Charbon


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Figure 1. Un morceau d'anthracite, la plus haute qualité de charbon.[1]

Le charbon est une roche formée par la décomposition de la vie végétale. Il est principalement composé de carbone, avec de nombreux autres éléments traces. La forte densité énergétique du charbon et les nombreuses réserves existant dans la nature le rendent utile comme combustible pour la production d'électricité dans les centrales électriques au charbon et, dans certains endroits, pour le chauffage.[2]

Le charbon est considéré comme peu coûteux dans la mesure où la construction d'une centrale électrique au charbon, l'extraction du charbon du sol et sa combustion ne coûtent pas autant à une entreprise que d'autres processus combustibles (en raison des externalités qu'elle ignore). Le charbon est également abondant ; il existe une grande réserve au niveau mondial. Cela a conduit les gens à brûler beaucoup de charbon pendant des siècles, ce que nous continuons à faire encore aujourd'hui.

La formation du charbon a commencé il y a plusieurs centaines de millions d'années (voir chronozoom) dans des conditions environnementales très différentes de celles d'aujourd'hui. Les eaux acides ont ralenti la décomposition de la matière organique et ont permis à cette matière organique morte, principalement du plancton, de s'accumuler en strates. La vieille matière a ensuite été enfoncée profondément dans le sol tout en étant recouverte de sédiments et a fini par former une matière brune friable appelée tourbe.[3] Cette tourbe contient une partie de l'énergie qui a été produite par la photosynthèse lorsque les plantes étaient vivantes.[4] Les processus géologiques ont enterré davantage cette tourbe, les pressions et températures élevées ont fait perdre à la matière une grande partie de ses atomes d'hydrogène et d'oxygène. Le résultat est un matériau riche en carbone, appelé le charbon. Les principaux types de charbon sont l'anthracite, le lignite, le sous-bitumineux et le charbon bitumineux. [5] Le type de charbon est une fonction de l'endroit où il a été formé et de son degré d'évolution. L'anthracite et le charbon bitumineux sont les types de charbon les plus développés et sont donc presque entièrement composés de carbone.

Historique du charbon

Le charbon a été utilisé comme source d'énergie pendant près de 2000 ans. Par exemple, le charbon était largement utilisé pour le chauffage domestique au début du XVIIe siècle en Angleterre. Mais la Révolution industrielle a considérablement augmenté la demande de charbon. Plus précisément, les améliorations apportées par James Watt à la machine à vapeur ont rendu le charbon utile pour effectuer du travail. Dès les années 1830, l'exploitation du charbon était une industrie en plein essor dans l'est des États-Unis, avec du charbon fourni pour l'industrie et les locomotives à vapeur sur les voies ferrées nouvellement développées.[6] En 2010, le charbon représentait 9,2 % de la production d'énergie primaire du Canada. Dans le monde moderne, le charbon est le combustible fossile le plus utilisé et le plus abondant. Le charbon présente un rapport entre les réserves et la production de 109 ans. (à partir de 2012).[6] La quantité totale de réserves de charbon est d'environ 1012 tonnes, les États-Unis possédant les plus grandes réserves individuelles de charbon.[6]

Contenu énergétique

La source d'énergie ultime du charbon est le soleil, car c'est l'énergie stockée dans la matière végétale morte qui produit le charbon.[4] Le charbon est brûlé en présence d'oxygène atmosphérique. Cette température plus élevée provoque une réaction chimique entre le combustible (le carbone du charbon) et l'oxygène de l'atmosphère, qui forme du dioxyde de carbone (CO2). Comme le charbon contient également des atomes d'hydrogène, la combustion produit de la vapeur d'eau (H2O). La production du CO2 est à l'origine du changement climatique, mais c'est la production du CO2 qui fait du charbon un combustible si utile. Le CO2 représente l'état énergétique le plus bas possible d'un atome de carbone dans l'atmosphère terrestre contenant de l'oxygène. Par conséquent, la transition du combustible (carbone dans le charbon) et de l'oxygène atmosphérique en CO2 permet d'extraire la quantité maximale d'énergie du combustible. Le contenu énergétique du charbon varie en fonction de sa maturité (plus il est vieux, meilleur il est). Comme le montre le tableau ci-dessous, l'anthracite a le contenu énergétique le plus élevé de tous les types de charbon.

