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Charbon



Qu'est-ce que le charbon et comment se forme-t-il?


Charbon bitumineux: Le charbon bitumineux est généralement une roche sédimentaire en bandes. Sur cette photo, vous pouvez voir des bandes lumineuses et ternes de matériau de charbon orientées horizontalement à travers l'échantillon. Les bandes lumineuses sont un matériau ligneux bien conservé, comme des branches ou des tiges. Les bandes ternes peuvent contenir des matières minérales emportées dans le marais par les ruisseaux, du charbon de bois produit par des incendies dans le marais ou des matières végétales dégradées. Ce spécimen mesure environ trois pouces de diamètre (7,5 centimètres). Photo de la West Virginia Geological and Economic Survey.

Qu'est-ce que le charbon?

Le charbon est une roche sédimentaire organique qui se forme à partir de l'accumulation et de la préservation des matières végétales, généralement dans un environnement marécageux. Le charbon est une roche combustible et, avec le pétrole et le gaz naturel, il est l'un des trois combustibles fossiles les plus importants. Le charbon a un large éventail d'utilisations; l'utilisation la plus importante est pour la production d'électricité.

Environnements producteurs de charbon: Un diagramme généralisé d'un marais, montrant comment la profondeur de l'eau, les conditions de conservation, les types de plantes et la productivité des plantes peuvent varier dans différentes parties du marais. Ces variations donneront différents types de charbon. Illustration de la West Virginia Geological and Economic Survey.

Tourbe: Une masse de débris végétaux récemment accumulés à partiellement carbonisés. Ce matériau est en passe de devenir du charbon, mais sa source de débris végétaux est toujours facilement reconnaissable.

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Comment se forme le charbon?

Le charbon se forme à partir de l'accumulation de débris végétaux, généralement dans un environnement marécageux. Lorsqu'une plante meurt et tombe dans le marais, l'eau stagnante du marais la protège de la pourriture. Les eaux des marais sont généralement déficientes en oxygène, qui réagirait avec les débris végétaux et provoquerait leur décomposition. Ce manque d'oxygène permet aux débris végétaux de persister. De plus, les insectes et autres organismes qui pourraient consommer les débris végétaux sur terre ne survivent pas bien sous l'eau dans un environnement pauvre en oxygène.

Pour former la couche épaisse de débris végétaux nécessaire à la production d'un filon de charbon, le taux d'accumulation de débris végétaux doit être supérieur au taux de décomposition. Une fois qu'une épaisse couche de débris végétaux s'est formée, elle doit être enterrée par des sédiments tels que la boue ou le sable. Ceux-ci sont généralement emportés dans le marais par une rivière inondée. Le poids de ces matériaux compacte les débris végétaux et facilite sa transformation en charbon. Environ dix pieds de débris végétaux se compacteront en un seul pied de charbon.

Les débris végétaux s'accumulent très lentement. Ainsi, l'accumulation de dix pieds de débris végétaux prendra beaucoup de temps. Les cinquante pieds de débris végétaux nécessaires pour faire un filon de charbon épais de cinq pieds nécessiteraient des milliers d'années pour s'accumuler. Pendant cette longue période, le niveau d'eau du marais doit rester stable. Si l'eau devient trop profonde, les plantes du marais se noieront et si la couverture d'eau n'est pas maintenue, les débris végétaux se décomposeront. Pour former un filon de charbon, les conditions idéales d'une profondeur d'eau parfaite doivent être maintenues très longtemps.

Si vous êtes un lecteur astucieux, vous vous demandez probablement: "Comment cinquante pieds de débris végétaux peuvent-ils s'accumuler dans une eau qui n'a que quelques pieds de profondeur?" La réponse à cette question est la principale raison pour laquelle la formation d'un filon de charbon est un événement très inhabituel. Elle ne peut se produire que dans l'une des deux conditions suivantes: 1) une élévation du niveau de l'eau qui suit parfaitement le rythme d'accumulation de débris végétaux; ou 2) un paysage en décroissance qui suit parfaitement le rythme d'accumulation de débris végétaux. On pense que la plupart des filons de charbon se sont formés dans la condition n ° 2 dans un environnement delta. Sur un delta, de grandes quantités de sédiments fluviaux se déposent sur une petite zone de la croûte terrestre, et le poids de ces sédiments provoque l'affaissement.

Pour qu'un filon de charbon se forme, des conditions parfaites d'accumulation de débris végétaux et des conditions parfaites de subsidence doivent se produire dans un paysage qui maintient cet équilibre parfait pendant très longtemps. Il est facile de comprendre pourquoi les conditions de formation du charbon se sont produites seulement un petit nombre de fois au cours de l'histoire de la Terre. La formation d'un charbon nécessite la coïncidence d'événements hautement improbables.

