Le méthane, indicateur de température de surface de l'océan ?

[Pierre-Ernest]

Etant d'un naturel plut^t obstiné, je me suis livré à une série de calculs que je vous livre sous la forme du fichier attaché ci-joint (pour la présentation).

Je présente une théorie un peu nouvelle.

Vos critiques et remarques seront les bienvenues.

[olivier13]

ca se tient de ce que j'en connait (cad pas grand chose).

tu pourrai peut etre faire avancer ta thorie si tu trouvais des mesures de concentration en methane dans les ocean.

je vais voir si je peux te trouver quelque chose.....

bon j'ai un peu cherché dans les articles et la premiere chose que j'ai verifié, c'est l'evolution de la concentration de methane en fonction de la profondeur. il y a une baisse de cette [C] avec la profondeur dan l'atlantique nord mais ca a l'air assez complexe.

Methane and methane carbon isotope ratios in the Northeast

Atlantic including the Mid-Atlantic Ridge (501N)

Robin S. Keira,, Jens Greinerta, Monika Rheinb, Gert Petricka,

Ju¨ rgen Su¨ ltenfuXb, Karin Fu¨ rhaupterc

[Invité]

Etant d'un naturel plut^t obstiné, je me suis livré à une série de calculs que je vous livre sous la forme du fichier attaché ci-joint (pour la présentation).

Je présente une théorie un peu nouvelle.

Vos critiques et remarques seront les bienvenues.

excuses-moi de te contrarier mais quand je lis:

1,37 µmole/kg à 15°C (d’après l’équation [1]), en équilibre avec 1,75 ppmv de méthane dans

l’atmosphère.

où sont passés les 10^-3?

bon en lisant la suite je vois que c'est un oubli.

Mais ce qui compte c'est bien l'interface gaz-liquide pour les échanges d'un gaz entre la phase gaz et la phase liquide.

par conséquent j'ai de gros doutes sur un raisonnement qui tient compte d'une solubilité plus forte en profondeur.(voir en fin de post)

En tenant compte de cette interface et si j'utilise tes chiffres en tenant compte aussi d'une couche d'eau de 400m réagissant en quelques années, (ne pas oublier que l'ensemble de la masse océanique se renouvelle complètement en 1000 ans à peu près) en cohérence avec la couche thermique homogène délimitée par la thermocline une variation de 1°C va entraîner une variation de :

4.8 10^-5 micromoles/kg

soit 4.8 10^-11moles*masse des 400m d'eau.

cette masse est égale à 3.42 10^14 m2*400m*1000kg/m3

soit 1.37 10^20 kg.

Le CH4 absorbé est donc égal à 4.8 10^-11moles/kg*0.0224Nm3/mole*1.37 10^20kg= 1.473 10^8 Nm3

l'atmosphère fait comme tu le dis: 5.1 10^18kg soit 3.95 10^18 Nm3

la variation de teneur pour 1°C est donc de 3.7 10-11 soit 0.037 ppb.

soit une valeur insignifiante mais plus forte que la valeur que je donnais dans un autre post.(où j'avais fait une erreur sur le volume d'eau à considérer)

prendre l'ensemble de l'océan, soit une profondeur moyenne de 4000 m environ, décuple ce chiffre, soit 0.37 ppb mais ce n'est pas réaliste pour parler d'évènements de l'ordre d'une dizaine ou d'une vingtaine d'années.(période actuelle)

Maintenant je reprends le raisonnement qui consiste à dire que la variation est plus importante suite à la dissolution plus forte en profondeur (ce que je ne nie pas bien sûr).

Imaginons donc la couche thermocline comme une couche d'eau qui est en mélange permanent entre la surface et le fond de cette couche.

Que se passe t'il à ton avis lorsque la couche supposée à haute concentration remonte à la surface?

Elle dégaze tout simplement et relargue son CH4 supposé jusqu'à être en équilibre avec la pression partielle de CH4 dans l'atmosphère.

De plus si je met sous pression d'eau une eau qui contient 1 ppm de CH4 (par exemple) ce n'est pas pour cela qu'elle va en contenir d'avantage.

Ce sont ces mouvements océaniques qui seraient dangereux dans le cas d'un relarguage de CH4 des clathrates des franges littorales.

[miniTAX]

Pierre Ernest

Pour moi, ça "pourrait" tenir comme hypothèse parce que si on regarde les stations de mesure, on constate que le méthane atmosphérique est moins concentré dans l'hémisphère Sud que dans l'hémisphère Nord (plus d'émission car plus de biomasse, moins d'absorption par l'océan).

D'un autre coté, les stations de mesure où la mer est chaude devrait avoir plus de méthane (car moins d'absorption par l'océan) mais ce n'est pas le cas.

Donc l'affaire parait plus complexe qu'une simple solubilité selon la Tx. Si on pouvait comprendre pourquoi il y a des fluctuations saisonnières qui peuvent atteindre 2%, on aurait déjà plus d'éléments pour conjecturer. Le facteur expliquant cela serait inévitablement prioritaire par rapport à l'absorption océanique.

[Pierre-Ernest]

excuses-moi de te contrarier mais quand je lis:où sont passés les 10^-3?

bon en lisant la suite je vois que c'est un oubli.

C'est réparé. Merci de la remarque.

soit 4.8 10^-11moles*masse des 400m d'eau.

cette masse est égale à 3.42 10^14 m2*400m*1000kg/m3

soit 1.37 10^20 kg.

