Le charbon à l'instar du pétrole et du gaz naturel est une énergie fossile. Il a été le principal moteur de la révolution industrielle. Cette énergie considérée par beaucoup comme une énergie du passé occupe encore aujourd'hui une place prépondérante dans le mix énergétique de nombreux pays.
Très polluante comme toute énergie fossile, son rôle crucial dans le passé et peut-être encore dans les années à venir ne peut être écarté. SirEnergies vous propose de découvrir l'histoire de cette énergie d'hier.
Genèse du charbon, l'énergie d'hier
Le charbon est une roche essentiellement composée de carbone. Utilisé comme source d'énergie, il peut être d'origine végétale ou minérale. Son origine remonte à plus de 350 millions d'années au cours de la période carbonifère de l'ère paléozoïque. Le charbon est la conséquence directe de la mort d'immenses forêts de fougères et d'autres espèces enterrées dans les marécages au cours des temps géologiques.
Comment se forme le charbon ?
La formation du charbon tel qu'on le connaît aujourd'hui a commencé dans un marécage en bordure d'un bassin sédimentaire. Sous l'effet des mouvements tectoniques (les plaques qui forment la croûte terrestre), le niveau de la mer monte, ce qui piège les végétaux qui meurent une fois noyés.
Ces débris végétaux s'accumulent progressivement et sous l'effet de la sédimentation sont recouverts de masse de boue et de sable. Grâce à cet enfouissement, ils sont à l'abri de l'air, ce qui les empêche de pourrir comme ceux présents en surface.
Au fil du temps, sous le poids colossal des sédiments, ces débris qui forment une véritable couche de végétaux sont soumis à une hausse de la température et de la pression. Cela provoque leur transformation progressive sous l'effet de bactéries anaérobies.
Le composant principal du bois, la cellulose passe alors par différentes étapes pour former le charbon. Si la formation du charbon a commencé au carbonifère en raison de conditions plus favorables, elle a toutefois continué dans certains endroits de la terre aux autres époques qui ont suivi. C'est notamment le cas du Permien, de toute l'ère secondaire, du tertiaire et même du quaternaire.
Quels sont les différents types de charbon ?
La première phase de la sédimentation est la tourbe. Viennent ensuite successivement le lignite, la houille et l’anthracite. Ces différents types de charbon rencontrés dans le monde se différencient selon leur pourcentage en carbone et correspondent à différents stades de maturité.
La tourbe est poreuse, légère et spongieuse. C'est également elle qui a le pourcentage le plus faible en carbone pur, soit de 55% seulement. Le reste est essentiellement composé de matières volatiles. De fait, il est un mauvais combustible utilisé autrefois sur le vieux continent sous forme de briques séchées pour le chauffage.
Quant au lignite, il renferme entre 65 et 75% de carbone et 50% de composés volatils. Il est très salissant au contact de la peau. Tout comme la tourbe, il renferme un pourcentage élevé d'humidité et sa combustion génère énormément de cendres. Il est principalement utilisé pour les chaudières industrielles.
Dure et brillante, la houille est considérée comme un charbon de très bonne qualité. Elle est formée de 70 à 90% de carbone.
Enfin, l'anthracite est la forme la plus recherchée de charbon. Et pour cause, il possède la teneur la plus élevée en carbone : jusqu'à 97%. Cet excellent combustible est très recherché notamment pour le chauffage de la maison. Cependant, il est également celui qui met le plus de temps à se former.
Comment l'Homme exploite le charbon ?
Quand a-t-on commencé à utiliser le charbon ?
Le charbon est exploité depuis des siècles, mais sa généralisation remonte à la révolution industrielle en Angleterre. L'invention de la machine à vapeur y a d'ailleurs joué un rôle prépondérant. Ce combustible fossile était en effet le seul à l'époque à même d'alimenter cette machine.
