Contenu
- La prochaine énergie "Game Changer"?
- Qu'est-ce que l'hydrate de méthane?
- Où sont les dépôts d'hydrate de méthane?
- Où l'hydrate de méthane est-il produit aujourd'hui?
- Risques liés aux hydrates de méthane
- Énorme Potentiel
Hydrate de méthane: À gauche, un modèle boule-collant de méthane hydraté montre la molécule centrale de méthane entourée d'une "cage" de molécules d'eau. D'autres molécules d'hydrocarbures telles que le pentane et l'éthane peuvent occuper une position centrale dans cette structure. (Image du ministère de l'Énergie des États-Unis). À droite, un spécimen en feu de glace au méthane hydraté (image du United States Geological Survey).
Méthane hydrate "ciment" dans un conglomérat ?: Cette photo montre un échantillon principal de la zone d'hydrate de méthane dans le puits de test de Mallik. Ce puits pénètre dans les gisements de pergélisol de la région du delta du Mackenzie au Canada. Cette partie du noyau présente des graviers cimentés en un "conglomérat" par de la glace à l'hydrate de méthane. Cliquez pour agrandir l'image.
La prochaine énergie "Game Changer"?
Alors que le gaz naturel de schiste devient un «changeur de jeu énergétique mondial», les chercheurs dans les domaines du pétrole et du gaz travaillent au développement de nouvelles technologies permettant de produire du gaz naturel à partir de gisements d'hydrate de méthane. Cette recherche est importante car on pense que les gisements d'hydrate de méthane constituent une plus grande ressource en hydrocarbures que l'ensemble des ressources mondiales de pétrole, de gaz naturel et de charbon. Si ces gisements peuvent être développés efficacement et économiquement, l'hydrate de méthane pourrait devenir le prochain facteur de changement énergétique.
D'énormes quantités d'hydrate de méthane ont été trouvées sous le pergélisol arctique, sous la glace antarctique et dans des dépôts sédimentaires le long des marges continentales du monde entier. Dans certaines régions du monde, ils sont beaucoup plus proches des zones à forte population que tout autre champ de gaz naturel. Ces gisements voisins pourraient permettre aux pays qui importent actuellement du gaz naturel de devenir autosuffisants. Le défi actuel consiste à inventorier cette ressource et à trouver des moyens sûrs et économiques de la développer.
Tableau de stabilité des hydrates de méthane: Ce diagramme de phase indique la profondeur de l’eau (pression) sur l’axe vertical et la température sur l’axe horizontal. Les lignes pointillées séparent les champs de stabilité de l'eau, de la glace d'eau, du gaz et de l'hydrate de gaz. La ligne intitulée "transition hydrate à gaz" est significative. Les conditions de formation d'hydrate de méthane sont présentes au-dessous de cette ligne.Au-dessus de cette ligne, l'hydrate de méthane ne se formera pas. La ligne rouge trace un géothermique (le changement de température avec la profondeur à un endroit spécifique). Notez comment, à mesure que la profondeur augmente, la géothermie traverse la ligne de transition hydrate / gaz. Cela signifie que l'hydrate de gaz contenu dans les sédiments recouvre généralement le gaz libre. Graphique modifié après NOAA.
Qu'est-ce que l'hydrate de méthane?
L'hydrate de méthane est un solide cristallin qui consiste en une molécule de méthane entourée d'une cage de molécules d'eau imbriquées (voir l'image en haut de cette page). L'hydrate de méthane est une "glace" qui ne se produit naturellement que dans les dépôts souterrains où les conditions de température et de pression sont favorables à sa formation. Ces conditions sont illustrées dans le diagramme de phases sur cette page.
Si la glace est retirée de cet environnement température / pression, elle devient instable. Pour cette raison, les gisements d'hydrates de méthane sont difficiles à étudier. Ils ne peuvent pas être forés et carottés à des fins d'étude comme les autres matériaux de subsurface, car à mesure qu'ils sont remontés à la surface, la pression est réduite et la température augmente. Cela provoque la fonte des glaces et l’évacuation du méthane.
