations du monde entier. Données sous forme de fractions molaires moyennes mensuelles sans pollution, en parties par milliard.
Concentration de méthane à l'observatoire Mauna Loa de la NOAA jusqu'en juillet 2021 : un record de 1912 ppb est atteint en décembre 2020[1]
Compilation de données paléoclimatologiques du méthane sur 800 000 ans.
Observations de méthane de 2005 à 2014 montrant les variations saisonnières et la différence entre les hémisphères nord et sud
Modèles informatiques montrant la quantité de méthane (parties par million en volume) à la surface (en haut) et dans la stratosphère (en bas)[2]
Augmentation annuelle de la moyenne mondiale du méthane atmosphérique depuis 2004.

Le potentiel de réchauffement planétaire du méthane sur 20 ans est de 84[5] - [6], c'est-à-dire que sur une période de 20 ans, il piège 84 fois plus de chaleur par unité de masse que le dioxyde de carbone (CO2) et 105 fois plus si l'on tient compte des interactions avec les aérosols[7].

Les concentrations mondiales de méthane sont passées de 722 parties par milliard (ppb) à l'époque préindustrielle à 1 895 ppb en 2021[8], une augmentation d'un facteur de 2,6 et la valeur la plus élevée depuis au moins 800 000 ans[9]. Sa concentration est plus élevée dans l'hémisphère nord car la plupart des sources (naturelles et humaines) sont situées sur terre et l'hémisphère nord a plus de masse terrestre[10].

Les concentrations varient selon les saisons, avec, par exemple, un minimum dans les tropiques septentrionaux en avril-mai principalement en raison de sa transformation par le radical hydroxyle[11]. Il reste dans l'atmosphère pendant 12 ans[12].

Au début de l'histoire de la Terre, le dioxyde de carbone et le méthane produisirent un effet de serre: le dioxyde de carbone aurait été produit par les volcans et le méthane par les premiers microbes. Pendant ce temps, les premières traces de vie apparaissent sur terre[13]. Ces paléobactéries ajoutent à la concentration de méthane en convertissant l'hydrogène et le dioxyde de carbone en méthane et en eau. D'après cette chronologie, l'oxygène ne devient une partie essentielle de l'atmosphère terrestre qu'après l'évolution d'organismes photosynthétiques, plusieurs millions d'années plus tard. Sans oxygène, le méthane stagna alors dans l'atmosphère plus longtemps et à des concentrations plus élevées qu'aujourd'hui[14].

Les sources connues de méthane sont principalement situées près de la surface de la Terre. En combinaison avec les mouvements atmosphériques verticaux et la durée de vie relativement longue du méthane, on considère que le méthane est un gaz bien « mélangé ». En d'autres termes, la concentration de méthane est considérée comme constante par rapport à la hauteur dans la troposphère. Le puits dominant du méthane dans la troposphère est la réaction avec les radicaux hydroxyles qui sont formés par la réaction des atomes d'oxygène singlet avec la vapeur d'eau. Le méthane est également présent dans la stratosphère, où sa concentration diminue avec l'altitude.

Le méthane comme gaz à effet de serre

Le méthane présent dans l'atmosphère terrestre est un puissant gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement planétaire (PRP) est 84 fois supérieur à celui du CO2 sur une période de 20 ans. Le méthane n'est pas un gaz aussi persistant dans l'atmosphère que le CO2 (en supposant que les taux de piégeage du carbone ne changent pas) et son PRP est d'environ 28 sur une période de 100 ans[15] - [16] - [17].

Cela signifie que l'émission de méthane peut avoir un impact 28 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone sur la température, au cours des 100 années suivantes, en supposant que les taux de piégeage du carbone restent constants.

Le méthane a un effet important mais pendant une période relativement brève, sa durée de vie moyenne dans l'atmosphère étant estimée à 9,1 ans dans l'atmosphère[18], alors que le dioxyde de carbone a actuellement une durée de vie moyenne estimée à plus de 100 ans.

La concentration moyenne mondiale de méthane dans l'atmosphère terrestre a augmenté d'environ 150 %, passant de 722 ± 25 ppb en 1750 à 1803,1 ± 0,6 ppb en 2011[19] - [20]. En 2016, le méthane contribue au forçage radiatif de 0,62 ± 14 % Wm −2[21], soit environ 20 % du forçage radiatif total de tous les gaz à effet de serre à longue durée de vie, mélangés au niveau mondial[22].

Selon la NOAA, la concentration de méthane dans l'atmosphère a continué d'augmenter depuis 2011 pour atteindre une concentration moyenne mondiale de 1895,3 ± 0,6 ppb en 2021[8]. Le pic de mai 2021 était de 1891,6 ppb, tandis que celui d'avril 2022 était de 1909,6 ppb, soit une augmentation de 0,9 %[20].

Comptabilisation des émissions de méthane

L'équilibre entre les sources et les puits de méthane n'est pas encore totalement compris. Le groupe de travail I du GIEC a déclaré au chapitre 2 du quatrième rapport d'évaluation qu'il existe «de grandes incertitudes dans les estimations ascendantes actuelles des composantes de la source mondiale», et que l'équilibre entre les sources et les puits n'est pas encore bien connu.

Le puits le plus important dans le cycle du méthane est la réaction avec le radical hydroxyle, qui est produit photochimiquement. La production de ce radical n'est pas entièrement comprise et a un effet important sur les concentrations atmosphériques.

Cette incertitude s'illustre par des observations qui suggèrent qu'entre 2000 et 2006, les augmentations de la concentration atmosphérique de méthane ont cessé, pour des raisons encore en étude[23].

Des groupes de recherche donnent les valeurs suivantes pour les émissions de méthane :

