Portrait de gaz à effet de serre : le méthane

Moins célèbre que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) n'en est pas moins un gaz à effet de serre très dévastateur : malgré une durée de vie assez courte (entre 7 et 11 ans), il a un impact très important sur le réchauffement climatique.
Et sa présence a déjà plus que doublé depuis 1750, date de référence pré-industrielle.

Le méthane

Le méthane est composé d'un atome de carbone et de 4 atomes d'hydrogène.
C'est l'hydrocarbure le plus simple, le premier terme de la famille des alcanes.
Il est gazeux à température et pression ambiantes (~20°C, 1 atm).

Sa combustion dans le dioxygène pur produit du dioxyde de carbone CO₂ et de l'eau H₂O avec une libération d'énergie (d'où son utilisation comme carburant) :
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + 891 kJ mol⁻¹.

Origine et localisation terrestre

Des micro-organismes (les archées dites méthanogènes) produisent de façon anaérobie, c'est-à-dire en absence d'oxygène, pratiquement tout le méthane gardé dans les terrains sédimentaires, sous forme de gaz naturel.
Du méthane est également produit sous forme d'hydrates de méthane dans les dorsales océaniques d'où il s'échappe puis est oxydé dans l'atmosphère.

Mais du méthane est également produit, en surface par les activités humaines dès lors que de la matière organique fermente en absence d'oxygène (décharges publiques, estuaires pollués, rizières,... ainsi que dans les estomacs des ruminants). 

Un tiers (34%) du méthane terrestre est ainsi produit par des micro-organismes qui convertissent la matière organique en CH₄ en absence d'oxygène. Un deuxième tiers (34%) provient des zones inondées (marécages et lacs) et des pergélisols (permafrost en anglais). Les deux autres sources de méthane sont pour 27% liés à l’exploitation et l’utilisation des combustibles fossiles et pour 5% aux feux de forêts et à l’utilisation de biocarburants.

Répartis en flux d'origines humaine ou naturelle, il apparaît clairement que la proportion de méthane d'origine humaine alourdit gravement les flux vers l'atmosphère et que les puits ne suffisent de ce fait plus à absorber tout le méthane atmosphérique : chaque année, 10 millions de tonnes sont désormais excédentaires, s'accumulant ainsi dans l'atmosphère.

Proportion dans l'atmosphère terrestre

Le méthane est naturellement présent dans l'atmosphère terrestre. Mais les apports anthropiques (dus aux activités humaines) ont plus que doublé sa concentration depuis la révolution industrielle.
Elle atteignait 1 748 ppb (ppb = parties par milliard) en 1998.
Après une période de stabilisation à ~1 774 ppm, de 1999 à 2006, sa concentration a augmenté rapidement à partir de 2007.
En 2016, elle atteignait 1 853 ppb (+ 257 % par rapport au niveau préindustriel)
En 2018, son niveau était de 1 860 ppb.

Présent en quantité moindre que le CO₂ dans l'atmosphère, le méthane a néanmoins un effet dévastateur 20 à 28 plus important sur une durée de cent ans (ce paramètre est appelé Global Warming Potential GWP-100).
La durée de vie du méthane atmosphérique est de 7 à 11 ans. A lui seul, il est responsable de 20% du réchauffement climatique global du aux différents gaz à effet de serre.

Son pouvoir de nuisance est augmenté par deux faits : il contribue à produire, par réactions chimiques, de l'ozone dans la troposphère et de la vapeur d'eau dans la stratosphère ce qui augmente le réchauffement global. Ainsi, sur un horizon de 100 ans, relâcher une certaine quantité de méthane dans l'atmosphère a un effet sur le réchauffement climatique environ 9 fois plus important que de brûler cette même quantité de méthane en dioxyde de carbone (CO₂).

Evolution de la concentration atmosphérique en CH₄ et objectifs climats

Ainsi que le montre ce graphique, les quantités de méthane effectivement présentes dans l'atmosphère (courbe noire "observations") s'inscrivent entre le scénario "+2,0 à +3,7°C" et le scénario "+3,2 à +5,4°C" concernant le réchauffement climatique !