Le CH4 absorbé est donc égal à 4.8 10^-11moles/kg*0.0224Nm3/mole*1.37 10^20kg= 1.473 10^8 Nm3

Tu n'a pas le droit d'isoler une couche de 400 m d'épaisseur avec la concentration en méthane de la surface. La concentration en méthane augmente rapidement avec la pression.

De plus si je met sous pression d'eau une eau qui contient 1 ppm de CH4 (par exemple) ce n'est pas pour cela qu'elle va en contenir d'avantage.

C'est vrai, bien sûr, si cette eau est isolée du reste.

Mais si cette eau est en contact avec une couche supérieure d'eau elle-même saturée en méthane et en contact avec une atmosphère contenant du méthane, les résultats changent : en effet, l'équilibre de l'ensemble ne va pas être, comme on pourrait le conclure un peu vite une uniformisation de la concentration dans l'eau, mais, au contraire, une uniformisation de la solubilité. C'est, en effet, la condition d'énergie minimum de l'ensemble. Donc, on va bien assister à une migration du méthane vers le fond, là où la solubilité est la plus importante, et finalement avoir un gradient de concentration orienté vers le fond. (Evidemment, je ne prétends pas que le phénomène soit rapide, et je pense qu'il est très contrarié par les mouvements de l'eau. Il s'agit simplement d'une tendance).

Tu vas me dire qu'on devrait l'avoir observé :

Je me méfie des mesures de taux de méthane dans la mer, surtout vers les grandes profondeurs : Le matériel de prélèvement d'échantillons que j'ai vu me parait incapable de remonter des échantillons à leur pression d'origine. (400 bars à 4000 m, par exemple). Or, au cours de la remontée, le méthane a tout le temps de dégazer (on parle de ppm, ne l'oublions pas) et de disparaitre avant l'analyse... Je ne dirait pas ça pour les pétroliers, qui ont, en général, une grande habitude de ces problèmes de pression. C'est, je pense, une des raisons pour laquelle les pétroliers et les climatologistes sont en totale contradiction avec la valeur de la solubilité du méthane en fonction de la profondeur. (les premiers ont des chiffres de plusieurs ordres de grandeur plus élevés que les seconds).

Ce sont ces mouvements océaniques qui seraient dangereux dans le cas d'un relarguage de CH4 des clathrates

Je ne crois pas du tout à ce genre de risque. Le clathrate de méthane est maintenu existant par la pression et par la température. Si la température remonte assez pour provoquer la destruction (lente) du clathrate, celui-ci va tout simplement se dissoudre dans l'eau. De nombreux pétroliers sont d'accord là-dessus.

Encore une fois, n'oublions pas que la solubilité du méthane est très élevée sous forte pression. La formation de clathrate s'accompagne d'une diminution importante de la solubilité apparente. Cette solubilité réapparait si le clathrate est détruit.

[Invité]

Mais si cette eau est en contact avec une couche supérieure d'eau elle-même saturée en méthane et en contact avec une atmosphère contenant du méthane, les résultats changent : en effet, l'équilibre de l'ensemble ne va pas être, comme on pourrait le conclure un peu vite une uniformisation de la concentration dans l'eau, mais, au contraire, une uniformisation de la solubilité. C'est, en effet, la condition d'énergie minimum de l'ensemble. Donc, on va bien assister à une migration du méthane vers le fond, là où la solubilité est la plus importante, et finalement avoir un gradient de concentration orienté vers le fond. (Evidemment, je ne prétends pas que le phénomène soit rapide, et je pense qu'il est très contrarié par les mouvements de l'eau. Il s'agit simplement d'une tendance).

Il faut que je réfléchisse un peu à çà.

Si la couche est stratifiée peut-être.

Si elle est agitée j'ai quelques doutes.

Au fait quid de la densité de l'eau méthanisée en fonction de la teneur en CH4?

As-tu des données là-dessus?

[Pierre-Ernest]

Au fait quid de la densité de l'eau méthanisée en fonction de la teneur en CH4?

As-tu des données là-dessus?

J'ai trouvé un article très complet et très bien documenté sur la solubilité du méthane dans l'eau salée en fonction de la température et de la pression.Cet article fait référence à un modèle en ligne qui calcule, entre autres, la solubilité du méthane dans l'eau de mer en fonction d'une salinité, d'une température et d'une pression données.

L'exploitation de ce modèle m'a permis de constater :

- que la relation solubilité / température était conforme à celle donnée par le Professeur Copin -Montagut.

- qu'il y avait un décalage des valeurs de solubilité d'environ 10 °C entre les 2 sources (ce qui n'est pas énorme).

- que la solubilité du méthane dans l'eau de mer augmentait bien dans des proportions importantes avec la pression.

- que l'influence de la température s'inversait au-dessus d'une certaine pression (environ 200 bars).

- que la densité de la solution saturée en CH4 augmentait avec la pression.

- qu'au voisinage des conditions de formation stable des hydrates, la solubilité du méthane dans l'eau de mer était telle qu'on pouvait assurer que la crainte de voir un jour des émissions massives de méthane par suite de la déstabilisation thermique des clathrates était effectivement un mythe. (plus de 0,25 mole / litre, soit environ 4 g /l)

En outre, ma théorie est conforme à ce modèle, a savoir que dans les conditions d'équilibre,

1) l'océan représente un puit gigantesque pour le méthane atmosphérique.

2) la température de la surface de la mer doit déterminer la teneur en méthane de l'atmosphère.

Evidemment, ces conditions d'équilibre ne sont pas forcément réalisées dans la mer en raison de son agitation (courants). De plus, je n'ai aucune idée de la cinétique d'obtention de l'équilibre.