Estimations des émissions mondiales de méthane (en Tg(CH4)/yr)[24]
Référence: Fung et al. (1991) Hein et al. (1997) Lelieveld et al. (1998) Houweling et al. (1999) Bousquet et al. (2006)[25] Saunois et al. (2016)[26] - [27] Saunois et al. (2020)[28]
année: 1980s – 1992 – – 2003–2012 2008-2017
Émissions naturelles (sources)
Zones humides 115 237 225[nb 1] 145 147 ± 15 167 (127–202) 181 (159-200)
Termites 20 – 20 20 23 ± 4 64 (21–132) 37 (21–50)
Océan 10 – 15 15 19 ± 6
Hydrates 5 – 10 – –
Émissions anthropogéniques
Énergie 75 97 110 89 110 ± 13 105 (77–133) 111 (81-131)
Décharge 40 35 40 73 55 ± 11[nb 2] 188 (115-243) 217 (207-240)
Ruminants (bétail) 80 90[nb 3] 115 93
Traitement des déchets – [nb 3] 25 – [nb 2]
Riziculture 100 88 [nb 1] – 31 ± 5
Combustion de la biomasse 55 40 40 – 50 ± 8 34 (15–53) 30 (22-36)
Autres – – – 20 90 ± 14[nb 4]
Sinks
Soils 10 30 40 21 ± 3 33 (28–38) 38 (27-45)
Tropospheric OH 450 489 510 448 ± 1 515 518 (474–532)
Stratospheric loss 46 40 37 ± 1
Déséquilibre entre les sources et les puits
Total source 500 587 600 525 ± 8 558 (540–568) 576 (550-594)
Total sink 460 535 580 506 548 556 (501–574)
(en) Méthane anthropogénique et naturel dans l'atmosphère et puits de capture ou de conversion du méthane. Certaines sources naturelles et anthropiques sont liées, comme l'agriculture animale qui produit un grand nombre de ruminants. La seule façon dont le méthane retourne dans les systèmes naturels est par le sol.
(en) Principales sources de méthane, 2008-2017, source: Global Carbon Project[28]

Sources naturelles de méthane atmosphérique

Tout processus qui aboutit à la production de méthane et à son rejet dans l'atmosphère peut être considéré comme une "source". Les deux principaux processus responsables de la production de méthane sont les microorganismes anaérobies qui convertissent des composés organiques en méthane (méthanogénèse), très répandus dans les écosystèmes aquatiques, et les ruminants.

Parmi les autres sources naturelles figurent la fonte du pergélisol, les zones humides, les plantes et les clathrates de méthane.

Méthanogenèse

La plupart des émissions naturelles de méthane sont directement liées aux méthanogènes qui produisent du méthane dans des sols chauds et humides ainsi que dans le tube digestif de certains animaux.

Les méthanogènes sont des microorganismes produisant du méthane. Afin de produire cette énergie, ils utilisent un processus anaérobie appelé méthanogénèse. Ce processus est utilisé en lieu et place de processus aérobies — c-à-d. avec oxygène — car les méthanogènes sont incapables de métaboliser en présence de concentrations d'oxygène, même faibles. Lorsque l'acétate est décomposé, il en résulte une libération de méthane dans le milieu environnant.

La méthanogenèse, terme scientifique désignant la production de méthane, se produit principalement dans des conditions anaérobies en raison du manque de disponibilité d'autres oxydants. Dans ces conditions, des organismes microscopiques appelés archées utilisent l'acétate et l'hydrogène pour décomposer les ressources essentielles  dans un processus appelé fermentation.

Concernant la méthanogenèse acétoclastique - certaines archées divisent l'acétate produit pendant la fermentation anaérobie pour produire du méthane et du dioxyde de carbone:

H 3 C-COOH → CH 4 + CO 2

Méthanogenèse hydrogénotrophique - les archées oxydent l'hydrogène avec du dioxyde de carbone pour produire du méthane et de l'eau:

4H 2 + CO 2 → CH 4 + 2H 2 O

Alors que la méthanogenèse acétoclastique et la méthanogenèse hydrogénotrophique sont les deux principales réactions source de méthane atmosphérique, d'autres réactions mineures de source biologique de méthane se produisent également. Par exemple, il a été découvert que la cire foliaire exposée à un rayonnement UV en présence d'oxygène est une source aérobie de méthane[29].

Animaux

Les ruminants, en particulier les vaches et les moutons, contiennent des bactéries dans leur système gastro-intestinal qui activent la décomposition des matières végétales. Certains de ces micro-organismes utilisent l'acétate d'origine végétale pour produire du méthane, et comme ces bactéries vivent dans l'estomac et les intestins des ruminants, chaque fois que l'animal « rote » ou défèque, il émet également du méthane. D'après une étude menée dans la région des Snowy Mountains, la quantité de méthane émise par une vache équivaut à la quantité de méthane qu'environ 3,4 hectares de bactéries méthanotrophes[30].

Les termites contiennent également des microorganismes méthanogènes dans leur intestin. Cependant, certains de ces micro-organismes sont si spécifiques qu'ils ne vivent nulle part ailleurs que dans le troisième intestin des termites. Ces micro-organismes décomposent également les composants biotiques pour produire de l'éthanol, ainsi que des sous-produits du méthane.

Cependant, contrairement aux ruminants qui perdent 20 % de l'énergie des plantes qu'ils mangent, les termites ne perdent que 2 % de leur énergie dans ce processus[31]. Ainsi comparativement, les termites n'ont pas à manger autant de nourriture que les ruminants pour obtenir la même quantité d'énergie, et dégagent proportionnellement bien moins de méthane.

Végétaux

Les plantes vivantes (par exemple les forêts) ont récemment été identifiées comme une source potentiellement importante de méthane, pouvant être responsables d'environ 10 à 30 % du méthane atmosphérique[32]. Un article de 2006 a calculé des émissions de 62 à 236 Tg a-1, et « cette source nouvellement identifiée peut avoir des implications importantes[33] - [34] ». Cependant, les auteurs soulignent que «[leurs] conclusions sont préliminaires en ce qui concerne la quantité d'émission de méthane»[35].

Ces résultats ont été remis en question dans un article de 2007 qui a révélé « qu'il n'y a aucune preuve d'émission substantielle de méthane aérobie par les plantes terrestres, au maximum 0,3 % des valeurs précédemment publiées »[36].

Bien que les détails des émissions de méthane des plantes n'aient pas encore été confirmés, la prise en compte du rôle des plantes aiderait à combler les lacunes des précédents décomptes mondiaux de méthane et expliqueraient les grands panaches de méthane qui ont été observés au-dessus des tropiques[32] - [37].

Dans les zones humides, où le taux de production de méthane est élevé, les plantes aident le méthane à se déplacer dans l'atmosphère, agissant comme des paratonnerres inversés en dirigeant le gaz à travers le sol et dans l'air. Ils sont également soupçonnés de produire eux-mêmes du méthane, mais comme les plantes devraient utiliser des conditions aérobies pour produire du méthane, le processus lui-même n'est toujours pas clairement identifié[38].

Gaz méthane des clathrates de méthane
Concentrations de méthane dans l'Arctique jusqu'en septembre 2020.

À des pressions élevées, comme celles que l'on trouve au fond de l'océan, le méthane forme un clathrate solide avec l'eau, connu sous le nom d' hydrate de méthane. Une quantité inconnue mais peut-être très importante de méthane est piégée sous cette forme dans les sédiments océaniques. La libération de grands volumes de méthane de ces sédiments dans l'atmosphère est suggérée comme participant probablement à des événements occasionnels de réchauffement climatique rapide dans le passé lointain de la Terre, tels que le maximum thermique Paléocène-Éocène d'il y a 55 millions d'années[39], et la grande Extinction du Permien-Trias[40].