L'exploitation industrielle des mines sur le vieux continent puis dans le reste du monde ne tarda alors pas à commencer. Or, comment cela se passait-il ?
La prospection et l'extraction
Les travaux de prospection sont les seuls qui permettent de découvrir l'existence de gisements de charbon, leur nature et leur forme. Ils nécessitent une profonde connaissance géologique du sous-sol.
Des techniques géophysiques et des forages de reconnaissance sont également utilisés pour apprécier l'étendue des couches et localiser les failles. Certains gisements peuvent par exemple s'étendre sur des milliers de km² et être enfouis à plusieurs kilomètres sous terre. Selon leurs profondeurs, le charbon peut être exploité dans des mines souterraines ou à ciel ouvert.
Les mines souterraines
Les mines souterraines sont sans doute les plus répandues dans le monde. Leur exploitation se base sur plusieurs techniques. C'est par exemple le cas de la méthode des chambres et piliers et de la méthode de la longue taille.
Dans le premier cas, de larges piliers espacés sont laissés dans chaque veine de charbon exploitée. Cela permet de soutenir le plafond. Différents puits sont ensuite reliés à un immense réseau de galeries à chaque niveau où se trouve le charbon. Ces galeries peuvent s'étendre sur des dizaines de kilomètres.
Avec la méthode de longue taille, une haveuse (machine géante qui se présente sous la forme d'un rabot) perce la veine de charbon et avance progressivement afin de récupérer le combustible. Le plafond s'effondre après son passage, ce qui peut être dangereux pour les éventuels bâtiments présents en surface.
Les mines à ciel ouvert
Les mines à ciel ouvert peuvent s'étendre sur plusieurs kilomètres de long pour une profondeur qui peut atteindre des centaines de mètres. Elles sont de vastes excavations organisées en terrasses. Différents engins de terrassement se chargent de creuser des veines le long de ces dernières.
L'exploitation du charbon dans ce type de mine se déroule comme suit.
On commence par se débarrasser de la couche de terrain située juste au-dessus de la première veine. À la base de celle-ci, un forage est effectué, ce qui permet de commencer l'extraction du charbon. Une fois le trou suffisamment large, on creuse jusqu'à la prochaine découverte (couche de charbon). Le charbon est habituellement récolté avec des excavatrices géantes.
Quelles sont les utilisations du charbon dans le monde ?
Après extraction du charbon dans les nombreuses mines du monde, celui-ci est lavé et convenablement trié selon sa teneur en carbone. En ce qui concerne ses utilisations, on ne peut pas dire qu'elles sont aussi diversifiées que celles d'un couteau suisse.
À ses débuts, ce combustible était fortement utilisé pour les transports dont principalement le train. Toutefois, cette utilisation a décliné vers la fin du XIXe siècle avec l’invention du premier moteur à explosion par Étienne Lenoir et la commercialisation de la première automobile en 1886 par Karl Benz.
Aujourd'hui, le charbon sert principalement à la production d'électricité, de l'acier et du ciment.
La production de l'électricité dans les centrales thermiques
Le charbon est principalement employé comme combustible dans les centrales à charbon. On le retrouve de moins en moins en usage domestique pour le chauffage.
Dans les centrales thermiques, le charbon est brûlé dans une chaudière, ce qui génère de la chaleur. Celle-ci transforme l'eau présente en vapeur qui permet de produire de l'électricité en entraînant une turbine couplée à un alternateur. Arrivée au niveau du condensateur, la vapeur d'eau est refroidie et se transforme en eau pour la reprise d'un nouveau cycle.
La production de l'acier dans les industries sidérurgiques
Le charbon est également employé en sidérurgie dans l'une de ses formes les plus concentrées en carbone : le coke. Il s'obtient en portant de la pâte de charbon de bonne qualité à une température de 1 000 °C.