Rang
(Du plus bas
au plus haut)
Propriétés
TourbeUne masse de débris végétaux récemment accumulés à partiellement carbonisés. La tourbe est un sédiment organique. L'enfouissement, le compactage et la houillérisation le transformeront en charbon, une roche. Il a une teneur en carbone inférieure à 60% sur une base sèche sans cendres.
LigniteLe lignite est le plus bas rang de charbon. C'est une tourbe qui s'est transformée en roche, et cette roche est un charbon brun-noir. Le lignite contient parfois des structures végétales reconnaissables. Par définition, il a un pouvoir calorifique inférieur à 8300 unités thermiques britanniques par livre sur une base sans matière minérale. Il a une teneur en carbone comprise entre 60 et 70% sur une base sèche sans cendres. En Europe, en Australie et au Royaume-Uni, certains lignites de bas niveau sont appelés "charbon noir".
Sous bitumineuxLe charbon sous-bitumineux est un lignite qui a été soumis à un niveau accru de métamorphisme organique. Ce métamorphisme a chassé une partie de l'oxygène et de l'hydrogène du charbon. Cette perte produit du charbon à plus forte teneur en carbone (71 à 77% sur une base sèche sans cendres). Le charbon sous-bitumineux a un pouvoir calorifique compris entre 8300 et 13000 unités thermiques britanniques par livre, sans matières minérales. Sur la base du pouvoir calorifique, il est subdivisé en sous-bitumineux A, sous-bitumineux B et sous-bitumineux C.
BitumineuxLe bitume est le rang de charbon le plus abondant. Il représente environ 50% du charbon produit aux États-Unis. Le charbon bitumineux se forme lorsqu'un charbon sous-bitumineux est soumis à des niveaux accrus de métamorphisme organique. Il a une teneur en carbone comprise entre 77 et 87% sur une base sans cendres sèches et un pouvoir calorifique beaucoup plus élevé que le lignite ou le charbon sous-bitumineux. Sur la base de leur contenu volatil, les charbons bitumineux sont subdivisés en bitumineux peu volatils, bitumineux moyennement volatils et bitumineux hautement volatils. Le charbon bitumineux est souvent appelé «charbon mou»; cependant, cette désignation est un terme profane et a peu à voir avec la dureté de la roche.
AnthraciteL'anthracite est le plus haut rang de charbon. Contrairement à d'autres types de charbon, il est généralement considéré comme une roche métamorphique. Il a une teneur en carbone de plus de 87% sur une base sans cendres sèches. Le charbon anthracite a généralement le pouvoir calorifique le plus élevé par tonne sans matière minérale. Il est souvent subdivisé en semi-anthracite, anthracite et méta-anthracite en fonction de la teneur en carbone. L'anthracite est souvent appelée «houille»; cependant, c'est un terme profane et n'a pas grand-chose à voir avec la dureté de la roche.

Charbon anthracite: L'anthracite est le plus haut rang de charbon. Il a un éclat brillant et se rompt avec une fracture semi-conchoïdale.

Qu'est-ce que le «rang» du charbon?

Les débris végétaux sont un matériau fragile par rapport aux matériaux minéraux qui composent d'autres roches. Comme les débris végétaux sont exposés à la chaleur et à la pression de l'enfouissement, ils changent de composition et de propriétés. Le "rang" d'un charbon est une mesure de l'ampleur du changement. Parfois, le terme "métamorphisme organique" est utilisé pour ce changement.

En fonction de la composition et des propriétés, les charbons sont affectés à une progression de rang qui correspond à leur niveau de métamorphisme organique. La progression de rang de base est résumée dans le tableau ici.

Lignite: Le plus bas rang de charbon est le «lignite». C'est de la tourbe qui a été compressée, déshydratée et lithifiée en une roche. Il contient souvent des structures végétales reconnaissables.

Quelles sont les utilisations du charbon?

La production d'électricité est la principale utilisation du charbon aux États-Unis. La plupart du charbon extrait aux États-Unis est transporté vers une centrale électrique, broyé à une très petite taille de particules et brûlé. La chaleur du charbon en combustion est utilisée pour produire de la vapeur, qui transforme un générateur pour produire de l'électricité. Aux États-Unis, la majeure partie de l'électricité consommée est produite par la combustion de charbon.

Centrale électrique au charbon: Photo d'une centrale électrique où le charbon est brûlé pour produire de l'électricité. Les trois grandes piles sont des tours de refroidissement où l'eau utilisée dans le processus de production d'électricité est refroidie avant d'être réutilisée ou rejetée dans l'environnement. Le flux d'émission provenant de l'empilement le plus à droite est la vapeur d'eau. Les produits de combustion provenant de la combustion du charbon sont libérés dans la pile haute et mince à droite. Dans cette cheminée, il existe une variété de sorbants chimiques pour absorber les gaz polluants produits pendant le processus de combustion. Copyright de l'image iStockphoto / Michael Utech.

Le charbon a de nombreuses autres utilisations. Il est utilisé comme source de chaleur pour les processus de fabrication. Par exemple, les briques et le ciment sont produits dans des fours chauffés par la combustion d'un jet de charbon en poudre. Le charbon est également utilisé comme source d'énergie pour les usines. Là, il est utilisé pour chauffer la vapeur, et la vapeur est utilisée pour entraîner des appareils mécaniques. Il y a quelques décennies, la plupart du charbon était utilisé pour le chauffage des locaux. Une partie du charbon est toujours utilisée de cette façon, mais d'autres combustibles et l'électricité produite par le charbon sont désormais utilisés à la place.

La production de coke reste une utilisation importante du charbon. Le coke est produit en chauffant le charbon dans des conditions contrôlées en l'absence d'air. Cela élimine certains des matériaux volatils et concentre la teneur en carbone. Le coke est ensuite utilisé comme combustible à haute teneur en carbone pour le traitement des métaux et d'autres utilisations où une flamme particulièrement brûlante est nécessaire.

Le charbon est également utilisé dans la fabrication. Si le charbon est chauffé, les gaz, les goudrons et les résidus produits peuvent être utilisés dans un certain nombre de processus de fabrication. Les plastiques, les toitures, le linoléum, le caoutchouc synthétique, les insecticides, les produits de peinture, les médicaments, les solvants et les fibres synthétiques comprennent tous certains composés dérivés du charbon. Le charbon peut également être converti en combustibles liquides et gazeux; cependant, ces utilisations du charbon sont principalement expérimentales et faites à petite échelle.

Voir la vidéo: Dosseh - L'odeur du charbon ft. Maes (Juillet 2020).