La réalité est donc probablement que cette relation température / taux de CO2 doit être considérée comme partielle. Mais, elle ne pourra être négligée que si l'on prouve que les mouvements de la mer sont prépondérants devant la cinétique d'équilibre. (C'est le contraire qui est aujourd'hui communément admis pour le CO2).

[Invité]

Non Meteor, il a raison Pierre Ernest. Regarde son lien, notamment la calculette de solubilité. Aux T et P du fond des mers et aux concentrations aussi faible, le méthane est entièrement soluble et n'a aucune chance de faire diminuer la densité de l'eau. C'est comme si tu injectes du CO2 dans l'eau jusqu'à la limite de solubilité: la densité ne change pas.

C'est par ce mécanisme que les chlarates se sont formés. Ca ne s'est pas formé par l'opération du saint esprit, ni par synthèse "abiotique".

Et bien si tu regardes son lien tu verras que la densité de l'eau méthanisée diminue avec la concentration en méthane.

C'est une loi physique imparable.

La densité du mélange liquide d'un corps A et d'un corps B est égale à la moyenne des densités des différents liquides qui le constituent, à peu de choses près.

On retrouve cela pour l'eau ammoniacale bien plus légère à saturation que l'eau pure.

Tout va donc dépendre du gradient de densité dans la couche océanique.

Si la couche d'eau qui surmonte le clathrate est bien constituée, elle a une à densité plus forte du fait de la température et de sa salinité,et donc du CH4 pourra se dissoudre jusqu'à faire monter la densité.

Lorsque la densité de la couche deviendra inférieure à la densité de la couche supérieure, aucun problème elle remontera et relarguera le CH4.

Mais de toute façon aux concentrations en question la variation de densité est extrèmement faible, donc ce n'est pas évident que cela remonte très vite.

Pour revenir aux calculs et en considérant les clathrates arctiques, les plus dangereux à priori, le calcul donne une moyenne de 0.0035 moles/kg piégés dans l'eau entre 0 et -250 m.

ci-joint extrait de la table 8 de l'excellent lien de Pierre-Ernest:

on voit 0.014 moles /kg pour 50 b donc pour une pression moyenne de 25/2 = 12.5b on a 0.0035moles/kg

(bon c'est barbant tous ces calculs! /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> )

Considérons une colonne deau de 250 m de haut et de 1 m2 de section.

La masse de CH4 piégée dans toute cette colonne est de 250m*1m2*0.0035*16*1000 g = 14000g =14 kg.

14 kg pour 250 m3 environ

Les gisements de clathrates arctiques marins occupent grosso-modo une surface de 1 million de km2 (à confirmer mais il s'agit des franges littorales ne l'oublions pas)

le volume d'eau à considérer est donc 2.5 10^14 m3

ceci représente 1.4 10^13 kg maxi piégeables dans l'eau en dissolution.

soit 14 GT.

C'est pas mal mais les gisements de clathrates dans la région seraient estimés à 500 GT.

Tout cela est dans l'hypothèse d'une dissolution diffuse, sans heurts.

Dans le cas d'une émission de CH4 concentrée en certains points la quantité de CH4 mise à l'atm sera bien supérieure.

PS Pour le CO2 dissout dans de l'eau déminéralisée c'est pareil.

La densité diminue mais très très faiblement à pression atm.

[Pierre-Ernest]

Et bien si tu regardes son lien tu verras que la densité de l'eau méthanisée diminue avec la concentration en méthane.

C'est une loi physique imparable.

La densité du mélange liquide d'un corps A et d'un corps B est égale à la moyenne des densités des différents liquides qui le constituent, à peu de choses près.

On retrouve cela pour l'eau ammoniacale bien plus légère à saturation que l'eau pure.

Tout va donc dépendre du gradient de densité dans la couche océanique.

Si la couche d'eau qui surmonte le clathrate est bien constituée, elle a une à densité plus forte du fait de la température et de sa salinité,et donc du CH4 pourra se dissoudre jusqu'à faire monter la densité.

Lorsque la densité de la couche deviendra inférieure à la densité de la couche supérieure, aucun problème elle remontera et relarguera le CH4.

Mais de toute façon aux concentrations en question la variation de densité est extrèmement faible, donc ce n'est pas évident que cela remonte très vite.

Pour revenir aux calculs et en considérant les clathrates arctiques, les plus dangereux à priori, le calcul donne une moyenne de 0.0035 moles/kg piégés dans l'eau entre 0 et -250 m.

ci-joint extrait de la table 8 de l'excellent lien de Pierre-Ernest:

on voit 0.014 moles /kg pour 50 b donc pour une pression moyenne de 25/2 = 12.5b on a 0.0035moles/kg

(bon c'est barbant tous ces calculs! )

Considérons une colonne deau de 250 m de haut et de 1 m2 de section.

La masse de CH4 piégée dans toute cette colonne est de 250m*1m2*0.0035*16*1000 g = 14000g =14 kg.

14 kg pour 250 m3 environ

Les gisements de clathrates arctiques marins occupent grosso-modo une surface de 1 million de km2 (à confirmer mais il s'agit des franges littorales ne l'oublions pas)

le volume d'eau à considérer est donc 2.5 10^14 m3

ceci représente 1.4 10^13 kg maxi piégeables dans l'eau en dissolution.

soit 14 GT.

C'est pas mal mais les gisements de clathrates dans la région seraient estimés à 500 GT.

Tout cela est dans l'hypothèse d'une dissolution diffuse, sans heurts.

Dans le cas d'une émission de CH4 concentrée en certains points la quantité de CH4 mise à l'atm sera bien supérieure.

