Le gaz naturel, ou gaz fossile, est un mélange gazeux d'hydrocarbures constitué principalement de méthane, mais comprenant généralement une certaine quantité d'autres alcanes supérieurs, et parfois un faible pourcentage de dioxyde de carbone, d'azote, de sulfure d'hydrogène ou d'hélium. Naturellement présent dans certaines roches poreuses, il est extrait par forage et est utilisé comme combustible fossile ou par la carbochimie. Le méthane est généralement valorisé par le gaz de synthèse en méthanol. La déshydrogénation oxydative de l'éthane conduit à l'éthylène, qui peut être converti en oxyde d'éthylène, éthylène glycol, acétaldéhyde. ou autres alcènes.. Le propane, un alcane, peut être converti en propylène... ou peut être oxydé en acide acrylique.. et acrylonitrile.
Sa part dans la production mondiale d'énergie primaire a progressé rapidement, de 19,3 % en 1990 à 22,9 % en 2024. Sa production mondiale s'est accrue de 108 % en , de 1990 à 2023, dopée par l’exploitation des gaz non conventionnels. Le gaz naturel est en 2023 la troisième source d'énergie primaire utilisée dans le monde, représentant 21,5 % de la consommation, après le pétrole (30,2 %) et le charbon (27,8 %).
Corrélativement, les émissions mondiales de gaz à effet de serre dues à la combustion du gaz naturel s'élevaient à (millions de tonnes) d'équivalent en 2024, en progression de 112,8 % depuis 1990 selon l'Agence internationale de l'énergie. Elles représentent 21,5 % des émissions dues à la combustion en 2024, contre 43,8 % pour le charbon et 32,4 % pour le pétrole. Les principaux pays responsables de ces émissions sont les États-Unis (23,2 % du total mondial), la Russie (11,2 %), la Chine (10,1 %) et l'Iran(6,4 %). Le secteur pétrolier et gazier engendre 13 à 20 % des émissions mondiales de méthane en 2018, gaz dont le potentiel de réchauffement global est plus élevé que celui du .
L'usage de gaz naturel a rapidement augmenté dans l'industrie à partir des années 1970, suivi d'une augmentation dans les usages domestiques puis la production d'électricité, se rapprochant de la part du charbon pendant les années 1990. Mais une augmentation des coûts d'exploitation au début du , les tassements de consommation des pays développés, les besoins des pays émergents et les progrès réalisés dans le traitement du charbon ont redonné au charbon un certain essor. Après une baisse de 2010 à 2014, la consommation mondiale de gaz naturel a repris sa progression, tirée par la Chine et l’Europe, qui remplacent des centrales électriques au charbon par des centrales au gaz.
Les réserves restent mal connues au début des années 2020, mais ont été accrues par l'exploitation de gaz non conventionnels (gaz de schiste). En 2022, les réserves mondiales prouvées, en hausse de 9,7 % par rapport à 2010, correspondaient à 52 ans de production. Elles sont géographiquement situées pour 39,4 % au Moyen-Orient et 32,5 % dans les pays de l'ex-URSS. La Russie, l’Iran, le Qatar et les États-Unis détiennent à eux seuls 57,9 % des réserves mondiales.
Les deux principaux producteurs de gaz naturel sont, en 2025, les États-Unis (25,6 % de la production mondiale) et la Russie (14,5 %), suivis par l'Iran, la Chine, le Canada, le Qatar et l'Australie. Les principaux consommateurs sont les États-Unis (21,8 %), la Russie (11,5 %), la Chine (10,7 %) et l'Iran (6,1 %). La consommation mondiale a progressé de 21 % entre 2015 et 2025, mais a baissé de 25 % en France, 24 % au Japon, 15 % au Royaume-Uni, 7 % en Italie, et progressé de 126 % en Chine, 40 % en Inde, 39 % en Iran, 38 % en Corée du sud, 23 % aux États-Unis, 20 % au Canada, 17 % en Russie, 2 % en Allemagne.
