|
Le charbon
I. Qu’est-ce que le charbon ? 1) Définition du charbon Le
charbon est une roche sédimentaire riche en carbone.
2) Formation du charbon Tout commence dans un marécage, en bordure d'un bassin sédimentaire. Des mouvements tectoniques provoquent la montée du niveau de la mer : la végétation, noyée, meurt. Les arbres et les débris végétaux s'accumulent et sont recouverts de masses de boue et de sable sous l'effet de la sédimentation. Cet enfouissement les met à l'abri de l'air et leur évite de pourrir rapidement. La végétation se reconstitue au-dessus... jusqu'au prochain engloutissement. Le
bassin sédimentaire s'enfonçant peu à peu sous le poids des
sédiments,
les couches de végétaux morts sont soumises à une augmentation de
la température qui provoque leur transformation progressive. La
cellulose, composant principal du bois, passe ainsi par différentes
phases.
3) Les différents types de charbon Il existe 4 types de charbons : la tourbe, le lignite, la houille et l’anthracite. Après la tourbe, premier stade de sédimentation, viennent le lignite, puis la houille, puis l'anthracite. Ce dernier possède la teneur en carbone la plus élevée.
II. Exploitation du charbon
Les pays qui disposent des plus grosses réserves sont les États-Unis (238 milliards de tonnes soit 28,9% des réserves mondiales), la Russie (157 milliards de tonne soit 19% des réserves mondiales), la Chine (114 milliards de tonnes soit 13,9% des réserves mondiales) l’Australie (76 milliards de tonnes soit 9,2% des réserves mondiales) et l’Inde (58 milliards de tonnes soit 7,1% des réserves mondiales). D’autres pays possèdent des réserves significatives, à savoir l’Ukraine (34 milliards de tonnes soit 4,1% des réserves mondiales), le Kazakhstan (31 milliards de tonnes soit 3,8% des réserves mondiales) et l’Afrique du Sud (30 milliards de tonnes soit 3,7% des réserves mondiales). L’ensemble
des pays de l’Union Européenne ne concentrent que 29 milliards de
tonnes de charbon, soit 3,6% des réserves mondiales. Techniques
d'extraction du charbon Soit on extrait des gisements de charbon à ciel ouvert. Elle exige, dans tous les cas, l’enlèvement préalable des stériles qui recouvrent le gisement. Si l’exploitation à ciel ouvert est de façon générale moins dangereuse que l’exploitation souterraine, elle n’en présente pas moins des risques. L’emploi d’engins lourds ne comporte pas seulement des risques d’accidents, il peut aussi exposer les travailleurs aux gaz d’échappement, au bruit. Les conditions météorologiques peuvent elles aussi poser problème, notamment en cas de fortes pluies ou de neige, de verglas, de faible visibilité et de températures extrêmes. Si l’extraction nécessite l’emploi d’explosifs, des précautions spéciales s’imposent. Les stériles de recouvrement et les déchets sont empilés en énormes terrils, ce qui exige des mesures appropriées pour empêcher les éboulements et pour assurer la protection des travailleurs, de la population et de l’environnement. Et de plus, elle est plus facile et moins coûteuse.
Photo d’une mine à ciel ouvert Soit
on extrait des gisements de charbon en souterrains, c’est à dire
creuser des puits et de galeries d’accès au gisement et l’emploi
de machines ou d’explosifs pour l’extraction du charbon. Les
accidents dans les mines souterraines sont fréquents — toutes les
statistiques placent les mines de charbon parmi les lieux de travail
les plus dangereux —. Les deux types de catastrophes qui peuvent
survenir sont les effondrements, les explosions et les feux et
incendies résultant d’une accumulation de méthane, ou à la
présence de poussières de charbon.
Photo d’une mine en souterrain
Les plus grands producteurs de charbon
Production de charbon en millions de tonnes (2005) III. Consommation du charbon
Consommation de charbon en millions de tonnes (2005)Evolution de la consommation sur 15 ans (1990-2005)
Les chiffres de production et de consommation sont relativement proches (sauf pour l’Australie, exportatrice importante). Observons l’évolution de la consommation sur 15 ans depuis 1990, année de référence du protocole de Kyoto. Il y a les « bons élèves », les pays qui ont réduit leur consommation de charbon, l’énergie fossile la plus polluante en termes de dégagements de CO2. Ce sont principalement des pays européens, qui ont fait un effort pour réduire leur consommation et des pays de la CEI frappés par une grave crise économique au milieu des années 90. Les « mauvais élèves » sont les pays non signataires du protocole de Kyoto. Pour eux, la croissance économique s’embarrasse moins de considérations écologiques. Ces pays toujours plus gros consommateurs sont des pays développés ou émergents d’Asie, les Etats-Unis et l’Australie. La consommation mondiale de charbon a augmenté de 37 % entre 2000 et 2008.
