Houille
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La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.

Utilisé depuis le XIe siècle, l'extraction de ce combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la...) dans les mines a rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant...) possible la révolution industrielle au XIXe siècle. Pendant des décennies, la houille (La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.) constitua la principale source d'énergie ; aussi son nom fut décliné pour désigner des énergies naturelles potentiellement utilisables pour les besoins industriels :

  • houille blanche pour l'énergie hydroélectrique (L'énergie hydroélectrique, ou hydroélectricité, est une énergie électrique obtenue par conversion de l'énergie hydraulique des différents flux...) des cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) (moulin à eau, par exemple) ;
  • houille bleue pour l'énergie marémotrice (L'énergie marémotrice est issue du mouvement de l'eau créé par les marées, causées par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée soit sous forme d'énergie potentielle -...), des vagues et des courants marins ;
  • houille verte pour l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) fournie par la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine...) (biocarburant et bois-énergie)
  • houille d'or pour l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre,...).

Caractérisation de la houille

La houille est une qualité spécifique de charbon, terme générique qui recouvre trois catégories de combustibles solides de même origine (kérogène), mais dont les gisements sont à différents stades de transformation : la tourbe (La tourbe est le produit de la fossilisation de débris végétaux sur 1000 à 2500 ans dans des milieux humides anaérobies que l'on appelle tourbières....), le lignite et enfin la houille, dont l'anthracite est une variété de qualité supérieure.

Pour les besoins industriels et domestiques, un charbon se caractérise par :

  • sa teneur en matières volatiles (MV) exprimée en pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour...) par rapport à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) totale. Celles-ci sont constituées principalement de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve...) et d'hydrogène ; sous l'effet d'une élévation de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...), les matières volatiles se dégagent du combustible, s'enflamment facilement, et accélèrent la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.).
  • son pouvoir calorifique (exprimé en kJ/kg), quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) fournie par la combustion d'un kg de charbon.
  • sa teneur en eau exprimée en pourcentage.
  • sa teneur en cendres exprimée en pourcentage. Les cendres sont les résidus solides de la combustion du charbon, et peuvent contenir des polluants, métalliques notamment, voire un peu de métaux radioactifs.
  • sa teneur en soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) exprimée en pourcentage ; la présence de dioxyde de soufre dans les fumées de combustion contribue à la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...).

Comparaison de 5 types de houille avec le lignite, et la tourbe

Produits Teneur en carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.)
(en %)
Pouvoir calorifique
(en kJ/kg)
Anthracite 93 - 97 33 500 - 34 900
Charbon maigre et houille anthraciteuse 90 - 93 34 900 - 36 000
Charbon demi-gras ou semi-bitumineux 80 - 90 35 000 - 37 000
Charbon gras ou bitumineux à coke 75 - 90 32 000 - 37 000
Flambant 70 - 80 32 700 - 34 000
Lignite 50 - 60 < 25 110
Tourbe < 50 12 555

Utilisations de la houille

L'exploitation souterraine ou à ciel ouvert du charbon (ici à Bielszowice, en Pologne) a toujours des impacts sur le paysage, l'environnement et la santé. Le charbon est aussi une source de CO2, gaz à effet de serre, de même que le méthane qui dégaze des veines à l'air libre sous forme de grisou ou de gaz très dilué
L'exploitation souterraine ou à ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) ouvert du charbon (ici à Bielszowice, en Pologne) a toujours des impacts sur le paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre saisi...), l'environnement et la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.). Le charbon est aussi une source de CO2, gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...), de même que le méthane qui dégaze des veines à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser...) libre sous forme de grisou (Le grisou (le mot vient de grégeois) est un gaz naturel qui se dégage des couches de charbon et des terrains encaissants. Très redouté des mineurs, les explosions causées par ce gaz, appelées coups de grisou,...) ou de gaz très dilué

La houille est surtout utilisée actuellement :

  • dans les centrales thermiques utilisées pour la production d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) ou le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) urbain ;
  • dans la sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir de minerai, mais...), essentiellement pour la fabrication du coke utilisé dans les hauts-fourneaux ; entre 600 et 700 kg de charbon sont nécessaires pour produire une tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie, la tonne cannelée est un mollusque...) d'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie...).
  • il est à noter que le chauffage individuel au charbon est en recul par rapport à d'autres sources d'énergie.

