Clathrates: la glace XVI, une solution pour l’énergie du futur?

La glace XVI est capable de piéger des molécules gazeuses pour former des composés appelés clathrates ( piégeant du méthane dans le permafrost et le fond des océans ).

Des chercheurs viennent de créer un échantillon de glace XVI:

Cette nouvelle forme de glace, la glace XVI , pourrait ouvrir des perspectives intéressantes pour la production et le stockage de l’énergie …


  • La glace XVI et les clathrates ?

Tout d’abord, quelques rappels sur l’eau

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Diagramme e phase de l’eau /wikipédia @Olivier Descout — licence CC BY-SA 3.0

La formule chimique de l’eau est H2O.

Elle existe sous trois états ( gazeux « vapeur », liquide et solide « glace ») bien connus de nous tous.

Suivant les conditions de température et de pression auxquelles l’eau est soumise, un grand nombre de formes solides, c’est à dire de glaces différentes, peuvent exister.

  La glace ordinaire que nous connaissons tous appelée Ih a été découverte au début du XXième siècle par G Tammann, d’autres formes ont ensuite été découvertes  par P.W. Bridgman

On connait  actuellement de nombreuses formes cristallines de glace.

  • La glace XVI, est la moins dense de toutes les formes de glace connues

 clathrates/ glace XVI

Des atomes de néon s’échappant d’une structure II de clathrate. Crédit: Falenty et al., Nature

Elle possède une structure fortement symétrique, formant des cages.

Elle est capable de piéger des molécules gazeuses pour former des composés appelés clathrates ou hydrates de gaz.

  • Mieux connaitre les clathrates?
  1. Ils renferment d’énormes quantités de méthane et d’autres gaz. la quantité totale de méthane enfermée dans les clathrates des fonds océaniques dépasse largement les réserves économiquement exploitables de carbone  et sont très difficiles à utiliser pour le moment. La recherche sur ce sujet est importante
  2. Ils sont situés dans le permafrost et dans de vastes couches sédimentaires au fond des océans.
  3. Leur décomposition éventuelle pourrait avoir des conséquences pour notre planète ;

Une meilleure compréhension de leurs propriétés est donc un objectif majeur pour la Planète.

  • Le premier clathrate vide vient d’être présenté des chercheurs de l’université de Göttingen et de l’Institut Laue Langevin (ILL) ( article publié dans la revue Nature)

C’est un cadre de molécules d’eau dont on a retiré toutes les molécules hôtes.Ce clathrate vide a longtemps été considéré comme purement hypothétique

Son rôle est déterminant  pour la compréhension de la chimie physique des hydrates de gaz.

« Ce type de recherche pourrait contribuer à faciliter l’écoulement du gaz et du pétrole dans les pipelines dans les environnements à basses températures et permettre d’accéder à des réserves de gaz naturel inexploitées au fond des océans … » source ILL

  • Comment l’échantillon  de glace XVI a-t-il été créé?

Les chercheurs ont synthétisé un clathrate rempli de molécules de néon, qu’ils ont ensuite enlevées en les pompant délicatement à basses températures.

L’utilisation de petits atomes comme ceux du gaz néon permettait de vider le clathrate sans compromettre sa fragile structure.

« Pour y parvenir, le clathrate de néon a été pompé dans un vide à des températures avoisinant 140° K, pendant que les données de diffraction neutronique étaient collectées en utilisant le diffractomètre de pointe D20 de l’ILL. Les données obtenues ont permis de confirmer que le clathrate avait bien été entièrement vidé, et ont fourni une image complète de sa structure … » voir la suite sur le site de l’ ILL

  •  On pourrait extraire le méthane stocké au fond des océans  et le remplacer par du CO2 …

 

« Il faut savoir que l’on peut aussi former des clathrates avec du dioxyde de carbone, qui est stable dans les conditions des fonds océaniques. Cela signifie qu’il existe une possibilité d’extraire le méthane de son hydrate pour le transformer en  énergie utile, en le remplaçant par le CO2.  Autrement dit, on pourrait envoyer le CO2 au fond des océans pour prendre la place du méthane dans les clathrates. Un défi de taille, certes, et dont la faisabilité pose question, mais cela reste une possibilité fascinante qui vaut la peine d’être approfondie. » précise Thomas Hansen, un des auteurs de l’étude et responsable de l’instrument D20 à l’ILL

Une meilleure connaissance de la glace XVI et des clathrates est essentielle pour l’avenir de notre planète :on pourrait être capable d’extraire le méthane piégé et accéder à des réserves inexploitées au fond des océans .Cette recherche pourrait aussi contribuer à faciliter l’écoulement du gaz et du pétrole dans les pipelines dans des environnements à basses températures.

Source partielle de l’article: communiqué de presse de l’ Institut LAUE-LANGEVIN