En 2017, les États-Unis, qui étaient jusque-là importateurs nets, sont devenus exportateurs nets. En 2025, ils sont au des exportateurs avec 21 % des exportations mondiales, devant la Russie (12,6 %), le Qatar (11,4 %), la Norvège (10,4 %), l'Australie (9,1 %) et le Canada (7,6 %). La part de l'Union européenne dans les importations mondiales atteint 24,1 %, suivie par la Chine (14,7 %), le reste de l'Europe (9,5 %), le Japon (7,7 %) et les États-Unis (7,6 %). Les sanctions prises par les pays occidentaux à la suite de l'invasion de l'Ukraine par la Russie depuis ont entrainé des modifications majeures dans les flux internationaux : les importations de l'Europe par gazoducs ont chuté de 35 % en 2022 et de 28 % en 2023, alors que ses importations de gaz naturel liquéfié ont augmenté de 56 % en 2022 ; les exportations russes par gazoducs ont baissé de 55 % et leurs exportations de GNL augmentent de 8 %. Les exportations des États-Unis augmentent de 35 % entre 2021 et 2025.
Propriétés Le gaz naturel est un combustible fossile gazeux qui se trouve dans la nature, notamment au niveau des champs pétrolifères, des champs gaziers et des couches charbonnières.
Composition moléculaire Le gaz naturel est un mélange gazeux, composé principalement de méthane accompagné d'autres alcanes plus lourds, allant en général jusqu'à cinq atomes de carbone. Il contient aussi des molécules non-hydrocarbures, en quantités parfois non négligeables, pouvant donner lieu à une utilisation commerciale. À titre d'exemple, le gaz naturel est la source principale pour la production industrielle d'hélium dans le monde.
L'origine du gaz naturel détermine sa composition exacte. Le tableau ci-dessous donne une indication des plages typiques de la composition moléculaire du gaz naturel.
+ComposantFormule chimiquePlageMéthane70..90 %Éthane0..20 %PropaneButanePentane et alcanes plus lourds et supérieurs0..10 %Dioxyde de carbone0..8 %Dioxygène0..0,2 %Diazote0..5 %Sulfure d'hydrogène, oxysulfure de carbone, 0..5 %Gaz rares : argon, hélium, néon, xénon, , , traces
Propriétés physiques Les propriétés du gaz naturel non raffiné varient en fonction sa composition chimique..
La température de liquéfaction du gaz naturel est de ..
Le gaz naturel est incolore, inodore et insipide. Pour des raisons de sécurité, depuis l' au Texas, qui causa la mort de dans une école, un odorisant chimique à base de tétrahydrothiophène (THT) ou de mercaptan (composé soufré) lui donne une odeur particulière afin de permettre sa détection olfactive lors d'une fuite..
Types class=skin-invert-image|vignette|redresse=2|Schéma des types de source géologique du gaz naturel : A Gaz naturel associé (à un réservoir de pétrole) ;B Gaz naturel conventionnel non associé ; C Gaz de couche (ou gaz de houille) ;D Gaz de réservoir compact ; E Gaz de schiste. thumb|redresse=2|L'estimation des réserves prouvées de gaz naturel (ici aux États-Unis de 1925 à 2010) doit être régulièrement mise à jour en fonction de l'épuisement des gisements et des nouvelles découvertes, ainsi que des nouveaux moyens techniques donnant accès à des ressources autrefois inaccessibles ( gaz de couche, gaz de schiste, gaz profonds HT/HP, gisements en mer et peut-être un jour hydrates de méthane).
Le gaz naturel se présente sous plusieurs formes, qui se distinguent par leur origine, leur composition et le type de réservoirs dans lesquelles elles se trouvent. Ce gaz est toujours composé principalement de méthane. et issu de la désagrégation d'anciens organismes vivants.
En complément des différents types de gaz naturels cités ci-après figure le biogaz (dit biométhane après épuration), un substitut renouvelable issu de la décomposition de biomasse, donc certains déchets de l'activité anthropique. Idéalement, le biogaz (renouvelable) aurait vocation dans le futur à se substituer au gaz naturel fossile (émetteur net de donc participant au réchauffement climatique).
