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Le méthane est un composé chimique de formule chimique , découvert et isolé par Alessandro Volta entre 1776 et 1778. C'est l'hydrocarbure le plus simple et le premier terme de la famille des alcanes. Comme fluide frigorigène, il porte la dénomination « R50 » dans la nomenclature des réfrigérants, régie par la d'ANSI/ASHRAE. Assez abondant dans le milieu naturel, le méthane est un combustible à fort potentiel. Gazeux dans les conditions normales de température et de pression, il peut être transporté sous cette forme, généralement par gazoduc, ou à l'état liquéfié par des méthaniers et plus rarement des camions. D'énormes quantités de méthane sont enfouies dans le sous-sol sous forme de gaz naturel. L'essentiel du méthane des terrains sédimentaires est produit de façon anaérobie par les archées dites méthanogènes. De grandes quantités, difficiles à évaluer, sont également produites par réaction de l'eau de mer sur les péridotites des dorsales océaniques et présentes sur le plancher océanique sous forme d'hydrates de méthane (stables à basse température et haute pression). Les volcans de boue, les énergies fossiles, les décharges publiques (gaz de décharge), la digestion du bétail (notamment des ruminants), les rizières, les estuaires pollués (méthane des zones humides, gaz de marais) et les feux de forêts dégagent aussi beaucoup de méthane. Le méthane est naturellement présent dans l'atmosphère terrestre, mais les apports anthropiques ont plus que doublé sa concentration depuis la révolution industrielle. Elle atteignait en 1998. Après une période de stabilisation de 1999 à 2006 à environ , la croissance de sa concentration a repris en 2007 à un rythme de 5 à par an, atteignant en 2020. Des analyses isotopiques suggèrent que cet accroissement récent du méthane atmosphérique serait principalement d'origine non fossile. Le méthane persiste moins de dix ans dans l'atmosphère où il est détruit par des radicaux hydroxyle OH•, mais c'est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone , avec un potentiel de réchauffement global plus élevé, responsable, au niveau actuel de sa concentration, de quelques pour cent de l'effet de serre total à l'œuvre dans notre atmosphère.

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vignette|Stabilité des hydrates de méthane en fonction de la température. La zone de stabilité est à gauche de la courbe. Un hydrate de méthane (ou clathrate de méthane) est un clathrate, plus précisément un clathrate hydrate, un cristal organique nanoporeux formé de molécules d’eau et de méthane. On en trouve dans les sédiments des fonds marins, sur certains talus continentaux, ainsi que dans le pergélisol des régions polaires. La formation de ces hydrates constitue l'un des puits de carbone planétaires, mais ils sont très instables quand leur température dépasse un certain seuil.

vignette|Bloc d'hydrate de gaz Les clathrates hydrates sont des solides cristallins à base d’eau ressemblant à de la glace, dans lesquels des petites molécules non-polaires (généralement des gaz) ou des molécules comportant une fraction hydrophobe sont encapsulées dans des nano-cages de molécules d’eau impliquant des liaisons hydrogènes intermoléculaires. En d’autres termes, les clathrate hydrates sont des clathrates dans lesquelles la molécule hôte est l’eau et la molécule invitée est un gaz ou un liquide.

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