PS Pour le CO2 dissout dans de l'eau déminéralisée c'est pareil.

La densité diminue mais très très faiblement à pression atm.

Ta première remarque est fausse... Voici la courbe correspondant à la saturation en méthane en fonction de la profondeur, pour une température de 5°C : tu peux constater que la densité augmente avec la profondeur et la concentration en méthane. Donc, l'eau de mer saturée en méthane a tendance à descendre et non pas à monter comme tu l'affirmes. Cela dit, les variations de densité sont faibles, et la descente sera lente, je suis d'accord sur la lenteur....

Ton calcul est fait avec une eau à 6 moles/kg de NaCl, soit 350 g/l (soit la saturation en sel, ce ne serait valable que pour la Mer Morte... La salinité de l'eau de mer est seulement de 0,6 mole/kg.

Dans ces conditions, il est légitime de considérer plutôt la teneur à la saturation en méthane, mais dans de l'eau à 0,6 mole/kg de NaCl. D'après la courbe ci-dessus, à 12 bars de pression, la solubilité du méthane est de 0,0222 mole/kg, (voir la calculette en ligne) soit 0,35 g/kg, ou encore 355 g par m3.

Sans me lancer dans des hypothèses hasardeuses d'estimation de gisement, je sais, comme ancien employé d'une société de service pétrolier que si on trouvait des gisements de méthane à 350 g par m2 de fond de mer, et à seulement 250 m de fond, ce serait un pactole à mon avis facile à exploiter. Si j'ajoute que cette quantité de méthane peut se dissoudre entièrement dans le premier mètre d'eau au-dessus d'elle (je viens de calculer 355 g par m3) je pense que mon méthane n'a absolument aucune chance d'aller plus loin que quelques mètres si par hasard il se dissous... /emoticons/sleep@2x.png 2x" width="20" height="20"> java script:emoticon(' /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> ', 'smid_5')

/emoticons/ohmy@2x.png 2x" width="20" height="20">

Donc, je persiste et je signe : pas de possibilité d'éruption brutale...

[Invité]

Ta première remarque est fausse... Voici la courbe correspondant à la saturation en méthane en fonction de la profondeur, pour une température de 5°C : tu peux constater que la densité augmente avec la profondeur et la concentration en méthane. Donc, l'eau de mer saturée en méthane a tendance à descendre et non pas à monter comme tu l'affirmes. Cela dit, les variations de densité sont faibles, et la descente sera lente, je suis d'accord sur la lenteur....

je n'affirme rien je ne fais que regarder l'étude que tu as mis toi-même en lien.Le tableau 15 montre des valeurs de densité(H2O+sel+CH4) < densité (H2O+sel)

Si je considère ces valeurs la densité des solutions méthanisées est inférieure à celle des solutions sans CH4.

Ton calcul est fait avec une eau à 6 moles/kg de NaCl, soit 350 g/l (soit la saturation en sel, ce ne serait valable que pour la Mer Morte... La salinité de l'eau de mer est seulement de 0,6 mole/kg.

Dans ces conditions, il est légitime de considérer plutôt la teneur à la saturation en méthane, mais dans de l'eau à 0,6 mole/kg de NaCl. D'après la courbe ci-dessus, à 12 bars de pression, la solubilité du méthane est de 0,0222 mole/kg, (voir la calculette en ligne) soit 0,35 g/kg, ou encore 355 g par m3.

dont acte.

Sans me lancer dans des hypothèses hasardeuses d'estimation de gisement, je sais, comme ancien employé d'une société de service pétrolier que si on trouvait des gisements de méthane à 350 g par m2 de fond de mer, et à seulement 250 m de fond, ce serait un pactole à mon avis facile à exploiter. Si j'ajoute que cette quantité de méthane peut se dissoudre entièrement dans le premier mètre d'eau au-dessus d'elle (je viens de calculer 355 g par m3) je pense que mon méthane n'a absolument aucune chance d'aller plus loin que quelques mètres si par hasard il se dissous... java script:emoticon(' ', 'smid_5')

là tu fais une erreur à mon sens.

Les gisements de CH4 dans les sédiments marins (et pas à la surface du plancher maritime) sont entre 200 et 300 kgCH4/m2 mais sur plusieurs centaines de m d'épaisseur de sédiments bien sûr.

On est donc bien loin des 0.3kg/m3.

De plus pour des eaux situées à 250 m de profondeur, le temps de ventilation de ces mêmes eaux est compris entre 1 an et 10 ans.

C'est à dire que les eaux riches en CH4 en contact avec le plancher océanique vont remonter en surface entre 1 an et 10 ans de toute façon.

Et là le CH4 sera libéré.

La dissolution du CH4 dans l'eau n'est donc pas un frein réel à sa diffusion dans l'atmosphère.

L'eau est un véhicule au contraire de ce CH4.

Mais plusieurs mécanismes limitent fortement la vitesse de libération de ce CH4.

1- la vitesse de transmission de la température dans les sédiments marins très lente (c'est de la conduction pure)

2-l'oxydation du CH4 par l'oxygène dissout via les bactéries ou autre mécanisme

Concernant les libérations catastrophiques.

La transformation des hydrates et leur gazéification s'effectue au préalable dans les sédiments.

Il peut se former des poches de gaz importantes à la manière des gisements de gaz (tu dois connaître cela mieux que moi).

Ces poches de gaz peuvent déstabiliser les terrains et créer des "éruptions" à la surface.

d'après les experts ces éruptions ne peuvent qu'être anecdotiques mais elles existent néanmmoins.

