Menu

Centrale thermique Cercs. Catalogne

Charbon

Charbon

Le charbon est un combustible fossile, une roche sédimentaire d'origine organique. Ses propriétés thermodynamiques permettent d'obtenir une grande quantité d' énergie thermique lors de son processus de combustion. L'énergie obtenue est appelée énergie fossile. Il vient en noir ou brun foncé.

Il s'agit d'une ressource naturelle limitée. La génération est un processus de plusieurs millions d'années, alors que la consommation de cette ressource énergétique est très rapide. Pour cette raison, il est considéré comme une source d'énergie non renouvelable.

Son pouvoir calorifique élevé est dû au fait qu'il est principalement constitué de carbone.

Les charbons peuvent être classés selon le pourcentage de carbone qu'ils contiennent, qui est lié au pourcentage d'humidité et d'impuretés. Selon ce critère, on distingue la tourbe, le lignite, le charbon et l'anthracite.

Quelle est l'origine du charbon?

Le charbon fossile s'est formé à partir de parties de plantes anciennes. Dans une large mesure, des masses de bitume déversées à la surface de la planète, soumises à:

  • Métamorphisme. Résultat de la descente vers de grandes profondeurs souterraines.
  • Hautes températures.
  • Absence d'oxygène.

On pense que la plupart du charbon actuel s'est formé pendant les périodes du  Carbonifère (il y a 280 à 345 millions d'années) de l'âge primaire. Dans le Permien, le Trias et le Jurassique, de grands dépôts se sont également formés. Du lignite s'est formé au Crétacé.

Il y a actuellement une formation de tourbe dans les tourbières.

Le charbon d'Europe, d'Asie et d'Amérique du Nord s'est formé principalement dans le charbon de la végétation tropicale.

Hémisphère Sud

Du charbon de l'hémisphère sud s'est formé avec une végétation de climat froid (toundra).

Les plantes anciennes par les changements géologiques ont été compactées, durcies, chimiquement modifiées. Ils ont subi un processus de métamorphose en raison de la température et de la pression élevées.

Hémisphère nord

Le charbon de l'hémisphère nord s'est formé dans des écosystèmes de zones humides appelés forêts carbonifères.

Lorsque les plantes meurent et s'accumulent dans des environnements aquatiques et  des zones marécageuses avec peu d'oxygène (milieux anaérobies), elles subissent une dégradation bactérienne. Pour la formation de charbon, ces conditions doivent avoir une durée suffisamment longue. Aucune érosion dans des conditions sédimentaires.

Quels types de charbon existe-t-il?

Il en existe de nombreux types différents. La classification du charbon se fait selon certaines caractéristiques: inflammabilité, pouvoir calorifique, pourcentage de matières incombustibles et humidité.

CharbonLa classification la plus utilisée pour le commerce international est la suivante:

  • Anthracite.
  • Bitumineuse.
  • Sous-bitumineuse.
  • Charbon brun.

Cependant, la plupart des pays producteurs ont leur propre classification. Par exemple, l'européen. Dans la classification européenne, les principales catégories de charbon sont basées sur le pourcentage de carbone qu'elles contiennent. Ce sont ses variantes:

  • Turba (50 à 55%)
  • Lignite (55 à 75%)
  • Charbon subbitumineux ou lignite noir
  • Charbon (75 à 90%)
  • Anthracite (90 à 95%): celui avec la plus forte proportion de carbone
  • Graphite: carbone pur. Cette variété n'est pas utilisée comme carburant.

Anthracite

L'anthracite est celui qui se réchauffe le plus. Il se caractérise par sa haute densité et sa brillance. Contient 95% de carbone. Il est utilisé comme combustible solide hypercalorique (pouvoir calorifique de 6800-8350 kcal / kg).

Il a le pouvoir calorifique le plus élevé, mais il n'est pas très inflammable.

Il est fait de charbon dont la pression et la température augmentent à des profondeurs d'environ 6 km.

Charbon bitumineux

Le charbon bitumineux est un charbon relativement dur qui contient du bitume, entre le lignite et l'anthracite.

Le pouvoir calorifique du bitume varie de 21 à 30 millions de Btu / t (24 à 35 MJ / kg).

Le lignite

Le lignite est un charbon minéral formé par compression de la tourbe. La compression en fait une substance friable. Des traces de matière végétale peuvent encore être détectées dans le charbon brun.

Il est noir ou marron. Il a souvent une texture similaire à celle du bois dont il est issu.

Quelle est la composition du charbon?

Le charbon est une roche sédimentaire composée de:

  • Éléments organiques. Dans une proportion majoritaire.
  • Substances minérales.
  • De l'eau L'humidité est variable. Il provient de celui qui était piégé lors de sa formation.
  • Gaz. Situé dans les pores submicroscopiques.

L'élément carbone apparaît dans un pourcentage supérieur à 50% en poids et 70% en volume.

La composition et la structure d'un élément transformé en carbone dépendent du processus particulier de carbogenèse qu'il a subi. En ce sens, pour la caractérisation d'un charbon, il est fait référence à sa composition pétrographique. La composition pétrographique est la proportion et la distribution de leurs macéraux et minéraux respectifs.