L'appellation « gaz naturel » dans le monde énergétique recouvre exclusivement la forme fossile., objet du présent article.
Gaz conventionnel non associé Le gaz conventionnel non associé est la forme la plus exploitée de gaz naturel. « Non associé » signifie qu'il n'est pas associé à un gisement de pétrole, bien que son processus de formation soit assez similaire.
On distingue le gaz thermogénique primaire (issu directement de la pyrolyse naturelle du kérogène) et le gaz thermogénique secondaire (formé par la pyrolyse du pétrole). Le gaz thermogénique comprend, outre le méthane, un taux variable d'hydrocarbures plus lourds, pouvant aller jusqu'à l'heptane (). On peut y trouver aussi du dioxyde de carbone (), du sulfure d'hydrogène (aussi dit « gaz acide » () et parfois du diazote () ainsi que de petites quantités d'hélium (He), mercure (Hg) et argon (Ar) ou d'autres contaminants tels que le plomb quand le gaz provient d'un gisement profond « haute température/haute pression ».
Le marché international du gaz naturel et ses réseaux de transport par gazoducs et méthaniers principalement alimentés par ce type de gaz conventionnel non associé (voir section « Industrie du gaz »), mais aux États-Unis les gaz de schiste prennent une importance croissante et le biométhane injecté, encore émergent,
Gaz associé Le gaz associé est présent en solution dans le pétrole, séparé de ce dernier lors de l'extraction. Il a longtemps été considéré comme un déchet et, en tant que tel, été détruit en torchère, ce qui est un gaspillage énergétique et une pollution inutile, qui a au moins l'avantage d'atténuer le réchauffement climatique car le potentiel de réchauffement global du est 28 fois moindre que celui du méthane.. Il est de plus en plus réinjecté dans le gisement géologique (ce qui contribue à y maintenir la pression afin de maximiser l'extraction du pétrole) ou valorisé énergétiquement. En 2016, près de étaient encore brûlés en torchère par an, en légère baisse d'environ 10 % en 20 ans malgré la progression de près de 20 % de l'extraction de gaz naturelEstimation des quantités de gaz brûlés par le Global Gas Flaring Reduction Partnership (GGFR), Banque mondiale..
Gaz biogénique Il est issu de la fermentation par des bactéries de sédiments organiques.
À l'instar de la tourbe, c'est un combustible fossile mais dont le cycle est relativement rapide. Les gisements biogéniques (environ 20 % des réserves connues de gaz conventionnel) sont en général petits, dispersés et situés à faible profondeur. Il a moins de valeur (par mètre cube) que le gaz thermogénique, car il contient une part significative de gaz non combustibles (dioxyde de carbone notamment) et ne fournit pas d'hydrocarbures plus lourds que le méthaneBiogaz issus de déchets alimentaires pour cogénération / CHP..
Gaz de charbon
La houille contient naturellement du méthane et du dioxyde de carbone dans ses pores« Méthane de gaz de charbon », .. Historiquement, ce gaz a surtout été connu pour la menace mortelle qu'il présente sur la sécurité des mineurs - il est alors resté dans la mémoire collective sous le nom de grisou. Cependant, son exploitation est en plein développement, en particulier aux États-Unis. L'exploitation porte sur des strates de charbon riches en gaz et trop profondes pour être exploitées de façon conventionnelle. Il y a eu des essais en Europe également, mais la plupart des charbons européens sont assez pauvres en méthane. La Chine s'intéresse également de plus en plus à l'exploitation de ce type de gaz naturel.
Gaz de schiste
Certains schistes contiennent du méthane issu de la dégradation du kérogène présent dans le schiste et piégé dans ses feuillets et micro-fissures. Mais, comme pour le gaz de couche, il existe deux grandes différences par rapport aux réserves de gaz conventionnel. La première est que le schiste est à la fois la roche source du gaz et son réservoir. La seconde est que l'accumulation n'est pas discrète (beaucoup de gaz réuni en une zone restreinte) mais continue (le gaz est présent en faible concentration dans un énorme volume de roche), ce qui exige une technique spécifique.