Plusieurs autres noms sont couramment utilisés pour hydrate de méthane. Ceux-ci comprennent: le clathrate de méthane, l’hydrométhane, la glace au méthane, la glace enflammée, l’hydrate de gaz naturel et l’hydrate de gaz. La plupart des gisements d'hydrates de méthane contiennent également de petites quantités d'autres hydrates d'hydrocarbures. Ceux-ci comprennent l'hydrate de propane et l'hydrate d'éthane.
Carte d'hydrate de méthane: Cette carte est une version généralisée des emplacements de l'inventaire mondial USGS de la base de données sur les occurrences d'hydrate de gaz naturel.
Carte des hydrates de gaz: L'un des gisements d'hydrate de gaz les plus étudiés est celui de Blake Ridge, au large de la Caroline du Nord et au sud de la Caroline. Les défis de la production de méthane à partir de ce gisement sont la forte teneur en argile et la faible concentration en méthane. Cette carte est un exemple de la proximité des dépôts de la marge continentale avec les marchés potentiels du gaz naturel. Image par la NOAA.
USGS Gas Hydrates Lab: Cette vidéo vous emmène en visite au USGS Gas Hydrates Lab où des chercheurs effectuent des expériences sur des échantillons d'hydrates de gaz prélevés dans les marges polaires et continentales. Ils créent également des hydrates de gaz synthétiques et mènent des expériences pour déterminer leurs propriétés chimiques et physiques.
Où sont les dépôts d'hydrate de méthane?
Dans quatre environnements terrestres, les conditions de température et de pression sont appropriées pour la formation et la stabilité de l'hydrate de méthane. Ce sont: 1) les unités de sédiments et de roches sédimentaires sous le pergélisol arctique; 2) dépôts sédimentaires le long des marges continentales; 3) les sédiments d'eaux profondes des lacs et des mers intérieurs; et 4) sous la glace antarctique. . À l'exception des gisements antarctiques, les accumulations d'hydrates de méthane ne sont pas très profondes sous la surface de la Terre. Dans la plupart des situations, l'hydrate de méthane se trouve à quelques centaines de mètres de la surface des sédiments.
Modèles de dépôt d'hydrate de méthane: Modèles de dépôt pour les dépôts d'hydrate de méthane aux marges continentales et sous le pergélisol.
Dans ces environnements, l'hydrate de méthane se trouve dans les sédiments sous forme de couches, de nodules et de ciments intergranulaires. Les dépôts sont souvent si denses et latéralement persistants qu'ils forment une couche imperméable qui emprisonne le gaz naturel remontant d'en bas.
En 2008, le United States Geological Survey a estimé les ressources totales en hydrate de gaz non découvertes pour la région du versant nord de l'Alaska. Ils estiment que les ressources totales non découvertes de gaz naturel sous forme d'hydrate de gaz varient entre 25,2 et 157,8 billions de pieds cubes. Étant donné que très peu de puits ont été forés à travers les accumulations d'hydrate de gaz, les estimations comportent un niveau d'incertitude très élevé.
USGS Gas Hydrates Lab: Cette vidéo vous emmène en visite au USGS Gas Hydrates Lab où des chercheurs effectuent des expériences sur des échantillons d'hydrates de gaz prélevés dans les marges polaires et continentales. Ils créent également des hydrates de gaz synthétiques et mènent des expériences pour déterminer leurs propriétés chimiques et physiques.
Gaz bien hydrater: Ignik Sikumi, puits n ° 1 d'hydrate de gaz sur le versant nord de l'Alaska. Une évaluation des ressources en hydrates de gaz de l'USGS a déterminé que le versant nord renferme de vastes ressources en hydrates de gaz piégés sous le pergélisol. Photo du département de l'énergie.
