CHARBONIndustrie charbonnière

Le charbon face aux autres sources d'énergie

Origine et nature du charbon

On appelle charbon des roches sédimentaires d'origine organique contenant au moins 50 p. 100 de carbone. Les origines du charbon remontent à l'époque du Carbonifère, il y a de 250 à 300 millions d'années, lorsque la forêt hercynienne a engendré la concentration de dépôts considérables de débris végétaux qui ont été recouverts de terre et d'alluvions à la suite d'affaissements du sol ou d'une élévation du niveau des eaux. Ce cycle se perpétue pendant des millions d'années, créant ainsi une alternance de couches de matière organique et de couches stériles. Au fur et à mesure de leur maturation, ces couches de matière organique sont passées, au cours des temps géologiques, par des états successifs : tourbe, lignite, houille puis anthracite (les tourbes sont quaternaires ou contemporaines, les lignites sont secondaires ou tertiaires et les houilles sont généralement primaires, plus spécialement carbonifères). Cette évolution correspond à un appauvrissement en composants organiques volatils et à une concentration en carbone.

Le charbon renferme quatre constituants : du carbone, de l'eau, des composants (soufre, azote, hydrogène...) donnant lieu au dégagement de matières volatiles et des éléments (sodium, calcium, potassium...) qui se transforment en cendres pendant la combustion.

Les trois principaux critères permettant de caractériser un charbon sont :

– l'indice de matières volatiles, qui détermine la rapidité de la combustion ; plus le charbon est riche en composants volatils, plus il a une combustion rapide ;

– le pouvoir calorifique, qui indique la quantité de chaleur dégagée par la combustion d'une masse définie de charbon ; il varie de 3 000 kcal/kg pour certains lignites à 8 000 kcal/kg pour les anthracites ;

– la teneur en cendres, qui est un indice essentiel pour les usages thermiques du charbon, c'est-à-dire essentiellement la production d'électricité.

D'une façon générale, on distingue au niveau international (International Coal Classification of the Economic Commission for Europe) deux principales catégories de charbon :

– Les houilles et les anthracites (hard coal en anglais) sont des produits dont le pouvoir calorifique dépasse 23,9 GJ/t. Ce sont les seuls susceptibles d'être transportés en quantité notable loin de leur lieu de production. On distingue les charbons à coke, dits charbons métallurgiques, destinés à la sidérurgie et les charbons vapeur, destinés à être brûlés dans des chaudières pour produire de la vapeur et de l'électricité.

– les charbons bruns (brown coal) sont des produits non cokéfiables dont le pouvoir calorifique est inférieur à 23,9 GJ/t. Ils incluent les lignites, dont le pouvoir calorifique est inférieur à 17,4 GJ/t. Ils sont à plus de 90 p. 100 transformés sur place en électricité.

Les usages du charbon aujourd'hui

Le charbon a des utilisations variées : il sert de combustible pour la production d'électricité ou de vapeur ainsi que pour le chauffage domestique ; il est également une source de carbone pour l'industrie sidérurgique. Quant à la carbochimie, c'est-à-dire l'ensemble des fabrications chimiques fondées sur la transformation du charbon, son avenir est très limité à court et à moyen terme en raison de coûts de production trop élevés par rapport à ceux de la pétrochimie. Aujourd'hui, la carbochimie ne représente sur le plan pondéral qu'une utilisation extrêmement faible du charbon (moins de 1 p. 100 de son utilisation globale).

La production d'électricité

Le principe de fonctionnement des centrales thermiques au charbon est simple : le charbon est brûlé dans des chaudières. Il chauffe ainsi l'eau, qui, transformée en vapeur, fait tourner des turbines. Celles-ci sont couplées à des alternateurs produisant de l'électricité.

Les méthodes de combustion du charbon sont nombreuses et variées. Les technologies les plus anciennes, qui sont constamment améliorées, sont la combustion sur grille et la combustion de charbon finement broyé (charbon pulvérisé) injecté en chaudière. Les nouvelles technologies sont la combustion de charbon en lit fluidisé à pression atmosphérique ou sous pression, ainsi que les techniques plus sophistiquées (dites de cycle combiné), qui in [...]

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