La plupart des experts s'accordent cependant pour dire que le devenir du réservoir de clathrates est plutôt de finir en CO2 atmosphérique en cas de réchauffement climatique conséquent en plusieurs centaines voire milliers d'années.

Le gisement de CH4 contribuerait donc à alimmenter l'atm en CO2 pour les siècles à venir.

Ces expertises ne concernent cependant pas les gisements arctiques, bp plus sensibles car moins profonds et soumis à des variations de température plus élevés.

[Pierre-Ernest]

1C'est à dire que les eaux riches en CH4 en contact avec le plancher océanique vont remonter en surface entre 1 an et 10 ans de toute façon.

Et là le CH4 sera libéré.

La dissolution du CH4 dans l'eau n'est donc pas un frein réel à sa diffusion dans l'atmosphère.

L'eau est un véhicule au contraire de ce CH4.

Sauf que compte tenu de sa densité, la solution ne remonte pas. (Nuance importante /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> ). Mais, enfin, mon objectif n'est pas de rassurer ceux qui veulent à tout prix se faire peur avec ces remontées de méthane, mais juste d'essayer d'en analyser le mécanisme hypothétique.

J'ai encore d'autres observations concernant essentiellement le méthane et l'atmosphère, je les ferai dans un autre post.

[miniTAX]

là tu fais une erreur à mon sens.

Les gisements de CH4 dans les sédiments marins (et pas à la surface du plancher maritime) sont entre 200 et 300 kgCH4/m2 mais sur plusieurs centaines de m d'épaisseur de sédiments bien sûr.

On est donc bien loin des 0.3kg/m3.

Ah oui, je comprends mieux ton raisonnement. Je vais essayer d'expliquer les choses comme ça, en sachant que ce que je dis est à confirmer car je ne suis sur de rien:

supposons qu'il y a un début de libération de chlarate à 250 m de profondeur et que par hypothèse, on retrouve le méthane à 240 m. La question à se poser, c'est "est ce que le méthane dissous va préférer remonter vers 230m ou descendre vers 250m" ?

On sait que la solubilité augmente quand la température diminue (loi de Mariott, classique) et qu'elle augmente quand la pression augmente.

Or à 250m, la température diminue et la pression augmente par rapport à 240m, ce qui contribue DOUBLEMENT à augmenter la solubilité.

Or on sait aussi qu'un corps préfère aller là où la solubilité est la plus grande, c'est comme ça qu'en chimie, on fait des opérations de concentration ou de séparation par solubilité différentielle. Donc si le méthane doit diffuser suite à une libération de chlarate (volcan sous-marin, mouvement des plaques), ça ne peut se diffuser que vers le fond des mers et non vers la surface. L'autre manière, c'est de partir sous forme de bulle de gaz mais vu la pression exercée par une colonne d'eau de 250 m, ça ne me semble pas très probable non plus.

Voilà comment je vois les choses. Si Pierre Ernest l'a déjà dit (je ne m'en souviens plus), qu'il m'en excuse.

[miniTAX]

Ci joint un graphe de stabilité des Hydrates de Méthanes.

On voit que la seule zone où les HM sont à la limite de stabilité, c'est à 400m où la température de l'océan est autour de 6°C en moyenne.

A 500 m, la température est autour de 5°C et on est légèrement plus stable: il faut que la température augmente à 6°C pour risquer de déstabiliser les HM.

A 1000m, la température de l'océan est à 4°C. Il faudrait qu'elle augmente à 12°C pour déstabiliser les HMs !

[Invité]

Sauf que compte tenu de sa densité, la solution ne remonte pas. (Nuance importante /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> ).

Enfin cela c'est ce que tu n'arrêtes pas de dire, mais j'aimerais que tu me donnes tes sources car pour le moment je pense que l'eau méthanisée est plus légère que l'eau pure.

La densité du CH4 liquide étant très inférieure à la densité de l'eau.

les mouvements de l'eau méthanisée ne dépendent pas de la variation très faible de densité mais des mouvements généraux de l'océan.

Ce sont bien sûr ces mouvements qui vont entraîner l'eau méthanisée à la surface.

[Pierre-Ernest]

Enfin cela c'est ce que tu n'arrêtes pas de dire, mais j'aimerais que tu me donnes tes sources car pour le moment je pense que l'eau méthanisée est plus légère que l'eau pure.

La densité du CH4 liquide étant très inférieure à la densité de l'eau.

les mouvements de l'eau méthanisée ne dépendent pas de la variation très faible de densité mais des mouvements généraux de l'océan.

Ce sont bien sûr ces mouvements qui vont entraîner l'eau méthanisée à la surface.

Pardon de n'avoir pas cité de nouveau ma source (mais, pour ma défense, je l'ai déjà citée plusieurs fois). Il s'agit de modèles de calcul réalisés et mis en ligne par une équipe chinoise et qui concerne le CO2, le méthane, l'azote, etc... ainsi que tous les clathrates dans l'eau pure et dans l'eau saline ou dans l'eau de mer. Tous les calculs peuvent être fait rapidement en ligne et les modèles sont téléchargeables : The Duan Group. Tu verras que dans le domaine de pressions, températures et salinité qui nous intéresse, la densité de l'eau méthanisée augmente avec la concentration de méthane. (Mais çà n'est pas le cas dans tous les domaines de pression).

Attention aux intuitions dans le domaine des densités (comme d'ailleurs dans le domaine des points d'ébullition) : souvent, les courbes des propriétés d'un mélange présentent une concavité qui reflète une énergie du mélange différente de la somme des énergies des constituants.