Ignik Sikumi: Cette vidéo vous emmène dans une visite à l'essai sur le terrain d'hydrate de gaz Ignik Sikumi, un puits situé sur le versant nord de l'Alaska qui produisait du gaz naturel à partir d'hydrates de gaz situés sous le pergélisol. L’accomplissement ici consistait à libérer le méthane en le remplaçant par du dioxyde de carbone - sans faire fondre l’hydrate de gaz.
Où l'hydrate de méthane est-il produit aujourd'hui?
À ce jour, il n’ya pas eu de production commerciale de méthane à grande échelle à partir de gisements d’hydrate de gaz. Toute la production a été soit à petite échelle ou expérimentale.
Début 2012, un projet conjoint des États-Unis et du Japon a produit un flux constant de méthane en injectant du dioxyde de carbone dans l'accumulation d'hydrate de méthane. Le dioxyde de carbone a remplacé le méthane dans la structure de l'hydrate et a libéré le méthane pour qu'il s'écoule à la surface. Cet essai était significatif car il permettait la production de méthane sans les instabilités associées à un hydrate de gaz en fusion.
Les dépôts d'hydrate de méthane les plus susceptibles d'être sélectionnés pour le premier développement auront les caractéristiques suivantes: 1) concentrations élevées d'hydrate; 2) roches réservoirs à haute perméabilité; et 3) les endroits où il existe une infrastructure. Les gisements répondant à ces caractéristiques seront probablement situés sur le versant nord de l'Alaska ou dans le nord de la Russie.
Ignik Sikumi: Cette vidéo vous emmène dans une visite à l'essai sur le terrain d'hydrate de gaz Ignik Sikumi, un puits situé sur le versant nord de l'Alaska qui produisait du gaz naturel à partir d'hydrates de gaz situés sous le pergélisol. L’accomplissement ici consistait à libérer le méthane en le remplaçant par du dioxyde de carbone - sans faire fondre l’hydrate de gaz.
Fonte des hydrates de gaz: Lorsque des puits de pétrole sont forés dans des sédiments contenant des hydrates, la température chaude du pétrole remontant dans la zone d'hydrate gelée peut provoquer la fonte. Cela peut entraîner une défaillance. Les canalisations chaudes parcourant des affleurements d’hydrates gelés constituent également un danger. Image USGS.
Risques liés aux hydrates de méthane
Les hydrates de méthane sont des sédiments sensibles. Ils peuvent se dissocier rapidement avec une augmentation de la température ou une diminution de la pression. Cette dissociation produit du méthane libre et de l'eau. La conversion d'un sédiment solide en liquides et en gaz créera une perte de support et de résistance au cisaillement. Celles-ci peuvent provoquer un affaissement du sous-marin, des glissements de terrain ou un affaissement du sol pouvant endommager l'équipement de production et les pipelines.
Le méthane est un puissant gaz à effet de serre. Le réchauffement de la température dans l'Arctique pourrait entraîner la fonte progressive des hydrates de gaz sous le pergélisol. Le réchauffement des océans pourrait entraîner la fonte progressive des hydrates de gaz à proximité de l'interface sédiment-eau. Bien que de nombreux reportages aient présenté cette situation comme une catastrophe potentielle, les recherches de l'USGS ont montré que les hydrates de gaz contribuent actuellement au méthane total dans l'atmosphère et qu'il est peu probable qu'une fonte catastrophique de gisements d'hydrates instables envoie de grandes quantités de méthane dans l'atmosphère.
Énorme Potentiel
Bien que les accumulations d'hydrates de méthane se situent dans des environnements difficiles et présentent de nombreux défis techniques, elles sont largement réparties et constituent la plus grande source d'hydrocarbures sur Terre. Diverses technologies pourraient être développées pour les produire en utilisant des processus de réduction de pression, d'échange d'ions et autres qui tirent parti de leurs propriétés chimiques et physiques uniques. Les États-Unis, le Canada, le Japon et l'Inde ont tous mis en œuvre des programmes de recherche dynamiques visant à découvrir des technologies viables pour la production d'hydrates de gaz. L'hydrate de méthane jouera probablement un rôle important dans notre futur bouquet énergétique.