Les théories suggèrent que si le réchauffement climatique les chauffait suffisamment, tout ce méthane pourrait à nouveau être libéré dans l'atmosphère. Étant donné que le gaz méthane est vingt-cinq fois plus fort (pour un poids donné, en moyenne sur 100 ans) que le CO2 comme gaz à effet de serre ; cela amplifierait grandement l'effet de serre. Cependant, la majeure partie de ce réservoir d'hydrates semble isolée des changements du climat de surface, de sorte qu'une telle libération est susceptible de se produire sur des échelles de temps géologiques d'un millénaire ou plus[41].

Écosystèmes aquatiques

On estime que les émissions de méthane naturelles et anthropiques des écosystèmes aquatiques contribuent à environ la moitié des émissions mondiales totales[42]. L'urbanisation et l'eutrophisation résultante devraient entraîner une augmentation des émissions de méthane des écosystèmes aquatiques[42].

Pergélisol
Image montrant le pergélisol fondu résultant en thermokarst, une source de méthane libérée du pergélisol.

Le pergélisol contient presque deux fois plus de carbone que l'atmosphère[43], avec environ 20 Gt de méthane associé au pergélisol piégé dans des clathrates de méthane[44].

Le dégel du pergélisol entraîne la formation de lacs thermokarstiques dans les dépôts de yedoma riches en glace[45]. (Le méthane gelé dans le pergélisol est lentement libéré à mesure que le pergélisol fond.)

La datation au radiocarbone des traces de méthane dans les bulles des lacs et le carbone organique du sol conclu que 0,2 à 2,5 Pg de carbone du pergélisol ont été libérés sous forme de méthane et de dioxyde de carbone au cours des 60 dernières années[46]. La vague de chaleur de 2020 a peut-être libéré une quantité importante de méthane provenant des dépôts de carbonate dans le pergélisol sibérien[47].

Les émissions de méthane par la «rétroaction du carbone du pergélisol» - amplification du réchauffement de surface due au forçage radiatif accru par la libération de carbone du pergélisol - pourraient contribuer à environ 205 Gt d'émissions de carbone, conduisant à 0,5 °C (0,9 °F) de réchauffement supplémentaire d'ici la fin du XXIe siècle[48]. Cependant, des recherches récentes basées sur la composition isotopique du carbone du méthane atmosphérique piégé dans des bulles dans la glace antarctique suggèrent que les émissions de méthane du pergélisol et des hydrates de méthane étaient mineures lors de la dernière déglaciation, ce qui suggère que les émissions futures de méthane du pergélisol pourraient être inférieures aux estimations précédentes[49].

Sources anthropiques de méthane atmosphérique

Un peu plus de la moitié des émissions totales est due à l'activité humaine[50]. Depuis la révolution industrielle, les humains ont eu un impact majeur sur les concentrations de méthane atmosphérique, augmentant les concentrations atmosphériques d'environ 250 %[51].

Selon le rapport 2021 du GIEC, 30 à 50 % de l'augmentation actuelle des températures sont causées par les émissions de méthane[52] et la réduction du méthane est un moyen rapide d'atténuer le changement climatique[53].

Une alliance de 107 pays, dont le Brésil, l'UE et les États-Unis, a rejoint le pacte connu sous le nom de Global Methane Pledge, s'engageant à un objectif collectif de réduction des émissions mondiales de méthane d'au moins 30 % par rapport aux niveaux de 2020 d'ici 2030[54] - [55].

Conversion écologique

La conversion des forêts et des milieux naturels en parcelles agricoles augmente la quantité d'azote dans le sol, ce qui inhibe l'oxydation du méthane, affaiblissant la capacité des bactéries méthanotrophes du sol à agir comme des puits[56]. De plus, en modifiant le niveau des nappes phréatiques, les humains peuvent affecter directement la capacité du sol à agir comme source ou puits. La relation entre les niveaux d'une nappe phréatique et les émissions de méthane est expliquée dans la section sur les sources naturelles.

Animaux de la ferme

Un rapport de la FAO de l'ONU signale en 2006 que le bétail génère plus de gaz à effet de serre mesurés en équivalents CO2 que l'ensemble du secteur des transports.

Le bétail représente 9 % du CO2 anthropique, 65 % de l'oxyde nitreux anthropique et 37 % du méthane anthropique. Un haut fonctionnaire de l'ONU et coauteur du rapport, Henning Steinfeld, déclare que «le bétail est l'un des contributeurs les plus importants aux problèmes environnementaux les plus graves d'aujourd'hui»[57].

Des recherches mises en avant par la NASA ont confirmé le rôle vital de la fermentation entérique chez le bétail sur le réchauffement climatique. «Nous prenons en compte que d'autres gaz à effet de serre que le dioxyde de carbone sont importants pour le changement climatique aujourd'hui», a déclaré Gavin Schmidt, l'auteur principal de l'étude et chercheur au Goddard Institute for Space Studies (NASA) à New York et au Center for Climate Systems de l'Université Columbia[58]. D'autres recherches récentes de la NASA évaluées par des pairs et publiées dans la revue Science ont également indiqué que la contribution du méthane au réchauffement climatique a été sous-estimée[59] - [60].

Nicholas Stern, l'auteur de la publication Stern de 2006 sur le changement climatique écrit que « les gens devront devenir végétariens si le monde veut vaincre le changement climatique[61] ».

Le président de l'Académie nationale des sciences, Ralph Cicerone, indique par ailleurs que la contribution du méthane par les flatulences et les éructations du bétail au réchauffement climatique est un «sujet sérieux». Cicerone déclare : « Le méthane est actuellement le deuxième gaz à effet de serre le plus important dans l'atmosphère. La population de bovins de boucherie et de vaches laitières a tellement augmenté que le méthane des vaches est désormais important. Ce n'est pas une mince affaire[62] ».

Environ 5% du méthane est libéré via les flatulences, tandis que les 95% restants sont libérés via l'éructation. Des vaccins sont en cours de développement pour réduire la quantité introduite par l'éructation[63]. L'algue asparagopsis en tant qu'additif alimentaire pour le bétail a réduit les émissions de méthane de plus de 80 %[64].