Voici par exemple la densité du mélange eau / éthanol (tirée de la Pharmacopée Française) :

On voit qu'à toutes les fractions volumiques, la densité du mélange est supérieure à la densité moyenne pondérée entre les constituants.

[Invité]

Pardon de n'avoir pas cité de nouveau ma source (mais, pour ma défense, je l'ai déjà citée plusieurs fois). Il s'agit de modèles de calcul réalisés et mis en ligne par une équipe chinoise et qui concerne le CO2, le méthane, l'azote, etc... ainsi que tous les clathrates dans l'eau pure et dans l'eau saline ou dans l'eau de mer. Tous les calculs peuvent être fait rapidement en ligne et les modèles sont téléchargeables : The Duan Group. Tu verras que dans le domaine de pressions, températures et salinité qui nous intéresse, la densité de l'eau méthanisée augmente avec la concentration de méthane. (Mais çà n'est pas le cas dans tous les domaines de pression).

Attention aux intuitions dans le domaine des densités (comme d'ailleurs dans le domaine des points d'ébullition) : souvent, les courbes des propriétés d'un mélange présentent une concavité qui reflète une énergie du mélange différente de la somme des énergies des constituants.

Voici par exemple la densité du mélange eau / éthanol (tirée de la Pharmacopée Française) :

On voit qu'à toutes les fractions volumiques, la densité du mélange est supérieure à la densité moyenne pondérée entre les constituants.

merci pour le lien, il est très bien.

depuis le temps que je cherche!

bon, je crois voir d'où vient l'erreur.

Tout vient de la pression.

La densité de l'eau (salée ou pas) augmente avec la pression, mais très très peu.

L'eau n'est pas un fluide si incompressible que cela en fait.

Lorsque je regarde les systèmes binaires, je vois

pour H2O-NaCl

à 273°K

10b-->1.04215 kg/l

100b-->1.04619 kg/l

la densité augmente sans qu'on augmente le CH4 puisqu'il n'y en a pas.

pour H2O-CH4

à 273°K

0.01 mole/kg---> 0.99978 kg/l

0.05 mole/kg---> 0.99969 kg/l

la densité diminue bien lorsqu'on rajoute du CH4.

Le pb est que si on considère la variation de pression l'effet "compressibilité de l'eau" l'emporte sur l'effet CH4, mais à pression constante la disso de CH4 fait bien baisser la densité, de très très peu.

Mais j'aurais cru d'avantage.

Ceci dit ce n'est pas la variation de densité qui fait éventuellement remonter l'eau méthanisée.

L'océan n'est pas stratifié complètement.

Il y a des mouvements dans tous les sens, que ce soit les mouvements turbulents dans les premières centaines de m, les plus rapides ou les mouvements profonds, plus lents.

bref cela bouge tout le temps dans tous les sens.

L'eau méthanisée n'a aucune raison d'échapper à ces mouvements divers.

[miniTAX]

Bonjour Météor,

Effectivement, ce n'est pas l'effet de la densité qui joue mais de la température et la pression SUIVANT la profondeur qui jouent sur la solubilisation du méthane.

D'après la calculette du lien de PE, on a les densités suivantes

300 m de profondeur, T=6°C, P=30 bar =>densité = 0,99996　 (solubilité en CH4=0,05687　 mol/kg)

400 m de profondeur, T=5,5°C, P=40 bar =>densité = 1.00006 (solubilité en CH4=0,07384　)

Plus on est profond, plus l'eau peut solubiliser de méthane. Et plus elle est dense. Donc il n'y a pas de raison pour que le méthane remonte, en tout cas par le seul mécanisme de la différence de densité (qui en plus joue en sens inverse ici). Si ça se produit, ça ne peut en toute logique que du à l'activité géothermique ou tectonique du fond marin à moins que ce ne soit du à un courant profond suffisamment chaud (existe -t-il ?). D'ailleurs, il faut se rappeler que pour que la différence de densité puisse amorce un mouvement de convection, il faut que le nombre de Rayleigh dépasse une certaine valeur. Par contre, la différence de solubilité est beaucoup plus marquante et ça doit etre elle qui fait s'enfoncer le méthane vers les profondeurs.

On remarquera aussi que dès qu'on arrive vers les profondeurs de 500m, la pression monte à 50 bar, la température chute vers 5°C et on rentre dans la zone de stabilité des hydrates de méthane. A 600m, il faut que la température augmente de 2°C pour déstabiliser les clathrates, à 1000 m, il en faudrait 8°C. D'ailleurs, l'hypothèse de la formation des clathrates, c'est du méthane s'échappant des failles géologiques et piégée au niveau des profondeurs par une pression et T favorable. Donc les chlarates les plus "fragiles" sont ceux autour de 400m. Il faudrait connaitre une estimation leur réserves avant de pouvoir dire quoique ce soit sur leur influence sur les GES et sur une éventuelle rétroaction positive dans le réchauffement. Pour l'instant, ceux qui prévoient cette rétroaction positive se contentent de prédire un effet de seuil catastrophique sans trop donner de chiffre.

[Invité]

Bonjour Météor,

Effectivement, ce n'est pas l'effet de la densité qui joue mais de la température et la pression SUIVANT la profondeur qui jouent sur la solubilisation du méthane.