Production d'électricité

L'utilisation du charbon dans les centrales thermiques est très importante ; ces centrales fournissent 40 % de la production mondiale d'électricité, la moitié aux États-Unis et en Allemagne. Longtemps considéré comme dépassé, l'intérêt du charbon revient quand les besoins énergétiques atteignent les capacités maximales de production de pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle...) ou de gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.), renchérissant leur coût. L'utilisation du charbon, notamment dans les centrales électriques, a fait et continue à faire des progrès énormes en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) de réduction des émissions de polluants tels que le soufre, les oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de l'atmosphère...) et les particules fines. Par contre rien ou presque n'a changé en matière d'émission de gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour...). Une centrale au charbon actuelle émet sensiblement moins de CO2 par kilowatt-heure produit qu'une ancienne (du fait du meilleur rendement) mais deux fois plus qu'une centrale au gaz. Le retour du charbon sera donc (et est déjà) un désastre en matière de réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température...). La séquestration du CO2 apparaît comme une solution intéressante, mais elle ne sera pas disponible à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...) avant de nombreuses années.

États-Unis —

Ainsi, les États-Unis n'avaient construit qu'une poignée de nouvelles centrales électriques au charbon au cours des années 1990, les compagnies électriques préférant construire des centrales à gaz. Maintenant que le prix du gaz augmente et devient extrêmement instable, du fait du déclin de la production américaine, une centaine de nouvelles centrales à charbon sont en projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...), pour un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des...) de quelques 60 gigawatts, sur la période 2005-2013. C'est toutefois peu en comparaison avec la Chine. La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) s'oriente vers une utilisation plus écologique du charbon et vers le production de carburants de synthèse fabriqués à partir du charbon. En 2003, le Département américain de l'énergie a en outre lancé le programme de recherche FutureGen, afin de répondre aux exigences environnementales[1].

Chine —

En 2003, la République populaire de Chine produit 79% de son électricité à partir du charbon[2]. Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation en mandarin , « la capitale du nord ») est la...) prévoit d'ajouter environ 70 nouvelles centrales à charbon par an ; en 2006, cinq centrales à charbon étaient construites par semaine[3]. Ce pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas...) devrait devenir le plus gros émetteur de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) d'ici à 2009[4]. En effet, la plupart des centrales électriques thermiques sont vétustes et très polluantes, car elles fonctionnent grâce à la technique de pulvérisation (Le terme de pulvérisation a été introduit en 1975 par J. M. Steele dans sa thèse de doctorat, à l'université Stanford.) du charbon. En 2007, la Chine possède 13 % des réserves mondiales de charbon soit 118 milliards de tonnes[5]. Les plus importantes entreprises charbonnières sont Shenhua Group et Yankuang.

Production de Gaz par récupération

Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel dégazant naturellement des veines d'exploitations souterraines abandonnées. Ce gaz est naturellement poussé vers le haut par les remontées de nappe. Dans le nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de la France les installations de Méthamine et Gazonor le récupèrent (sauf dans les extrémités Est et Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) du bassin minier) et le réinjectent dans le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) de Gaz de France (Gaz de France est un groupe énergétique français spécialisé dans le transport et la distribution de gaz naturel. Sa maison mère est la SA Gaz de France Son...). C'est aussi un moyen de faire en sorte que des quantités importante de méthane (gaz à effet de serre important) ne rejoignent l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sans être brulées et transformées en CO2.

Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés

Le charbon peut servir à la fabrication de produits chimiques et de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) de synthèse, et cet usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) pourrait s'intensifier.

Depuis 1931, on sait transformer du charbon en carburant grâce à sa liquéfication suivant divers procédés (notamment le procédé Fischer-Tropsch). Toutefois, cette production est restée marginale puisque les carburants dérivés du pétrole coûtaient beaucoup moins cher. En 2005, seule la société Sasol, en Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) produisait des hydrocarbures en quantité industrielle selon ce procédé.

De même, on sait gazéifier le charbon et produire avec le gaz obtenu des produits pétrochimiques comme du méthanol, de l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base trigonale : l'atome d'azote (N) est au sommet et...), de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), du propylène, mais on préfère utiliser le gaz naturel ou le pétrole.

Face à des approvisionnements en pétrole comme en gaz qui deviennent plus difficiles, nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de pays recommencent à prendre ces filières de production au sérieux, et notamment les États-Unis et la Chine.