Riziculture

En raison d'une population mondiale en constante augmentation, la riziculture est devenue l'une des sources anthropiques les plus importantes de méthane. Avec un temps chaud et un sol gorgé d'eau, les rizières agissent comme des zones humides, mais sont générées par les humains à des fins de production alimentaire. En raison de l'environnement marécageux des rizières, ces rizières produisent 50 à 100 millions de tonnes métriques d'émissions de méthane chaque année[65]. Cela signifie que la riziculture est responsable d'environ 15 à 20 % des émissions anthropiques de méthane[66].

Un article écrit par William Ruddiman explore la possibilité que les émissions de méthane ont commencé à augmenter en raison d'une vague de sédentarisation il y a 5 000 ans, lorsque l'agriculture devient, avec l'irrigation du riz en particulier, la principale source de nourriture[67].

Décharges

En raison des importantes collections de matière organique et de la disponibilité des conditions anaérobies, les décharges sont la troisième plus grande source de méthane atmosphérique (aux États-Unis) représentant environ 18,2 % des émissions de méthane dans le monde en 2014[68].

Lorsque les déchets sont d'abord ajoutés à une décharge, l'oxygène est abondant et subit donc une décomposition aérobie ; période pendant laquelle très peu de méthane est produit. Cependant, généralement sous un an, les niveaux d'oxygène sont épuisés et les conditions anaérobies dominent la décharge, permettant aux méthanogènes de prendre le contrôle du processus de décomposition. Ces méthanogènes émettent du méthane dans l'atmosphère et même après le remplissage et la fermeture de la décharge, la quantité massive de matières en décomposition permet aux méthanogènes de continuer à produire du méthane pendant de nombreuses années[69].

Traitement des eaux usées

Les installations de traitement des eaux usées agissent pour éliminer les matières organiques, les solides, les agents pathogènes et les risques chimiques résultant de la contamination humaine. L'émission de méthane dans les installations de traitement des déchets résulte de traitements anaérobies des composés organiques et de la biodégradation anaérobie des boues[70].

Combustion de la biomasse

La combustion incomplète des matières organiques vivantes et mortes entraîne l'émission de méthane. Alors que les incendies de forêt naturels peuvent contribuer aux émissions de méthane, la majeure partie de la combustion de la biomasse est causée par les humains, des feux accidentaux par des civils aux brûlis utilisées pour nettoyer les terres, jusqu'aux combustions de la biomasse résultant de la destruction de déchets[37].

Chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz naturel

Le méthane est un composant principal du gaz naturel et, par conséquent, lors de la production, du traitement, du stockage, du transport et de la distribution du gaz naturel, une quantité importante de méthane est perdue dans l'atmosphère[70].

Selon le rapport EPA Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990–2015, les émissions de méthane en 2015 provenant des systèmes de gaz naturel et de pétrole ont totalisé 8,1 Tg par an aux États-Unis. Individuellement, l'EPA estime que le système au gaz naturel émettait 6,5 Tg par an de méthane tandis que les systèmes pétroliers émettaient 1,6 Tg par an de méthane[71]. Les émissions de méthane font partie de tous les secteurs de l'industrie du gaz naturel, depuis le forage et la production, en passant par la collecte, le traitement et le transport jusqu'à la distribution. Ces émissions se produisent lors du fonctionnement normal, de l'entretien de routine, de fuites, des perturbations du système et de la ventilation de l'équipement. Dans l'industrie pétrolière, certains bruts souterrains contiennent du gaz naturel qui est entraîné dans le pétrole à des pressions élevées. Lorsque le pétrole est extrait du réservoir, du gaz associé est produit.

Cependant, un examen des études sur les émissions de méthane révèle que le rapport EPA Inventory of Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990–2015 a probablement sous-estimé de manière significative les émissions de méthane de 2015 provenant de la chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz naturel. L'examen conclu qu'en 2015, la chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz naturel a émis 13 Tg de méthane par an, soit environ 60 % de plus que le rapport de l'EPA pour la même période. Les auteurs écrivent que la cause la plus probable de l'écart est un sous-échantillonnage par l'EPA de «conditions de fonctionnement anormales», au cours desquelles de grandes quantités de méthane peuvent être émises[72].

Émissions de méthane 2015 de la chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz naturel aux États-Unis (Tg par an)
Segment de la chaîne d'approvisionnement Inventaire EPA des gaz à effet de serre aux États-Unis

Émissions et puits : rapport 1990-2015[71]

 Alvarez et al. 2018[72]
Production de pétrole et de gaz naturel 3.5 7.6
Collecte de gaz naturel 2.3 2.6
Transport et stockage de gaz naturel 1.4 1.8
Traitement du gaz naturel 0,44 0,72
Distribution locale de gaz naturel 0,44 0,44
Raffinage et transport du pétrole 0,034 0,034
Total (intervalle de confiance de 95 %) 8,1 (6,7–10,2) 13 (11.3–15.1)

Echappement de méthane des moteurs à gaz

L'utilisation du gaz naturel et du biogaz dans l'ICE (moteur à combustion interne) pour des applications telles que la production d'électricité / la cogénération et dans les véhicules lourds ou les navires marins tels que les méthaniers utilisant le gaz d'évaporation pour la propulsion, émet un certain pourcentage d'UHC, hydrocarbure imbrûlé dont 85% est du méthane. Les problèmes climatiques liés à l'utilisation de gaz pour alimenter l'ICE peuvent compenser, voire annuler, les avantages d'une réduction des émissions de CO2 et de particules. Ces effets sont décrits dans ce document de réflexion de l'UE de 2016 sur l'échappement de méthane des moteurs marins[73] : «[ces] émissions se trouvent autour de 7 g par kg de GNL à des charges de moteur plus élevées, passant à 23–36 g à des charges plus faibles. Cette augmentation pourrait être due à une combustion lente à des températures plus basses, ce qui permet à de petites quantités de gaz d'échapper au processus de combustion».

Les véhicules routiers fonctionnent davantage encore à faible charge que les moteurs marins, ce qui entraîne mécaniquement un échappement de méthane relativement plus élevé que celui observé pour le transport maritime.

Mines de charbon

En 2014, des chercheurs de la NASA ont signalé la découverte d'une surface de six mille cinq-cent (6 500) kilomètres carrés d'un nuage de méthane flottant au-dessus de la région des Four Corners au sud-ouest des États-Unis. La découverte était basée sur les données de l'instrument Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography de l'Agence spatiale européenne de 2002 à 2012[74].

Le rapport conclut : « la source provient probablement de l'extraction et du traitement établis de gaz, de charbon et de méthane houiller ». Entre 2002 et 2012, la région a émis 590 000 tonnes métriques de méthane chaque année, soit près de 3,5 fois les estimations largement utilisées dans la base de données sur les émissions de l'Union européenne pour la recherche sur l'atmosphère mondiale[74]. En 2019, l'Agence internationale de l'énergie (AIE) a estimé que les émissions de méthane qui s'échappent des mines de charbon à travers le monde réchauffent le climat mondial au même rythme que les industries du transport maritime et de l'aviation combinées[75].