D'après la calculette du lien de PE, on a les densités suivantes

300 m de profondeur, T=6°C, P=30 bar =>densité = 0,99996　 (solubilité en CH4=0,05687　 mol/kg)

400 m de profondeur, T=5,5°C, P=40 bar =>densité = 1.00006 (solubilité en CH4=0,07384　)

Plus on est profond, plus l'eau peut solubiliser de méthane. Et plus elle est dense. Donc il n'y a pas de raison pour que le méthane remonte, en tout cas par le seul mécanisme de la différence de densité (qui en plus joue en sens inverse ici). Si ça se produit, ça ne peut en toute logique que du à l'activité géothermique ou tectonique du fond marin à moins que ce ne soit du à un courant profond suffisamment chaud (existe -t-il ?). D'ailleurs, il faut se rappeler que pour que la différence de densité puisse amorce un mouvement de convection, il faut que le nombre de Rayleigh dépasse une certaine valeur. Par contre, la différence de solubilité est beaucoup plus marquante et ça doit etre elle qui fait s'enfoncer le méthane vers les profondeurs.

bonjour miniTAX

Voilà comment je vois les choses.

Si on considère de l'eau de fond à 50 b, sans CH4 dissout, elle est à une densité x.

Si du CH4, pour une raison ou pour une autre, se dissout dans cette eau, elle devient plus légère que l'eau immédiatement au-dessus d'elle.(celle qui est à 49.9b par exemple)

Elle prend donc sa place et se faisant devient également moins dense puique la pression diminue.

Et ainsi de suite.

Je te ferai le calcul plus exact, enfin j'essaierai.

Si on est à saturation, le fait que la la pression baisse devrait faire dégazer légèrement cette eau.

[Invité]

Bonjour Météor,

Effectivement, ce n'est pas l'effet de la densité qui joue mais de la température et la pression SUIVANT la profondeur qui jouent sur la solubilisation du méthane.

D'après la calculette du lien de PE, on a les densités suivantes

300 m de profondeur, T=6°C, P=30 bar =>densité = 0,99996　 (solubilité en CH4=0,05687　 mol/kg)

400 m de profondeur, T=5,5°C, P=40 bar =>densité = 1.00006 (solubilité en CH4=0,07384　)

Plus on est profond, plus l'eau peut solubiliser de méthane. Et plus elle est dense. Donc il n'y a pas de raison pour que le méthane remonte, en tout cas par le seul mécanisme de la différence de densité (qui en plus joue en sens inverse ici). Si ça se produit, ça ne peut en toute logique que du à l'activité géothermique ou tectonique du fond marin à moins que ce ne soit du à un courant profond suffisamment chaud (existe -t-il ?). D'ailleurs, il faut se rappeler que pour que la différence de densité puisse amorce un mouvement de convection, il faut que le nombre de Rayleigh dépasse une certaine valeur. Par contre, la différence de solubilité est beaucoup plus marquante et ça doit etre elle qui fait s'enfoncer le méthane vers les profondeurs.

bonjour miniTAX

Voilà comment je vois les choses.

Si on considère de l'eau de fond à 50 b, sans CH4 dissout, elle est à une densité x.

Si du CH4, pour une raison ou pour une autre, se dissout dans cette eau, elle devient plus légère que l'eau immédiatement au-dessus d'elle.(celle qui est à 49.9b par exemple)

Elle prend donc sa place et se faisant devient également moins dense puique la pression diminue.

Et ainsi de suite.

Je te ferai le calcul plus exact, enfin j'essaierai.

Si on est à saturation, le fait que la la pression baisse devrait faire dégazer légèrement cette eau.

[miniTAX]

Si du CH4, pour une raison ou pour une autre, se dissout dans cette eau, elle devient plus légère que l'eau immédiatement au-dessus d'elle.(celle qui est à 49.9b par exemple)

Mais je t'avais dit que cette différence de densité n'est pas suffisante pour démarrer la convection (c'est ça dont tu veux parler n'est ce pas). Pour que la convection se fasse, il faut que le nombre de Rayleigh dépasse un seuil.Donc le transport ne peut se faire que par diffusion due à la différence de solubilité. Et là, plus c'est profond, plus c'est soluble. Et l'augmentation de la solubilité en fonction de la profondeur est très nette.

[Invité]

Mais je t'avais dit que cette différence de densité n'est pas suffisante pour démarrer la convection (c'est ça dont tu veux parler n'est ce pas). Pour que la convection se fasse, il faut que le nombre de Rayleigh dépasse un seuil.

Donc le transport ne peut se faire que par diffusion due à la différence de solubilité. Et là, plus c'est profond, plus c'est soluble. Et l'augmentation de la solubilité en fonction de la profondeur est très nette.

Certes mais alors pourquoi avoir répété que la densité plus forte (ce qui s'avère inexact) de l'eau méthanisée ferait sombrer cette eau vers les profondeurs.

C'est exactement le même problème.

Quant à la densité d'un mélange eau+CH4, elle s'exprime de la façon suivante:

rho = (1000 + [CH4]*MCH4)/(1+[CH4]*VpartCH4)

V part CH4 = volume molaire partiel du CH4 = 0.0417l/mole (à peu près constant voir modèles)

MCH4 = masse molaire du CH4 en g

application numérique (en admettant qu'il n'y a pas de limite de solubilité) pour montrer la sensiblité au CH4

si on suppose 0.1mole/l dissoute

rho passe de 1000 à 997.44 g/l

cela commence à faire une bonne variation tout à fait susceptible de faire remonter l'eau méthanisée.(mais ce n'est pas un cas réel)

nota : pour le CO2 le delta numérateur est plus élevé que le delta dénominateur.

L'eau avec CO2 dissout est donc plus dense que l'eau pure.

[Pierre-Ernest]

Certes mais alors pourquoi avoir répété que la densité plus forte (ce qui s'avère inexact) de l'eau méthanisée ferait sombrer cette eau vers les profondeurs.