Une consommation
tirée par la croissance de la demande des pays asiatiques, Chine et
Inde en particulier. Utilisations
directes du charbon Chauffage domestique, alimentation de chaudières industrielles, production de fonte ou d'essences synthétiques : les utilisations du charbon sont multiples. Selon sa qualité, le charbon peut en effet être brûlé, transformé en coke ou gazéifié. Le
charbon est toujours employé comme combustible de
nos jours. Son usage pour le chauffage domestique recule et c'est
l'alimentation de chaudières industrielles qui domine.
Comment obtient-on de l’électricité à partir du charbon ?
La
combustion de combustibles fossiles permet de chauffer de l’eau, la
vapeur fait ensuite tourner une turbine qui fait tourner un
alternateur : ce qui fabrique de l’électricité.
En traversant le condenseur qui la refroidit, la vapeur se retransforme en eau, puis repart pour un nouveau cycle vers la chaudière.  Le
charbon assure en effet 40 % de la production mondiale d'électricité.
En France, cela représentait 2,80 % en 2015. Par
ailleurs, les centrales à charbon récentes émettent 40% de CO2
en moins que les centrales à charbon du milieu du XXe
siècle tout en demeurant une source de pollution atmosphérique
importante (poussières, NOx (oxyde d’azote) gaz
toxiques, SO2 (dioxyde souffre) -> pluies acides) et
d’effet de serre (CO2 -> réchauffement climatique). Autres Avant, on utilisait le charbon pour faire fonctionner des trains et autres machines à vapeur. En
sidérurgie (= industrie métallurgique), on emploie du charbon
concentré en carbone quasi pur, le coke.
Il est utilisé dans les hauts-fourneaux, des fours industriels où,
mélangé à du minerai de fer, il donne de la fonte puis de l’acier.
La carbochimie -> production d'hydrocarburesLa gazéification du charbon est de plus en plus utilisée dans des processus industriels, par exemple dans des centrales électriques à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI). Le charbon peut en effet être gazéifié en présence d'oxygène et de vapeur d'eau pour donner du gaz de synthèse, mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Ce gaz est un produit intermédiaire. Il peut ensuite conduire, selon la méthode de conversion, à différents produits (méthanol, urée, hydrogène pur, diméthyléther) et surtout à des carburants synthétiques. Dans ce cas, le produit obtenu est une cire contenant une multitude d'hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone est très variable. Elle doit subir des transformations pour fournir majoritairement un gazole de très bonne qualité et, en quantités moindres, des GPL et de l'essence. Remarque : - l'industrie pharmaceutique et la droguerie utilisent des dérivés de la cokéfaction pour des produits comme l'aspirine, la novocaïne, les détergents, les désherbants. - la parfumerie et l'industrie des colorants utilisent les dérivés du benzol et des goudrons. - les plastiques (plexiglas, celluloïd, résine, vinyle, bakélite) et les produits de synthèse textiles (tergal, polyester, nylon) proviennent de l'utilisation des dérivés de la distillation du charbon que sont le gaz, le benzol, le goudron. -
les engrais,
explosifs
et vernis
sont aussi fabriqués à partir de la distillation du charbon dans
les cokeries.
V. Avantages et inconvénients
- Disponibilité : abondance et gisements connus dans le monde entier. Aux niveaux actuels d'extraction et de la consommation, ceux-ci devraient durer plus de 160 ans.
- Seule forme d'énergie fossile solide ; produit physiquement stable donc combustible accessible, facile à transporter et à stocker - Energie fossile non renouvelable : épuisable... - Combustion polluante - Les impuretés du charbon sont une source de pollution importante lors de sa combustion. Le charbon a beaucoup d'impuretés, comme des composés de soufre et d'azote qui sont libérées dans l'atmosphère en brûlant. En combinaison avec la vapeur d'eau, elles provoquent des pluies acides qui est nocif pour les plantes et les animaux. -Comme pour tout carburant fossile, sa combustion produit du dioxyde de carbone dans l'air, phénomène à l'origine de l'effet de serre. Le charbon est une forme de carbone, qui en brûlant, produit du dioxyde de carbone (CO2). Le CO2 est un gaz qui, lorsqu'il est présent dans l'atmosphère, piège le rayonnement terrestre et réchauffe la terre (réchauffement climatique). Cela a des effets à long terme sur les conditions météo et de la biodiversité. VI. Conclusion Face à la demande d’énergie mondiale croissante, le charbon reste une alternative intéressante pour le moment. En effet, ses réserves récupérables sont importantes et la méthode de production de l’électricité à partir du charbon reste avantageuse. Cependant,
le charbon est un combustible fort polluant… Il faut donc se
tourner vers d’autres énergies plus respectueuses de notre
environnement.
LECONTE Sarah, BOEGLIN Charlène et DERACO Fanny |