Processus d'absorption

Tout processus qui consomme du méthane atmosphérique peut être considéré comme un « puits » de méthane. Le plus important de ces processus se produit à la suite de la destruction du méthane dans l'atmosphère ou de sa décomposition dans le sol. À aucun moment de son histoire, l'humanité n'a encore agi comme un puits significatif de méthane atmosphérique.

Réaction avec le radical hydroxyle - Le principal mécanisme d'élimination du méthane de l'atmosphère implique la chimie radicalaire ; il réagit avec le radical hydroxyle ( · OH), formé initialement de vapeur d'eau décomposée par les atomes d'oxygène provenant de la désintégration de l'ozone par le rayonnement ultraviolet dans les strates supérieures de l'atmosphère.

La réaction du méthane avec l'hydroxyle dans la troposphère ou la stratosphère crée le radical méthyle ·CH 3 et la vapeur d'eau. En plus d'être le plus grand puits connu de méthane atmosphérique, cette réaction est l'une des plus importantes sources de vapeur d'eau dans la haute atmosphère. À la suite de la réaction du méthane avec le radical hydroxyle, il existe deux phases principales d'oxydation du méthane (décrites chimiquement ci-dessous) :

[A] qui conduit à une production nette d'ozone, et

[B] qui ne provoque aucun changement net d'ozone.

Pour que l'oxydation du méthane passe par la phase menant à la production nette d'ozone, l'oxyde nitrique (NO) doit être disponible pour réagir avec le CH3O2. (L'oxyde nitrique peut être formé à partir de dioxyde d'azote sous l'action de la lumière du soleil.)

Alternativement, CH3O2 · réagit avec le radical hydroperoxyle (HO2 ·) et l'oxydation se fait sans changement net du taux d'ozone.

Ces deux types d'oxydation conduisent à une production nette de formaldéhyde et de vapeur d'eau.

[A] Production nette d'O3

CH4 + ·OH → CH3 · + H2O

CH3 · + O2 + M → CH3O2 · + M

CH3O2 · + NON → NON2 + CH3O ·

CH3O · + O2 → HO2 · + HCHO

HO2 · + NON → NON2 + ·OH

(2x) NON2 + hv → O(3P) + NON

(2x) O(3P) + O2 + M → O3 + M

[NET : CH4 + 4O2 → HCHO + 2O3 + H2O]


[B] Pas de changement net d'O3

CH4 + ·OH → CH3 · + H2O

CH3 · + O2 + M → CH3O2 · + M

CH3O2 · + HO2 · + M → CH3O2 H + O2 + M

CH3O2H + hv → CH3O· + ·OH

CH3O · + O2 → HO2 · + HCHO

[NET : CH4 + O2 → HCHO + H2O]

M représente une molécule aléatoire qui facilite le transfert d'énergie lors de la réaction[76]. Notez que pour la deuxième réaction, il y aura une perte nette de radicaux dans le cas où CH3O2H se perd par dépôt humide avant de pouvoir subir une photolyse de sorte que : CH3O2H + H2O → dépôt humide. Cette réaction dans la troposphère donne une durée de vie moyenne du méthane de 9,6 ans.

Deux autres puits mineurs sont les puits du sol (durée de vie moyenne de 160 ans) et la perte stratosphérique par réaction avec · OH, · Cl et · O1D dans la stratosphère (durée de vie moyenne de 120 ans), ce qui donne une durée de vie atmosphérique moyenne nette de 8,4 ans[24].

L'oxydation du méthane est la principale source de vapeur d'eau dans la stratosphère supérieure (commençant à des niveaux de pression d'environ 10 kPa).

Le radical méthyle formé lors de la première étape peut, dans des conditions diurnes normales dans la troposphère, réagir avec un autre radical hydroxyle pour former du formaldéhyde. Bien que le mécanisme soit différent, le résultat est le même que dans la pyrolyse oxydative qui est la première étape de la combustion du méthane :

  +   →   +  

Le formaldéhyde peut à son tour réagir avec un radical hydroxyle pour former du dioxyde de carbone et davantage de vapeur d'eau. Les chaînes latérales dans ces réactions peuvent interagir avec des composés azotés qui pourront produire de l'ozone, supplantant ainsi les radicaux nécessaires à la réaction initiale[77].

Puits naturels de méthane atmosphérique

La plupart des puits naturels se produisent à la suite de réactions chimiques dans l'atmosphère ainsi que grâce à l'oxydation par des bactéries méthanotrophes dans les sols terrestres.

Méthanotrophes dans les sols

Les sols agissent comme un puits majeur pour le méthane atmosphérique grâce aux bactéries méthanotrophes qui y résident. Cela se produit avec deux types de bactéries différents.

Les bactéries méthanotrophes «à haute capacité et à faible affinité» se développent premièrement dans des zones à forte concentration de méthane, telles que les sols gorgés d'eau dans les zones humides et autres environnements humides.

Deuxièmement, dans les zones à faible concentration de méthane, les bactéries méthanotrophes à « faible capacité et haute affinité » utilisent le méthane atmosphérique pour se développer, plutôt que de dépendre du méthane dans leur environnement immédiat[78].

Les sols forestiers agissent comme de bons puits pour le méthane atmosphérique parce que les sols sont humides de manière optimale pour l'activité méthanotrophe et que le mouvement des gaz entre le sol et l'atmosphère (diffusivité du sol) est élevé[78]. Avec une nappe phréatique plus basse, tout méthane dans le sol doit traverser les bactéries méthanotrophes avant de pouvoir atteindre l'atmosphère.

Cependant, les sols des zones humides sont souvent des sources de tesméthane atmosphérique plutôt que des puits car la nappe phréatique est beaucoup plus élevée et le méthane peut être diffusé assez facilement dans l'air sans avoir à entrer en compétition avec les méthanotrophes du sol.