La densité de l'eau méthanisée est donnée par la calculette plus forte que l'eau moins méthanisée. Pour le vérifier, il suffit de la faire fonctionner. Voici donc un exemple :Ouvre la calculette

Sélectionne "Homogeneisation pressure and density"

Choisis une température : 283 °K

Choisis une salinité : 0.6 (c'est la salinité de l'eau de mer en mole / l)

1) Choisis une concentration en CH4 : 0.0020 mole/l (le modèle ne fonctionne pas au-dessous de cette valeur)

Calcule.

Résultats : densité : 1.02462 pression d'homogénéisation : 1.26 bar (ce qui signifie que cette concentration ne peut pas exister à l'équilibre en dessus d'une profondeur de 2,6 m)

2) Choisis une autre concentration (même température et même salinité) : 0.0025 mole/l

Calcule.

Résultats : densité : 1.02463 pression d'homogénéisation : 1.57 (profondeur d'équilibre : 5,7 m)

Calcule maintenant la densité de l'eau salée sans méthane

Pour cela change de modèle (H2O-NaCl)

1) Choisis la température : 283 °K

Choisis la pression : 1,26 bar

Choisis la salinité : 0.6 mole/l

Calcule

Résultat : densité : 1.02458 (à comparer à 1.02462)

2) pression :1.57 bar

Résultat :

densité :1.02460 (à comparer à 1.02463)

Ce sont des queues de cerises, mais il ne faut pas affirmer des choses fausses.

Bonne journée St Thomas

[Invité]

Ce sont des queues de cerises, mais il ne faut pas affirmer des choses fausses.

Bonne journée St Thomas

tss,tss!

Tu te limites aux valeurs très basses de CH4 .

Comme c'est étrange..

C'est bien sûr là que le modèle est le plus imprécis.

lorsqu'on utilise la même calculette que toi voilà ce que l'on obtient pour des concentrations en CH4 de 0.02 à 0.08 mole/l en prenant la pression d'équilibre pour calculer la densité du couple H2O-NaCl seul.

on voit bien que le delta de densité augmente avec la teneur en CH4.

autrement dit l'eau méthanisée devient de plus en plus légère par rapport à l'eau sans CH4 à la même pression.

La formule que j'ai donnée plus haut n'est pas contestable.

Maintenant si tu t'obstines je ne peux plus rien pour toi.

PS: en général je ne dis pas trop de choses fausses même si cela m'arrive évidemment.

Par contre j'essaie, quant à moi, (même si c'est tentant parfois) de ne pas partir bille en tête dans une simplification exagérée de phénomènes complexes.

Ce genre de comportement, s'il persiste de façon presque obsessionnelle, est en général celui de ceux qui croient tout savoir et souvent des gens très jeunes.

Ce que je ne suis plus, hélas.

Le problème du CH4 dans l'océan et dans l'atmosphère fait bien partie de ce genre de phénomènes complexes.

[Pierre-Ernest]

Ton graphique est un peu inexact : en effet si on considère les points de la courbe rouge (H2O+NaCl) les valeurs des abcisses sont toutes nulles (il n'y a pas de méthane !) ton graphe réel devrait donc avoir l'allure suivante :

Tu t'es fait piéger par les automatisme d'EXCEL...Cela dit, je vole à ton secours en portant les pressions en abcisse :

Mais, que signifie ce graphe ? simplement que sous plus forte pression, l'eau de mer pure est plus dense que l'eau de mer saturée en méthane. Il ne dit pas que l'on passe d'un point de la courbe rouge à un point correspondant de la courbe bleue selon une loi linéaire...

Sous plus faible pression (au voisinage de la surface), la calculette montre au contraire une augmentation de la densité avec la concentration en méthane. (les courbes sont inversées). Maintenant, il faut se poser une question de base : La calculette est-elle juste ?

[Invité]

Mais, que signifie ce graphe ? simplement que sous plus forte pression, l'eau de mer pure est plus dense que l'eau de mer saturée en méthane.

ben oui c'est ce qu'il dit tout simplement.

Il est important de savoir à mon avis que le CH4 "allège" l'eau de mer.

Si on considère une série de couches d'eau de mer depuis le fond jusqu'à une hauteur z, la couche à z=0 qui se charge progressivement en CH4 devient plus légère que la couche supérieure pas ou moins chargée en CH4

En conséquence elle devrait avoir tendance à monter plutôt qu'à plonger, si et seulement si, la variation de densité est suffisante pour amorcer la convection, comme en a parlé cet excellent miniTAX..

Sous plus faible pression (au voisinage de la surface), la calculette montre au contraire une augmentation de la densité avec la concentration en méthane. (les courbes sont inversées)

oui j'ai remarqué et je pense, sans en être sûr, que c'est au niveau de la calculette ou de la précision du modèle que cela se passe.

Sur le principe je te rappelle la formule qui calcule la densité du mélange pour l'eau pure, on peut l'appliquer évidemment à l'eau salée en changeant la densité de départ et le Vpartiel.

rho = (1000 + [CH4]*MCH4)/(1+[CH4]*VpartCH4)

V part CH4 = volume molaire partiel du CH4 = 0.0417l/mole (à peu près constant voir modèles)

MCH4 = masse molaire du CH4 en g

Tu devrais trouver le volume partiel molaire du CH4 dans une des rubriques de ton lien.

Tu t'es fait piéger par les automatisme d'EXCEL...Cela dit, je vole à ton secours en portant les pressions en abcisse

merci