Charbon

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Le charbon est la deuxième énergie utilisée dans le monde avec une consommation totale de 24%.

Le charbon est un terme générique qui désigne un ensemble de combustibles solides de compositions et de pouvoir calorifiques très variés. Ces combustibles ont en commun une origine végétale et quatre composants en proportion variable : une matière carbonée, de l’eau, des gaz et une phase pierreuse.

  1. Charbon
    1. Histoire
    2. Origine
    3. Carbonisation
    4. Ressources
    5. Réserves
    6. Charbon, énergie motrice de la Chine
    7. Charbon propre

Histoire :

Le charbon a été le combustible quasi unique de la révolution industrielle du XIXe siècle avec le développement du moteur à vapeur et l’accroissement des besoins de l’industrie sidérurgique. Depuis, le pétrole puis le nucléaire et le gaz sont venus compléter l’arsenal énergétique disponible et, aujourd’hui le charbon ne représente plus que 25 % de l’approvisionnement en énergie primaire de la planète.

La production de charbon mondiale est de 3,5 milliards de tonnes auxquelles s’ajoutent 900 millions de tonne de lignite. 50% du charbon produit sert à la production d’électricité, 16 % à la sidérurgie, 5 % aux cimenteries. Le solde, 29 %, au chauffage et aux autres industries, dont la carbochimie.

Les réserves sont considérables, de l‘ordre de 1000 milliards de tonnes, soit 250 ans de consommation au rythme actuel, mais leur exploitation future pourrait être fortement concurrencée par l’existence d’autres sources d’énergie moins gourmandes en main d’œuvre et donc peut être moins onéreuses à terme, ainsi que par les limites imposées aux émissions de gaz à effet de serre.

Il reste que le charbon demeure irremplaçable pour certaines de ses applications, pour la réduction du minerai de fer en haut-fourneaux ou la carbochimie par exemple. Le charbon reste le premier producteur d’électricité malgré le handicap constitué par une teneur en hydrogène de 4 % inférieure à celui des produits pétroliers, qui a pour conséquence une émission de CO2 plus importante pour un même pouvoir calorifique. Des solutions existent, et sont progressivement mise en œuvre, pour réduire de façon très significative les rejets polluants.

L’origine du charbon :

Le charbon provient de l ’accumulation de matière végétale de nature variable : fougères arborescentes de la forêt houillère, spores, mangroves, algues,  déposée sur place (bassins autochtones) ou après transport (bassins allochtones). Ces bassins sont soit des zones marécageuses (tourbières actuelles), soit des lacs, soit des zones deltaïques, qui se sont enfoncés régulièrement, permettant à la forêt de continuer à prospérer sur de longues périodes.

coal formation charbon

Les sédiments ont  été enfouis jusqu’à des profondeurs variables de quelques 100 m pour les lignites, jusqu’à plusieurs kilomètres pour les anthracites. Durant cet enfouissement le carbone organique s ’est transformé en carbone minéral  par action des micro-organismes (carbonatation), l ’eau a été expulsée en forte proportion et la roche s’est indurée.

La carbonisation :

On appelle charbon différents produits issus de la carbonisation de matières organiques :

- le charbon de bois ou charbon végétal est issu de la carbonisation du bois. Il est préparé artisanalement et industriellement pour servir de combustible ;
- le charbon d’os ou noir animal est issu de la carbonisation des os. Il est utilisé comme filtre absorbant, pigment noir (noir d’ivoire), et engrais ;
- le charbon activé (ou charbon actif), se présente sous la forme d’une poudre noire, légère, constituée essentiellement de matière carbonée à structure poreuse. Il est préparé à partir de charbon de bois ou de charbon d’os.

Il a de nombreuses applications en chimie, filtration, industrie, médecine, agroalimentaire.

La houille et l’anthracite sont des roches carbonées. Ce sont des roches combustibles fossiles solides provenant de la décomposition d’organismes du carbonifère (-360 à -300 Millions d’années).

Ressources :

Bestougeff (1978) considère que 20% des gisements se sont formés au carbonifère, 35% au permien, 17% au jurassique, 13% au crétacé et 13% au tertiaire.

Bien que la quasi-totalité des pays soit dotée de ressources charbon la répartition par continent est inégale : 11 % en Amérique du Nord, 42 % en Asie, 37% en ex URSS, 5 % en Europe, 3 % en Australie-Océanie, 2 % en Afrique et 1% en Amérique du sud. L’hémisphère Boréal (93%) est mieux doté que l’hémisphère Austral (7 %).