Les bactéries méthanotrophes qui résident dans le sol utilisent le méthane comme source de carbone dans l'oxydation du méthane[78]. L'oxydation du méthane permet aux bactéries méthanotrophes d'utiliser le méthane comme source d'énergie, de faire réagir le méthane avec l'oxygène et, par conséquent, de produire du dioxyde de carbone et de l'eau.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Troposphère

Le puits le plus efficace de méthane atmosphérique est le radical hydroxyle dans la troposphère, ou la partie la plus basse de l'atmosphère terrestre. Lorsque le méthane s'élève dans l'air, il réagit avec le radical hydroxyle pour créer de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. La durée de vie moyenne du méthane dans l'atmosphère était estimée à 9,6 ans en 2001 ; cependant, l'augmentation des émissions de méthane au fil du temps réduit la concentration du radical hydroxyle dans l'atmosphère[37]. Avec moins d'OH˚ pour réagir, la durée de vie du méthane pourrait également augmenter, entraînant de plus grandes concentrations de méthane atmosphérique[79].

Stratosphère

S'il n'est pas détruit dans la troposphère, le méthane dure environ 120 ans avant d'être finalement détruit dans la couche atmosphérique supérieure : la stratosphère. La destruction dans la stratosphère se produit de la même manière que dans la troposphère : le méthane est oxydé pour produire du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. D'après les mesures effectuées par ballon depuis 1978, l'abondance de méthane stratosphérique a augmenté de 13,4 ± 3,6 entre 1978 et 2003[80].

Réaction avec le chlore libre

La réaction des atomes de méthane et de chlore agit comme un puits primaire d'atomes de Cl et est une source primaire d'acide chlorhydrique (HCl) dans la stratosphère[76].

CH 4 + Cl → CH 3 + HCl

Le HCl produit dans cette réaction conduit à la destruction catalytique de l'ozone dans la stratosphère[81].

L'élimination du méthane dans la basse troposphère peut être réalisée par les radicaux chlore produits par les aérosols de sels de fer, qui pourraient être augmentés artificiellement sans risque pour l'ozone stratosphérique[82].

Tendances des niveaux de méthane au fil du temps

Depuis les années 1800, les concentrations atmosphériques de méthane ont augmenté annuellement à un taux moyen d'environ 0,9 %[83].

Tendances mondiales des niveaux de méthane

Les mesures atmosphériques à long terme du méthane par la NOAA montrent que l'accumulation de méthane atmosphérique s'est stabilisée au cours de la décennie 1995-2005, après avoir presque triplé depuis l'époque préindustrielle[84]. Bien que les scientifiques n'aient pas encore déterminé ce qui a causé cette réduction du taux d'accumulation de méthane atmosphérique, il semble que cela pourrait être dû à la réduction des émissions industrielles et à la sécheresse dans les zones humides.

Des exceptions à cette baisse du taux de croissance se sont produites en 1991 et 1998 lorsque les taux de croissance ont soudainement augmenté à 14-15 nmol/mol par an pour ces années, presque le double des taux de croissance des années précédentes[32].

Le pic de 1991 serait dû à l'éruption volcanique du mont Pinatubo en juin de la même année. Les volcans affectent les émissions atmosphériques de méthane lorsqu'ils erruptent, libérant des cendres et du dioxyde de soufre dans l'air. En conséquence, la photochimie des plantes est affectée et l'élimination du méthane via le radical hydroxyle troposphérique est réduite. Cependant, ce taux de croissance a rapidement chuté en raison de la baisse des températures et de la réduction mondiale des précipitations.

La cause du pic de 1998 n'est pas intégralement comprise, mais les scientifiques l'attribuent actuellement à une combinaison d'émissions accrues depuis des zones humides et rizières d'une part, ainsi qu'à une quantité accrue de combustion de la biomasse d'autre part. 1998 fut également l'année la plus chaude depuis le début de l'enregistrement des températures de surface, ce qui suggère que des températures anormalement élevées peuvent induire une émission naturelle plus élevée de méthane[85].

Les données de 2007 suggéraient que les concentrations de méthane recommençaient à augmenter[86]. Cela fut confirmé en 2010 lorsqu'une étude a montré que les niveaux de méthane ont augmenté de 2007 à 2009. Après une décennie de croissance quasi nulle des niveaux de méthane, «la moyenne mondiale du méthane atmosphérique a augmenté d'environ 7 nmol/mol par an en 2007 et 2008. Au cours de la première moitié de 2009, la moyenne mondiale du CH4 atmosphérique était [approximativement] 7 nmol/mol supérieure à ce qu'elle était en 2008, suggérant que l'augmentation se poursuivra en 2009.»[87]

De 2015 à 2019, des hausses plus fortes des niveaux de méthane atmosphérique ont été enregistrées[88].

Les niveaux d'émissions de méthane varient considérablement en fonction de la géographie locale. Pour les sources naturelles et anthropiques, des températures plus élevées et des niveaux d'eau plus élevés entraînent l'environnement anaérobie nécessaire à la production de méthane.

Cycles naturels du méthane

Les émissions de méthane dans l'atmosphère sont directement liées à la température et à l'humidité. Ainsi, les changements environnementaux naturels des changements saisonniers agissent comme un contrôle majeur des émissions de méthane. De plus, même les changements de température pendant la journée peuvent affecter la quantité de méthane produite et consommée.

Par exemple, les usines qui produisent du méthane peuvent émettre jusqu'à deux à quatre fois plus de méthane pendant la journée que de nuit[83]. Ceci est directement lié au fait que les plantes ont tendance à dépendre de l'énergie solaire pour mettre en œuvre leurs processus chimiques complex.

De plus, les émissions de méthane sont affectées par le niveau des sources d'eau. Les inondations saisonnières au printemps et en été augmentent naturellement la quantité de méthane rejetée dans l'air.

Changements dus à l'activité humaine

Changements dus à l'activité humaine préindustrielle

L'augmentation la plus clairement identifiée du méthane atmosphérique résultant de l'activité humaine s'est produite dans les années 1700, pendant la révolution industrielle. Alors que les technologies se perfectionnaient à un rythme considérable, la civilisation occidentale commence à construire des usines, à brûler des combustibles fossiles pour produire de l'énergie et à défricher massivement des forêts et d'autres végétaux à des fins de construction et d'agriculture. Cette croissance a continué d'augmenter à un taux de près de 1 % par an jusqu'en 1990 environ, lorsque les taux de croissance sont tombés à presque zéro[32].

Un article de 2003 de William F. Ruddiman, cependant, indique que le changement anthropique du cycle du méthane peut avoir commencé 5 000 ans avant la révolution industrielle[67].

Les cycles d'insolation du méthane de la carotte de glace sont restés stables et prévisibles jusqu'à il y a environ 5 000 ans, très probablement en raison d'un effet anthropique[67]. Ruddiman suggère que la transition des humains des chasseurs-cueilleurs vers l'agriculture a été le premier cas d'humains affectant la concentration de méthane dans l'atmosphère. L'hypothèse de Ruddiman est étayée par le fait que l'irrigation précoce du riz s'est produite il y a environ 5 000 ans, au même moment où les cycles des carottes de glace ont perdu leur prévisibilité. En raison de l'inefficacité des humains à apprendre d'abord à cultiver le riz, de vastes rizières auraient été nécessaires pour nourrir même une petite population. Celles-ci, inondées et remplies de mauvaises herbes, auraient abouti à d'énormes zones humides émettant du méthane[67].

