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 soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont...) d'organismes du carbonifère.

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...) 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) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière...) possible la révolution industrielle au XIXe siècle. Depuis, la houille (La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la...) 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 chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) des 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 gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme de...) industrialisés.

Processus de formation

Voir l'article Kérogène (Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique et les combustibles fossiles. Charbon, gaz et pétrole, se sont formés à partir d'organismes vivants...).

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 espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre saisi...), 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...) 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...) 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 (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 à l'état naturel et qui est produit par des...) 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...) 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...) 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,...), 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'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la...).
  • 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 contemporaine,...) 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 liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) 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 numéro atomique 16.), 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...) 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...). 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 réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des océans et...). 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 véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme...) 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 période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...) 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 priori à l’identique, nécessitant le concours 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...) 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 de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) 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 en mandarin , « la capitale du nord »)...) 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 composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est :...) 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 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. 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, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 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, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la...) 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 spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille pendant la pluie. C'est un...) 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, et lancé à Toulon en 1739. Il était long de 152 pieds français, large de 44,4 et...) 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 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 appelle nœud (node)...) de Gaz de France (Gaz de France est un ancien groupe énergétique français, spécialisé dans le transport et la distribution de gaz naturel,...). 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 et liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état qui fait passer un corps de l'état gazeux à l'état liquide. Elle est la transformation inverse...) 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 rapide. Elle apparaît souvent dans la peinture occidentale avec pour effet de donner un caractère romantique au...) 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 semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est...) 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 qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat...) 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 chimiques de base issus du pétrole pour fabriquer d'autres composés synthétiques qui peuvent exister ou non dans la...).

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 appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) 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 changement dans le monde.), 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 ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan de...), et la conversion en méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol, d’alcool de bois, de naphte de bois ou d’esprit de bois est un composé chimique de...), 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 s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) 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 qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) 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 habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La...) 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 un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) 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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