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Les plus grands bassins sont les suivants en ordre d’importance décroissant :

- Bassin permo-carbonifère de Russie du Dombass et du Kazakhstan.
- Plateforme jurassique crétacé de Sibérie.
- Bassin de l’Ouest Américain et du Canada (jurassique et tertiaire).
- Plateforme chinoise et Mongolie extérieure ( permo-carbonifère et jurassique).
- Carbonifère des Appalaches.
- Bassin Varisque Nord Européen.
- Charbon du Gondwana , permo-triasique d’Australie, du sud de l’Inde, de l’Afrique et du Brésil.
- Bassins crétacé et tertiaire de Colombie – Venezuela et du Chili.

Réserves :

L’AIE comptabilise chaque année les réserves de charbon. Ces réserves correspondent aux quantités de charbon brut que les sociétés minières (à défaut les organismes nationaux) considèrent pouvoir extraire dans les conditions techniques et financières locales envisageables à moyen terme.

Pour un gisement dont les réserves in situ sont de 100 les réserves retenues sont fréquemment de l’ordre de 50 après déduction des abandons dans les stots de sécurité ou à l’extérieur des profils de carrière, et la prise en compte du taux de dépilage.

reserves charbon

Pour calculer le pouvoir calorique moyen des charbons on définit la “tec” : tonne équivalent charbon dont le PCI est de 7000 kcal/Kg, c’est-à-dire, conventionnellement 0,7 tep : tonne équivalent pétrole (bien qu’en réalité une tonne de pétrole ait 9500 kcal/kg en moyenne.

Une estimation faite pays par pays du nombre de tec par tonne brute produite. En moyenne il ressort 0,78 tec/t pour les charbons et 0,3 tec/t pour les lignites.

charbon tec par brut

En ordre de grandeur, sachant que le coût carreau mine de la tonne de charbon varie de 10$/t pour les mines les plus compétitives à 200 $/t pour les plus onéreuses, on peut estimer que de  50% à 65% des réserves peuvent être produites à moins de 100 $/t, prix qui est l’équivalent d’un pétrole à 25 $/bl. (1,83 tonnes de charbon brut par tonne de pétrole et 7,35 bl./t de pétrole).

Le monde disposerait donc de 375 milliards de tonnes équivalent pétrole dont, probablement, de la moitié aux deux tiers serait d’un prix de revient inférieur à celui du pétrole.

réserves prouvées :

Le charbon est la deuxième source d’électricité (en Allemagne, 50% de l’électricité est produite par le charbon).

L’Asie (principalement la Russie et la Chine) possède d’immenses réserves de charbon.

Possibilité de transformation chimique du charbon à l’avenir pour en faire un carburant de synthèse.

consommation mondiale charbon

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Comme nous pouvons le constater, la Chine est de loin le plus gros producteur de charbon, mais sa demande intérieure l’équivaut quasiment ; ainsi, elle s’auto-suffit quant à cette matière première. Dans une moindre mesure, les Etats-Unis aussi sont en léger excédent de production en comparaison à leur demande intérieure ; ainsi, ils s’auto-suffisent aussi. Ensuite, L’Inde et la Russie s’auto-suffisent aussi, tandis que l’Union Européenne importe plus du double de ce qu’elle produit, cependant, ça demande énergétique en cette matière première n’est pas excessive. L’Afrique affiche un léger excédent, tout comme l’Amérique Latine (dans des proportions marginales). L’Océanie est, quant à elle, bien plus exportatrice que consommatrice.

Chine : énergie motrice, le charbon :

La production d’électricité est assurée à plus de 70 % par le charbon.

Malgré cela, la production d’énergie est défaillante et plusieurs provinces subissent des coupures de courant (26 des 31 provinces et régions du pays ont connu des coupures de courant au premier trimestre de l’année 2005).

Pour pallier ce manque, le gouvernement n’a fait qu’augmenter la production de charbon. La production est passée de 2,1 milliards de tonnes en 2004 à 2,4 milliards en 2010.

Un avenir éventuel : le charbon propre :

Le charbon propre n’est pas un nouveau type de charbon mais un concept : utiliser du charbon pour produire plus d’énergie tout en polluant très peu.

Ce concept a émergé du besoin des économies de disposer d’une énergie moins chère et avec des stocks plus importants que le pétrole, tout en satisfaisant les sociétés qui veulent moins de pollutions locales (smog, pluies acides) et globales (effet de serre).

Principe du charbon propre :

C’est un ensemble de techniques et de technologies qui visent à améliorer les rendements énergétiques des centrales à charbon et à réduire les émissions de polluants (NOx, SO2, etc.) et de gaz à effet de serre (CO2).

clean coal factory centrale charbon propre

La mise en place d’une filière de charbon propre repose sur :

- une modernisation des centrales énergétiques ;
- la généralisation des systèmes de filtrage et recyclage des polluants atmosphériques ;
- l’adoption de nouvelles technologies comme la co-combustion de biomasse ou le cycle combiné à gazéification intégrée ;
- les techniques de capture et séquestration du CO2.

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