Le méthane (CH4) est un hydrocarbure présent naturellement dans l’atmosphère à une concentration de l’ordre du ppm (partie par million en volume). Il a été découvert au XVIIIe siècle par Alessandro Volta qui étudie la composition du gaz des marais. Dès cette époque, on reconnaît l’utilité du méthane comme combustible pour les lampes et son potentiel comme explosif.
Les modes de formation du CH4 à partir de la matière organique sont multiples. On en distingue trois types :
- le méthane biogénique lié à la décomposition de la matière organique dans les zones humides (marécages, rizières, etc.) ou par les animaux (ruminants, termites, etc.). Essentiellement deux voies chimiques font intervenir des bactéries fermentaires produisant de l’acétate ou du formate. En conditions anoxiques, les bactéries méthanogènes génèrent le CH4 par fermentation acétique ou par réduction du CO2 par l’hydrogène ;
- le CH4 thermogénique issu de la diagénèse et de la catagénèse du kérogène des roches mères, où il forme le gaz naturel. On le trouve aussi dans les mines de charbon (grisou) ;
- le CH4 pyrogénique produit par combustion incomplète dans les feux de biomasse naturels ou anthropiques.
Après émission dans l’atmosphère, le CH4 est oxydé rapidement. La chaîne réactionnelle est complexe, faisant intervenir des radicaux libres hydroxyles (·OH) produits par photolyse de l’ozone en présence de vapeur d’eau (≈ 106 molécules/cm3 d’air dont la durée de vie moyenne est de l’ordre de la seconde). La chaîne réactionnelle principale fait intervenir les oxydes d’azote et produit de l’ozone. En revanche, si la teneur en NO est faible, l’ozone est consommé par la réaction. En plus de ces réactions, il existe d’autres voies secondaires de dégradation du CH4 (réaction avec le chlore atmosphérique et consommation par les bactéries méthanotrophes des sols).