Type de charbon Contenu énergétique (MJ/Kg)[3]
Anthracite 31 - 36
Bitumineux 25 - 35
Sous-bitumineux 19 - 30
Lignite 12 - 20

Exploitation du charbon

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  • Exploitation minière à ciel ouvert : Cette méthode permet l'extraction de 60% du charbon mondial à l'heure actuelle. Une fine couche de roche supérieure (généralement quelques dizaines de mètres) est retirée pour exposer des réservoirs de charbon de 50 à 100 mètres d'épaisseur. Ces réservoirs de charbon sont appelés des veines de charbon. L'un des plus grands veines de charbon du monde se trouve dans le bassin de la Powder River, au Wyoming.
  • L'exploitation minière en altitude : Cette méthode est utilisée dans les Appalaches, dans l'est des États-Unis. Les 300 et quelques mètres supérieurs d'une montagne contenant du charbon sont enlevés à l'aide d'explosifs pour exposer des réservoirs de charbon de 50 à 100 mètres d'épaisseur. Une fois le charbon extrait, les gravats excédentaires sont déposés dans les vallées voisines.

Les exploitations de charbon présentent de graves risques pour la santé des mineurs directement concernés. Ces risques comprennent la maladie du poumon noir et la pneumoconiose des travailleurs du charbon, qui sont provoquées par une exposition à long terme à la poussière de charbon. Outre les effets sur la santé humaine, l'exploitation du charbon a de graves conséquences sur l'environnement. L'enfouissement des cours d'eau, la modification des flux d'eau naturels, la pollution de l'eau, l'érosion supplémentaire et les ruissellements acides vers les eaux de surface ne sont que quelques-uns des effets potentiels. En 1977, la loi américaine sur le contrôle et la remise en état des mines de surface a été mise en œuvre. Elle stipule que les terres exploitées à ciel ouvert doivent revenir à leur productivité biotique d'origine.

Émissions

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Comme tous les combustibles fossiles, le charbon émet du dioxyde de carbone lorsqu'il est brûlé. En fait, le charbon est responsable de plus d'émissions historiques de dioxyde de carbone que tout autre combustible. En outre, la plupart des charbons contiennent également de grandes quantités d'autres éléments, comme le soufre, le mercure et parfois le lithium.[7] La combustion du charbon provoque également la formation de NOx et de SOx.

Graphique interactif pour l'utilisation du charbon

En savoir plus

Références

  1. Wikimedia Commons. (May 13, 2015). Anthracite Coal [Online]. Available: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthracite_Coal.JPG
  2. R.H. Affolter, J.R. Hatch. (June 29, 2015). Geologic Overview [Online]. Available: http://pubs.usgs.gov/pp/p1625d/Chapter_C.pdf
  3. 3,0 et 3,1 Stephen Marshak. (June 29, 2015). Earth: Portrait of a Planet, 3rd ed. New York, NY, U.S.A:W.W. Norton & Company, 2008
  4. 4,0 et 4,1 J. Kraushaar, R. Ristinen. (June 29, 2015).Energy and the Environment, 2nd ed. Hoboken, NJ, U.S.A.: John Wiley & Sons, 2006.
  5. Canadian Federation of Earth Sciences. (June 29, 2015). Four Billion Years and Counting: Canada's Geological Heritage, 1st ed. Toronto, ON, Canada.: Nimbus Publishing, 2014
  6. 6,0 6,1 et 6,2 G.Boyle, B.Everett, S.Peake, J.Ramage. (June 29, 2015). Energy Systems and Sustainability: Power for a Sustainable Future, 2nd Ed. Oxford, UK: Oxford University Press, 2012
  7. Pollock, E. N., " Trace Impurities in Coal by Wet Chemical Methods," Advances in Chemistry, vol. 141, pp. 92-96, Sep. 1, 1975.

Auteurs et rédacteurs

Ethan Boechler, Paul Frey, Jordan Hanania, Braden Heffernan, James Jenden, Chau Le, Kailyn Stenhouse, Luisa Vargas Suarez, Jasdeep Toor, Jason Donev
Dernière mise à jour : 28 septembre, 2021
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