Exploitation de la houille

Jusque vers l'an 2000, la production mondiale de houille était globalement relativement stable, en augmentation dans les pays en développement, mais en diminution dans les pays occidentaux riches en raison de son caractère polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain seuil, et parfois dans...) et moins pratique que les carburants gazeux ou liquides, ou en raison de l'épuisement des ressources. Néanmoins, ces dernières années, la production a fortement augmenté, principalement sous l'impulsion de la Chine, qui représentait 45% de la production en 2005, contre 19% en 1990.

Production :

  • 3564 millions de tonnes en 1990 (houille seulement);
  • 3650 millions de tonnes en 2000 ;
  • 4973 millions de tonnes en 2005, plus 900 Mt de lignite.

Voici les huit premiers pays producteurs de charbon en 2005, selon l'Agence Internationale de l'Energie, la production incluant charbon "noir" et lignite  :

Pays Production Mt Notes
Chine 2226
Etats-Unis 1028 Plus grand producteur jusqu'en 1990
Inde 430 Charbons de basse qualité (Arsenic, Soufre)
Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de...) 372 Premier exportateur
Afrique du Sud 315
Russie 220
Indonésie (L'Indonésie, officiellement la République d'Indonésie (en indonésien Republik Indonesia), est un pays transcontinental d'Asie du Sud-Est et d'Océanie....) 318 Majorité de lignite
Pologne 160

Contrairement au pétrole, le charbon est majoritairement consommé dans le pays qui le produisent, quelques 15% de la production mondiale, seulement, sont exportés. Les premiers sont l'Australie (231 Mt), l'Indonésie, la Russie et l'Afrique du Sud. Les exportations chinoises ont diminué ces dernières années, la production, malgré une hausse de 50% en trois ans, ne parvenant pas à maintenir le rythme de la gigantesque demande des centrales électriques chinoises.

Santé

Outre que les risques d'accidents (effondrements et coups de grisou) restent important dans les mines de charbon, l'exposition chronique à poussière de houille et au radon (Le radon est un élément chimique du tableau périodique de symbole Rn et de numéro atomique 86. C'est un gaz rare, radioactif, d'origine naturelle, qui est principalement formé par la désintégration du radium....) dans les mines ou à leurs abords est un facteur de silicose et de risque de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée....) du poumon (Le poumon est un organe invaginé permettant d'échanger des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est nécessaire au métabolisme de l'organisme, et le dioxyde de carbone doit...), retenu par les tableaux de maladies professionnelles. Les mineurs utilisaient autrefois un canari (Le Canari est la forme domestiquée du Serin des Canaries (Serinus canaria). La sélection de ces oiseaux au sein des élevages a permis de créer de nombreuses races et variétés en...) en cage, qui quand il mourrait donnait le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) d'une remontée urgente en raison du manque d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) ou d'une surabondance de CO2 et/ou CO.

En aval, les fumées issues de la combustion de la houille sont également acides et polluantes, contenant notamment des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre...) de vapeur () de mercure et de quelque métaux lourds et/ou radioactifs dans certains charbons. Les cendres de centrales thermiques au charbon sont également parfois chargées en métaux lourds, avec des traces, parfois significatives de radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène physique naturel au...), de HAP ou d'autres polluants. Ces cendres souvent accumulées sur plusieurs mètres de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) sur des crassiers sont pour partie emportées par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à...) ou la pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore...). on les utilise parfois comme fond de couche routière, matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de remblai ou de construction au risque de polluer la nappe.

Le radon peut continuer à dégazer dans les mines ou le sol fracturé par des affaissement minier, longtemps après la fin de l'exploitation.

Le charbon a, dès le XIXe siècle été associé à des activités industrielles lourdes et très polluantes, dont la carbochimie et la métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi...), souvent en bordure de fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans l'océan – ou, exceptionnellement, dans un désert, comme pour...), canal ou sur le littoral pour des raisons de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le...). Des séquelles environnementales persistent longtemps après l'arrêt de ces activités, avec des impacts graves sur la santé. Par exemple dans le bassin minier du nord de la France, la durée moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) de vie (La vie est le nom donné :) était de dix ans inférieure à la moyenne nationale, et elle restait de cinq ans inférieure dans les années 1980-1990.

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