Changements dus à l'activité humaine industrielle
L'influence sur le réchauffement (appelée forçage radiatif) des gaz à effet de serre à longue durée de vie a presque doublé en 40 ans, le dioxyde de carbone et le méthane étant les principaux moteurs du réchauffement climatique[89].

Les augmentations des niveaux de méthane dues aux activités humaines modernes proviennent d'un certain nombre de sources spécifiques.

  • Émissions de méthane liées à l'activité industrielle ;
  • méthane provenant de l'extraction de pétrole et de gaz naturel des réserves souterraines[90];
  • émissions provenant du transport par pipeline de pétrole et de gaz naturel;
  • fonte du pergélisol dans les régions arctiques, en raison du réchauffement climatique causé par l'utilisation humaine de combustibles fossiles.

Pipelines de gaz naturel

Une source d'émissions de méthane a été identifiée comme étant les pipelines qui transportent le gaz naturel ; un exemple est les pipelines de la Russie aux clients en Europe. Près de Yamburg et Urengoy existent des gisements de gaz avec une concentration de méthane de 97 pour cent[91]. Le gaz extrait de ces gisements est acheminé et exporté vers l'Europe occidentale et centrale par le biais d'un vaste réseau de gazoducs connu sous le nom de réseau de gazoducs transsibérien. Conformément au GIEC et à d'autres groupes de contrôle des émissions de gaz naturel, des mesures devaient être prises tout au long du pipeline pour mesurer les émissions de méthane provenant des rejets technologiques et des fuites au niveau des raccords et des évents du pipeline. Bien que la majorité des fuites de gaz naturel étaient du dioxyde de carbone, une quantité importante de méthane était également régulièrement rejetée par le pipeline en raison de fuites et de pannes. En 2001, les émissions de gaz naturel du pipeline et du réseau de transport de gaz naturel représentaient 1 % du gaz naturel produit[91]. Heureusement, entre 2001 et 2005, ce nombre est tombé à 0,7 %, et même la valeur de 2001 est encore nettement inférieure à celle de 1996[91].

Causes industrielles générales

Cependant, le transport par pipeline n'est qu'une partie du problème. Howarth[92] et al. ont fait valoir que :

Nous pensons que la prépondérance des preuves indique que le gaz de schiste a une empreinte GES [gaz à effet de serre] plus importante que le gaz conventionnel, considéré sur n'importe quelle échelle de temps. L'empreinte GES du gaz de schiste dépasse également celle du pétrole ou du charbon lorsqu'elle est considérée à des échelles de temps décennales, [. . . ]

Pour des travaux ultérieurs confirmant ces résultats, voir « Un pont vers nulle part : les émissions de méthane et l'empreinte de gaz à effet de serre du gaz naturel » de Howarth[93]. « Les émissions de méthane et le risque de réchauffement climatique de la fracturation hydraulique et du développement du gaz de schiste : implications pour la politique »[94]. Une étude de 2013[95] de Miller et al. indique que les politiques actuelles de réduction des gaz à effet de serre aux États-Unis sont basées sur ce qui semble être d'importantes sous-estimations des émissions anthropiques de méthane. Les auteurs déclarent :

Nous constatons que les émissions de gaz à effet de serre provenant de l'agriculture et de l'extraction et de la transformation des combustibles fossiles (c'est-à-dire le pétrole et/ou le gaz naturel) sont probablement un facteur de deux ou plus que celles citées dans les études existantes.

Libération de méthane arctique stocké à cause du réchauffement climatique

Le réchauffement climatique dû aux émissions de combustibles fossiles provoque la libération de méthane dans l'Arctique, c'est-à-dire la libération de méthane des mers et des sols dans les régions de pergélisol arctique. Bien qu'à long terme, il s'agisse d'un processus naturel, la libération de méthane est exacerbée et accélérée par le réchauffement climatique anthropique.

La région arctique est l'une des nombreuses sources naturelles de méthane, puissant gaz à effet de serre[96]. Le réchauffement climatique accélère donc sa libération, due à la fois à la libération de méthane et à la méthanogenèse dans la biomasse en décomposition[97].

De grandes quantités de méthane sont stockées dans l'Arctique dans les gisements de gaz naturel, le pergélisol et les clathrates sous-marins. Le pergélisol et les clathrates se dégradent lors du réchauffement[98], ainsi d'importants rejets de méthane provenant de ces sources peuvent survenir à la suite du réchauffement climatique[99] - [100] - [101]. Les autres sources de méthane comprennent les taliks sous-marins, le transport fluvial, le retrait glaciaire, le pergélisol sous-marin et les dépôts d'hydrates de gaz en décomposition[102].

Impacts atmosphériques

L'effet de forçage radiatif direct des gaz à effet de serre a été estimé à 0,5 W/m 2[103].

Le méthane est un GES puissant avec un potentiel de réchauffement planétaire 84 fois supérieur à celui du CO 2 sur une période de 20 ans. Le méthane n'est pas un gaz aussi persistant et s'atténue à environ 28 fois plus que le CO 2 sur une période de 100 ans[22].

L'impact des concentrations atmosphériques de méthane CH4 sur l'augmentation de la température mondiale pourrait être bien plus important que prévu[104] - [105].

En plus de l'effet de chauffage direct et des rétroactions normales, le méthane se décompose en dioxyde de carbone et en eau. Cette eau est souvent au-dessus de la tropopause où peu d'eau atteint habituellement. Ramanathan (1988[106]) note que les nuages d'eau et de glace, lorsqu'ils se forment à des températures stratosphériques inférieures froides, sont extrêmement efficaces pour renforcer l'effet de serre atmosphérique. Il note également qu'il existe une possibilité que de fortes augmentations du méthane puissent conduire à un réchauffement, à venir, qui augmenterait de manière non linéaire avec la concentration de méthane.

Couche d'ozone

Le méthane affecte également la dégradation de la couche d'ozone, lorsque le méthane se transforme en eau dans la stratosphère. Ce processus est renforcé par le réchauffement climatique, car l'air plus chaud contient plus de vapeur d'eau que l'air plus froid, de sorte que la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère augmente à mesure qu'elle est réchauffée par l'effet de serre. Les modèles climatiques indiquent également que les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et le méthane peuvent améliorer le transport de l'eau dans la stratosphère ; même si cela n'est pas entièrement compris[107]

Techniques de gestion du méthane

Dans un effort d'atténuation du réchauffement climatique, les humains ont à disposition, de longue date, des méthodes et des médicaments alternatifs.

