Qu'est-ce qu'un clathrate?
Un clathrate est un type d'hydrate, ou composé d'eau, dans lequel des molécules d'une autre substance sont piégées dans une structure en forme de cage composée de molécules d'eau. La molécule piégée est généralement un gaz à pression et température normales. Les clathrates sont des solides ressemblant à de la glace qui se forment généralement à des pressions élevées et à des températures basses. Parmi les plus connus et les plus étudiés, on trouve un hydrate de méthane présent naturellement dans de grands gisements sous les fonds marins dans de nombreuses régions du monde. Celles-ci peuvent constituer une source d'énergie potentielle, mais il est également à craindre qu'un rejet soudain de grandes quantités de méthane de clathrate, peut-être provoqué par le réchauffement de la planète, puisse être désastreux.
L'unité de base de la plupart des clathrates est un dodécaèdre composé de 20 molécules d'eau disposées en 12 faces pentagonales, avec un centre creux pouvant être occupé par une «molécule hôte». La structure est essentiellement maintenue ensemble par des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau, mais stabilisé par les molécules invitées. Étant donné que les dodécaèdres ne peuvent pas être regroupés pour occuper tout l’espace disponible, d’autres formes polyédriques apparaissent également, de sorte à former un réseau. En raison de cette variation dans la forme des cages et du fait que toutes les cages ne sont pas nécessairement occupées, il n’est pas possible de donner des formules chimiques précises aux clathrates. Les molécules hôtes de clathrate peuvent être des gaz d'hydrocarbures, tels que le méthane ou l'éthane, l'oxygène, l'azote et le dioxyde de carbone.
L'hydrate de méthane est le composé de clathrate qui a suscité le plus d'intérêt. Ce composé est présent en grande quantité à divers endroits autour des continents et dans les régions de permafrost de la Sibérie et de l'Alaska. On a estimé que ces gisements constituaient la plus grande réserve d'hydrocarbures de la planète, dépassant de loin les réserves connues de charbon, de pétrole et de gaz naturel. On pense qu'ils se sont formés à partir du méthane produit par l'activité microbienne dans les conditions anaérobies dans les sédiments situés juste sous la surface du fond de la mer ou sur des terres où les températures sont suffisamment basses. Même dans les régions tropicales, les températures au fond de la mer sont suffisamment basses pour permettre la formation de clathrates où la pression leur permet de se solidifier à quelques degrés au-dessus du point de congélation.
Étant donné les grandes quantités de méthane stockées dans ces gisements, ils ont été considérés comme une source potentielle de gaz naturel. Son extraction peut toutefois présenter de graves difficultés techniques qui le rendent non économique. L’Union soviétique a tenté à plusieurs reprises d’extraire du gaz des gisements de clathrate de pergélisol de Sibérie dans les années 1960 et 1970. On craint également que les méthodes utilisées pour libérer le gaz piégé ne déstabilisent les gisements, ce qui pourrait éventuellement entraîner un affaissement de terrain et des glissements de terrain.
Bien que les gisements de clathrate puissent représenter une énorme ressource énergétique non exploitée, ils pourraient également représenter un risque sérieux. Ils ne sont pas stables en dehors des conditions de température et de pression où ils se produisent et il est à craindre que le réchauffement climatique ne les rend instables. Cela pose une double menace.
Premièrement, la fonte de la glace de clathrate mélangée à des sédiments aux frontières continentales pourrait entraîner des glissements de terrain considérables et des tsunamis consécutifs. Le passé géologique relativement récent montre que cela pourrait s’être produit au large des côtes norvégiennes. Deuxièmement, le méthane est un puissant gaz «à effet de serre» qui retient encore plus la chaleur dans l'atmosphère que le dioxyde de carbone. La libération soudaine d'énormes quantités de ce gaz pourrait accélérer le réchauffement climatique, ce qui pourrait à son tour entraîner une déstabilisation accrue. Encore une fois, il existe des preuves géologiques que cela aurait pu se produire dans le passé par le biais de processus naturels, et depuis 2011, l'hydrate de méthane dans les gisements de pergélisol suscite des préoccupations particulières.