De cette manière, par exemple, les charbons humiques et sapropèles sont distingués.

Les composés humiques sont principalement constitués de vitrinite et donnent naissance à la série dite ligno-houillère ou naturelle (puisque la plupart des charbons lui appartiennent).

Gaz naturel

Le méthane est un gaz présent dans les mines de charbon et peut être la source d'explosions dangereuses dans les mines souterraines. Dans ce contexte spécifique, il est souvent appelé un grisou.

À quoi sert le charbon? Les applications

Le charbon est principalement utilisé dans deux applications:

  • Comme source principale de chaleur dans les chaudières industrielles.
  • Pour obtenir de l'électricité. Centrales thermoélectriques.

75% du charbon mondial est utilisé pour produire de l'électricité. L'efficacité énergétique mondiale des centrales au charbon n'est pas très élevée, autour de 25% -27%.

Il a également d'autres utilisations, plus mineures, comme par exemple les fours à ciment et la production de charbon à coke à partir de charbon pour produire de l'acier.

Gazéification et liquéfaction du charbon

Deux technologies offrant de grandes perspectives d'avenir sont:

  • gazéification.
  • liquéfaction du charbon.

Le premier est plus ancien. Il était déjà utilisé au XVIIIe siècle pour obtenir ce qu'on appelait alors le gaz de l'eau. Elle s'intéresse actuellement à la production de carburants synthétiques à gaz (gaz naturel synthétique, hydrogène, etc.). Ces gaz sont destinés à être plus faciles à stocker et à transporter, ainsi que plus respectueux de l'environnement, que le charbon solide.

La liquidation a commencé en Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale. La motivation était le désir de ne pas dépendre d'autres pays pour le pétrole et ses dérivés. L'Allemagne n'avait pas de gisements de pétrole mais avait des mines de charbon.

Alors que le pétrole s'épuise dans le monde, cette technique, directe ou indirecte, devient de plus en plus avantageuse chaque jour. Il permet également la production de carburants moins polluants. Carburants conçus pour être plus adaptés à l'industrie automobile.

Le combustible liquide obtenu en liquéfiant le charbon a deux fois plus de chaleur que le charbon utilisé pour le fabriquer.

Quelle influence le charbon a-t-il sur l'environnement?

Comme les autres combustibles fossiles, le charbon, lorsqu'il est brûlé, émet principalement du dioxyde de carbone (CO 2 ) dans l'air. Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre. Il favorise l'effet de serre. De plus, son extraction augmente le radon radioactif dans l'air. Selon la façon dont l'extraction est effectuée, le sol et l'eau peuvent être contaminés par des eaux usées qui ne sont pas correctement traitées.

Une centrale thermoélectrique au charbon produit également des oxydes d'azote (NO et NO 2 ) et du dioxyde de soufre (SO 2 ). Pluie acide causant des gaz. Les oxydes d'azote sont également toxiques.

Le dioxyde de soufre peut être considérablement réduit en désulfurant les gaz de combustion avec du calcaire (CaCO 3 ), mais des résidus de gypse importants et plus de dioxyde de carbone sont alors produits. Ce processus n'est généralement pas effectué s'il n'est pas requis par la loi, en raison de son coût économique élevé.

Le gypse, les cendres et autres particules solides émises dans l'atmosphère peuvent être réduits avec des filtres. La plante augmente également la série naturelle de radioactifs atmosphériques, principalement ceux de la famille du radon.

Histoire de l'utilisation du charbon

Les îles britanniques (particulièrement riches en ce combustible fossile et où la révolution industrielle a commencé) sont le premier endroit étudié où l'utilisation de ce combustible fossile est détectée.

Là, au troisième millénaire av. J.-C., il s'est avéré être une composante des bûchers funéraires. Vers 200 av. J.-C., il y a des preuves, dans la même zone, d'activité commerciale et d'être utilisé pour sécher les céréales.

Sous la domination romaine, il est fait mention de l'utilisation sporadique du charbon, mais ce n'est qu'au Moyen Âge qu'il est devenu pertinent.

Première extraction du minéral

Le premier charbon utilisé a été simplement collecté sur la plage, lorsque cette source a été épuisée, elle a dû être transférée à l'exploitation minière. Il a commencé à être utilisé massivement avec les premières applications de la machine à vapeur, à la fois dans l'industrie et le transport, en particulier dans les trains et les navires. Dans ces cas, l' énergie fossile du charbon a été convertie en énergie mécanique.

Au 20ème siècle, quand il est devenu assez cher, les combustibles fossiles liquides (dérivés du pétrole) ont commencé à être préférés pour le transport. A partir du milieu du siècle, l'utilisation du gaz naturel a augmenté au profit du pétrole et du charbon dans l'industrie et dans l'obtention d'énergie. Cependant, même au 21e siècle, le charbon est utilisé pour obtenir de l' énergie thermique (chaleur) et de l'électricité dans les chaudières industrielles et les centrales thermiques.

Actuellement, les principaux problèmes qu'elle présente sont la pollution et la durabilité, car il s'agit d'une ressource naturelle en voie d'épuisement.

Auteur :

Date de publication : 12 juillet 2016
Dernier examen : 24 avril 2020