Mélangé avec du minerai de fer dans les hauts-fourneaux des fours industriels, le coke permet d'obtenir la fonte. Il s'agit d'un alliage de carbone et de fer à partir duquel on produit de l'acier dans les industries sidérurgiques par réduction des oxydes de fer.
Autres utilisations
L'une des plus grandes utilisations du charbon en dehors de la production de l'électricité et de l'acier est la fabrication du ciment. Environ 4% du charbon consommé dans le monde est utilisé à cette fin. On estime qu'il faut environ 1 000 kWh de chaleur pour produire une tonne de clinker, le constituant principal du ciment de Portland. Cela équivaut à l'utilisation de 0,15 tonne de charbon.
De même, le charbon peut également être gazéifié en présence de la vapeur d'eau et de l'oxygène pour la production de gaz de synthèse. Il s'agit généralement d'un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Différentes méthodes de conversion peuvent ensuite être utilisées afin de transformer ce gaz de synthèse en une diversité de produits à l'instar du méthanol, de l'hydrogène pur, de l'urée et des carburants synthétiques.
Le charbon, réellement une énergie d'hier ?
S'il est indéniable que le pétrole et le gaz ont pris l'ascendant dans bien des domaines sur le charbon, l'avenir de cette source d'énergie semble être moins sombre que l'on pourrait croire. Le charbon demeure en effet encore aujourd'hui et de très loin la principale source d'électricité dans le monde.
En 2020, les parts de ce combustible dans la production mondiale d’énergie électrique s'élèvent à 35,1%. Cela s'explique sans doute par les multiples avantages de cette source d'énergie.
Le charbon, des avantages indéniables
Dans le contexte socio-économique actuel, le charbon demeure la principale source d'électricité dans le monde. Et pour cause, ses avantages immédiats semblent éclipser ses inconvénients à long terme.
Tout d'abord, il s'agit d'un combustible très accessible. Sa répartition géographique est très équilibrée sans oublier sa grande abondance dans la plupart des pays qui dominent l'économie mondiale. Cette diversité de sources assure un approvisionnement sans grande dépendance énergétique vis-à-vis d'un pays producteur en particulier. On estime que les réserves mondiales de charbon s'élèvent à 500 milliards de tonnes, ce qui ferait de lui la dernière des énergies carbonées si le rythme de la consommation se poursuivait.
De plus, l'extraction du carbone est peu onéreuse. Il ne faut en moyenne que 40 à 50 dollars pour extraire une tonne. Mieux encore, cette source d'énergie permet une production de l'électricité à moindre coût.
Pas étonnant que dans les pays d'Europe centrale et surtout en Asie où les autres énergies fossiles sont plus rares, cette source d'énergie est particulièrement utilisée. La consommation continue a par exemple progressé dans certains pays comme la Chine et l'Indonésie.
Des inconvénients à ne pas perdre de vue
Malgré ces avantages indéniables, si le charbon s'est vu voler la vedette par d'autres énergies plus vertes et plus respectueuses de l'environnement, c'est bien en raison de ses nombreux inconvénients. On estime que cette source d'énergie a déjà causé la mort de plus d'un million de personnes au XIXe et XXe siècle. L'une des raisons principales est le grisou, un gaz naturel provenant des poches de méthane susceptibles d'exploser à la moindre étincelle.
Autre inconvénient majeur, le charbon comme toutes les énergies fossiles émet énormément de gaz à effet de serre lors de son utilisation. Cela n'est pas vraiment compatible avec les enjeux climatiques actuels qui nécessitent la réduction de l’impact environnemental de nos sources d'énergie.
Le charbon est ainsi une grande source d'énergie qui a véritablement porté la révolution industrielle du XIXe siècle. Si a tendance actuelle est à la neutralité carbone et au développement des énergies renouvelables, force est de constater que le carbone, cette énergie d'hier, demeure toujours dans le mix énergétique mondial.
Pour aller plus loin, n'hésitez pas à consulter notre article pour connaître l'histoire de l'électricité en France.
