Houille - Définition et Explications

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Introduction

De l'anthracite

La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) d'organismes du carbonifère.

Ce combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) est utilisé depuis le XIe siècle, et son extraction dans les mines a rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) possible la révolution industrielle au XIXe siècle. Depuis, la houille (La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est...) constitue une des principales sources d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) des pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) industrialisés.

Processus de formation

Voir l'article Kérogène (Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique et les combustibles...).

Utilisations de la houille

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...), l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) et la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...). Le charbon est aussi une source de CO2, gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...), de même que le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) qui dégaze des veines à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) libre sous forme de grisou (Le grisou (le mot vient de grégeois) est un gaz naturel qui se dégage des couches de...) 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...) ou le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) urbain ;
  • dans la sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques...), 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...) d'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...).
  • 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...) ou de gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...), 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...) de réduction des émissions de polluants tels que le soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...), les oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) 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...). Une centrale au charbon actuelle émet sensiblement moins de CO 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...). La séquestration du CO 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...) avant de nombreuses années.

États-Unis

Au cours des années 1990, les compagnies électriques préférant construire des centrales à gaz, peu de nouvelles centrales électriques au charbon avaient vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) aux États-Unis. 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...), pour un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de quelques 60 gigawatts, sur la période 2005-2013. Mais ils se heurtent le plus souvent aux refus des populations proches et des autorités locales. La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) s'oriente vers une utilisation plus écologique du charbon et vers une 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.

Chine

En 2003, la République populaire de Chine produit 79% de son électricité à partir du charbon. Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation...) prévoit d'ajouter environ 70 nouvelles centrales à charbon par an ; en 2006, cinq centrales à charbon étaient construites par semaine. Ce pays devrait devenir le plus gros émetteur de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) d'ici à 2009. 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...) du charbon. En 2007, la Chine possède 13 % des réserves mondiales de charbon soit 118 milliards de tonnes. Les plus importantes entreprises charbonnières sont Shenhua Group et Yankuang. En 2008, avec 25 000 mines, le pays est le premier producteur (2,5 milliards de tonnes par an), consommateur et exportateur mondial.

Allemagne

Dans le Brandebourg se trouve l'une des premières centrales pilotes, dites à « charbon propre ». Ce projet utilise l'oxydoréduction, l'une des manières de piéger et séquestrer le dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) dégagé par le combustible. Les centrales de ce type devraient se banaliser d'ici à 2020.

Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.)

Cinquième producteur mondial, la nation arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le...) a montré en janvier 2008 les failles de sa politique du tout-charbon. Par manque de centrales thermiques, elle n'a pu faire face à la demande en électricité. D'où un terrible (Le Terrible était un vaisseau de ligne de 2e rang et de 78 canons, dessiné par François Coulomb,...) black-out.

Production de gaz par récupération du grisou

Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel minier (dit « grisou ») dégazant naturellement des veines d'exploitations souterraines abandonnées. Ce gaz est naturellement poussé vers le haut par les remontées de nappe, suite à l'arrêt des pompages. Dans le Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de la France les installations de Méthamine et Gazonor récupèrent ce grisou (sauf dans les extrémités est et ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...) du bassin minier) et le réinjectent dans le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de Gaz de France (Gaz de France est un ancien groupe énergétique français, spécialisé dans...). C'est aussi un moyen de faire en sorte que des quantités importantes de méthane (gaz à effet de serre important) ne rejoignent l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sans être brûlées et transformées en CO.

Gazéification (La gazéification est un procédé qui permet de convertir des matières...) et liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état qui fait passer un corps de l'état gazeux...) du charbon

Vieux synthétique essence-usine (Hydrierwerke Pölitz – Aktiengesellschaft) - ruine (Une ruine est le reste d'un édifice dégradé par le temps ou une destruction plus...) à Police (Pologne)

Des procédés permettent de convertir le charbon en gaz ou en hydrocarbures liquides.

La gazéification du charbon consiste, avec un apport d’oxygène, à transformer le charbon en gaz composé de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) et d’hydrogène, appelé gaz de synthèse ou « syngas ». Ce mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) est en général brûlé pour produire de l’électricité comme dans les centrales de type IGCC. Il peut également être converti en hydrocarbures liquides comme indiqué dans la suite.

La liquéfaction du charbon, plus connue sous le terme anglo-saxon « Coal-To-Liquids » ou « CTL » consiste en la conversion du charbon en hydrocarbures liquides comme les carburants ou des produits de la pétrochimie (La pétrochimie est la science qui s'intéresse à l'utilisation des composés...).

Deux familles de procédés existent :

  • La voie directe consiste en la dissolution de charbon pulvérisé dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) qui tourne en boucle en présence d’hydrogène. Le produit est alors traité et purifié pour l’obtention de naphta et de diesel.
  • La voie indirecte consiste, dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), à gazéifier le charbon. Le gaz obtenu est un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène. Deux techniques permettent de le convertir en hydrocarbures liquides : le procédé Fischer-Tropsch, polymérisation en présence de catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...), et la conversion en méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...), intermédiaire classique du raffinage et de la pétrochimie.

Les deux voies ont été inventées en Allemagne. La voie directe par Friedrich Bergius en 1913, la voie indirecte par Franz Fischer et Hans Tropsch en 1923. Ces deux procédés ont été appliqués industriellement en Allemagne, notamment pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) Guerre mondiale.

Le pétrole, alors bon marché, a ensuite remplacé le charbon comme matière première.

Après les chocs pétroliers des années 70, le CTL a connu un regain d’intérêt, qui a conduit à la création d'unités pilotes notamment aux États-Unis et au Japon. Le niveau du prix du pétrole dans les années 90 a provoqué un ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée...) de ces efforts.

L’Afrique du Sud cependant a développé plusieurs unités. Sasol produit aujourd'hui à partir du charbon environ 30% de la consommation en hydrocarbures liquides du pays, par la voie indirecte et la synthèse Fischer-Tropsch.

Fin 2008, le chinois Shenhua a démarré sa première unité de liquéfaction du charbon, avec un procédé direct, en Mongolie Intérieure. ces premiers essais ont duré treize jours et sont suivis d'une seconde campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) de test démarrée en octobre 2009.

Le CTL, fortement producteur de dioxyde de carbone, est l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d’important travaux sur la réduction de cette production et la séquestration du CO2.

Les enjeux économiques du CTL sont considérables. Le coût d’une unité industrielle est de plusieurs milliards d’euros. L’indicateur économique du coût de revient d'une unité est le « prix équivalent de pétrole brut », dont les valeurs communiquées par les industriels et dans la littérature sont extrêmement variables: de 35 à 90 dollars par baril.

L’enjeu essentiel du CTL est l'indépendance énergétique. Nombreux en effet sont les pays riches en charbon et relativement pauvres en pétrole, comme les trois géants que sont les États-Unis, la Chine et l’Inde. C’est dans ces pays que l’on trouve l’essentiel de la trentaine de projets à l’étude en 2008.

Le prix international de la Liquéfaction du charbon ("World CTL Award") a été décerné, pour l’année 2009, au Theo Lee, vice-président et Chief Technology Officer de Headwaters CTL (USA). Le prix 2010 sera remis à Pékin (Chine) à Zhang Jiming, vice-président de Shenhua Coal To Liquid & Chemical, le 15 avril en conclusion de de la conférence World CTL 2010.

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