Par exemple, afin de contrer la quantité de méthane émise par les ruminants, un type de médicament appelé monensine (commercialisé sous le nom de rumensine) a été développé. Ce médicament est classé comme un ionophore, qui est un antibiotique produit naturellement par une souche bactérienne inoffensive. Ce médicament améliore non seulement l'efficacité alimentaire, mais réduit également la quantité de méthane émis par l'animal et son fumier[108].

En plus des médicaments, des techniques spécifiques de gestion du fumier ont été développées pour contrer les émissions provenant du fumier du bétail. Des ressources pédagogiques ont commencé à être fournies aux petites exploitations. Les techniques de gestion comprennent le ramassage et le stockage quotidiens du fumier dans une installation de stockage complètement fermée qui empêchera le ruissellement de se rendre dans les plans d'eau. Le fumier peut ensuite être entreposé jusqu'à ce qu'il soit réutilisé comme engrais ou emporté et entreposé dans un compost hors site. Les niveaux de nutriments de divers fumiers d'animaux sont fournis pour une utilisation optimale comme compost pour les jardins et l'agriculture[109].

Afin de réduire les effets sur l'oxydation du méthane dans le sol, plusieurs mesures peuvent être prises. Le contrôle de l'utilisation d'engrais azotés et la réduction de la quantité de pollution azotée dans l'air peuvent à la fois réduire l'inhibition de l'oxydation du méthane. De plus, l'utilisation de conditions de croissance plus sèches pour des cultures telles que le riz et la sélection de souches de cultures qui produisent plus de nourriture par unité de surface peuvent réduire la quantité de terres présentant des conditions idéales pour la méthanogénèse. Une sélection soigneuse des zones de conversion des terres (par exemple, labourer les forêts pour créer des champs agricoles) peut également réduire la destruction des principales zones d'oxydation du méthane.

Pour contrer les émissions de méthane provenant des décharges, le 12 mars 1996, l'EPA (Environmental Protection Agency, États-Unis) a ajouté la "Landfill Rule" au Clean Air Act. Cette règle exige que les grandes décharges qui ont déjà accepté des déchets solides municipaux, ont été utilisées à compter du 8 novembre 1987, peuvent contenir au moins 2,5 millions de tonnes de déchets d'un volume supérieur à 2,5 millions de mètres cubes, et/ou avoir des émissions de composés organiques non méthaniques (NMOC) d'au moins 50 tonnes métriques par an pour collecter et brûler les gaz d'enfouissement émis[110]. Cet ensemble d'exigences exclut 96 % des décharges aux États-Unis. Alors que le résultat direct est que les décharges réduisent les émissions de composés non méthaniques qui forment le smog, le résultat indirect est également la réduction des émissions de méthane.

De plus, pour tenter d'absorber le méthane qui est déjà produit à partir des décharges, des expériences dans lesquelles des nutriments ont été ajoutés au sol pour permettre aux méthanotrophes de prospérer ont été menées. Il a été démontré que ces décharges enrichies en nutriments agissent comme un puits de méthane à petite échelle, permettant à l'abondance de méthanotrophes d'éponger le méthane de l'air pour l'utiliser comme énergie, réduisant ainsi efficacement les émissions de la décharge[111].

Pour réduire les émissions des industries du gaz naturel, l'EPA a développé le programme Natural Gas STAR, également connu sous le nom de Gas STAR[70].

Un autre programme a également été développé par l'EPA pour réduire les émissions provenant de l'extraction du charbon. Le Coalbed Methane Outreach Program (CMOP) aide et encourage l'industrie minière à trouver des moyens d'utiliser ou de vendre le méthane qui serait autrement rejeté par la mine de charbon dans l'atmosphère[70].

Surveillance des émissions de méthane

Un détecteur de méthane portable a été développé qui, monté dans un véhicule, peut détecter les niveaux excessifs de méthane dans l'atmosphère ambiante et différencier le méthane naturel de la végétation en décomposition ou du fumier et des fuites de gaz. En 2013, la technologie était déployée par Pacific Gas & Electric[112].

L'instrument de surveillance troposphérique à bord du vaisseau spatial Sentinel-5P de l'Agence spatiale européenne lancé en octobre 2017 fournit la surveillance des émissions de méthane la plus détaillée accessible au public. Il a une résolution d'environ 50 kilomètres carrés[113].

MethaneSat est en cours de développement par l'Environmental Defense Fund en partenariat avec des chercheurs de l'Université de Harvard, pour surveiller les émissions de méthane avec une résolution améliorée de 1 kilomètre. MethaneSAT est conçu pour surveiller 50 grandes installations pétrolières et gazières, et pourrait également être utilisé pour la surveillance des décharges et de l'agriculture. Il reçoit un financement du projet Audacious (une collaboration de TED et de la Fondation Gates) et fut lancé en 2020[113] - [114] - [115].

Mesure du méthane atmosphérique

Chromatographie des gaz

Le méthane est généralement mesuré par chromatographie en phase gazeuse. La chromatographie en phase gazeuse est un type de chromatographie utilisé pour distinguer des composés chimiques. Elle est généralement moins chère que les méthodes plus avancées, mais elle demande plus de temps et de main-d'œuvre.

Méthode spectroscopique

Les méthodes spectroscopiques sont la méthode préférée pour les mesures de gaz atmosphériques en raison de sa sensibilité et de sa précision. De plus, les méthodes spectroscopiques sont le seul moyen de détecter à distance les gaz atmosphériques. La spectroscopie infrarouge couvre un large spectre de techniques, dont l'une détecte les gaz à partir de la spectroscopie d'absorption. Il existe différentes méthodes pour les méthodes spectroscopiques, y compris la spectroscopie d'absorption optique différentielle, la fluorescence induite par laser et l'infrarouge à transformée de Fourier.

Spectroscopie annulaire de cavité

La spectroscopie à cavité annulaire est la technique d'absorption IR la plus largement utilisée pour détecter le méthane. C'est une forme de spectroscopie d'absorption laser qui détermine la fraction molaire de l'ordre de parties par billion[116].

Voir également

Notes et références

Notes
  1. Riz inclus dans les zones humides.
  2. Le total des décharges comprend les eaux usées domestiques et les déchets animaux.
  3. Traitement des déchets inclus dans les ruminants.
  4. Contient une petite quantité d'émissions naturelles provenant de ruminants sauvages

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