Le charbon se forme à partir d'anciennes matières végétales enfouies et transformées par la chaleur et la pression pendant des millions d'années, et je l'obtiens en l'extrayant du sol, en surface ou en profondeur. Lorsque je regarde comment le charbon est fabriqué, je vois un processus qui commence par des restes de plantes qui se transforment en tourbe, puis se transforment lentement en différents types de charbon. Aujourd'hui, on exploite le charbon dans plus de 70 pays, avec environ 6 900 mines produisant 8,9 milliards de tonnes chaque année.
Comment se forme le charbon
Le charbon se forme lorsque des couches de plantes mortes sont enfouies, pressées et chauffées dans les profondeurs du sol, passant lentement de la tourbe à des types de charbon plus durs et plus riches en carbone au cours de millions d'années. Lorsque je regarde comment se forme le charbon, je vois une transformation étape par étape qui commence par une tourbe molle et spongieuse et se termine par de l'anthracite brillant et dur.
Les étapes de la formation du charbon
Permettez-moi de vous présenter les principales étapes de la formation du charbon. Chaque étape montre comment la matière végétale se modifie au fur et à mesure qu'elle est enfouie plus profondément et exposée à davantage de chaleur et de pression :
- Tourbe 🌱
Je considère la tourbe comme la première étape. Elle se forme à partir de plantes mortes dans des endroits marécageux et peu oxygénés. La tourbe est molle, humide et a la plus faible teneur en carbone. - Lignite (charbon brun) 🟫
Lorsque la tourbe est enfouie et pressée, elle se transforme en lignite. Le lignite est toujours mou et brun, mais il contient plus de carbone et moins d'eau que la tourbe. - Charbon bitumineux ⚫
Avec plus de chaleur et de pression, le lignite devient du charbon bitumineux. Ce type de charbon est plus dur, plus foncé et brûle plus intensément. Il est souvent utilisé pour la production d'électricité et d'acier. - Anthracite 💎
Le dernier stade est celui de l'anthracite. Elle se forme sous l'effet de la chaleur et de la pression les plus fortes. L'anthracite est brillant, dur et a la plus forte teneur en carbone. Elle brûle proprement et chaudement.
Voici un tableau qui montre comment les teneurs en carbone et en oxygène évoluent au fur et à mesure que le charbon mûrit :
| Rang du charbon Stade | Teneur approximative en carbone (%) | Teneur en oxygène des groupes fonctionnels (Wt.%) |
|---|---|---|
| Tourbe/lignite | ~65.5 – 70.5 | Haut (OCOOH 8.0%) |
| Sous-bitumineux | ~75.5 – 81.5 | Plus bas (OCOOH 0,3-0,6%) |
| Bitumineux | ~85.5 – 88.6 | Très faible (OCOOH près de 0%) |
| Anthracite | ~90.3 | Minimal (OCOOH 0%) |
Au fur et à mesure que le charbon passe par ces étapes, je remarque que le carbone augmente et que l'oxygène diminue. Cela rend le charbon plus dur et plus facile à brûler.
Les scientifiques utilisent des tests tels que la réflectance de la vitrinite et examinent des éléments tels que l'indice d'hydrogène et les biomarqueurs moléculaires pour suivre ces changements. Par exemple, dans la formation de Guaduas, je constate que le charbon à maturité élevée contient plus de carbone, moins de cendres et moins de soufre.
Types par formation
Lorsque je parle de la formation du charbon, j'examine également les différents types de charbon qui résultent de ce processus. Chaque type se forme dans des conditions différentes et a ses propres utilisations.
- Tourbe: Molle, brune et pleine de morceaux de plantes. Utilisé dans les jardins et parfois comme combustible.
- Lignite: Charbon brun, plus compact, plus énergétique que la tourbe. Utilisé dans les centrales électriques.
- Charbon bitumineux: Plus dur, noir et brillant. Utilisé pour l'électricité et la fabrication de l'acier.
- Anthracite: Le plus dur et le plus brillant. Brûle le plus vite et le plus proprement. Utilisé pour le chauffage.
Je constate que le type de charbon dépend de la profondeur à laquelle il a été enfoui et de la chaleur et de la pression qu'il a subies. Plus il est profond et chaud, plus le charbon est dur.
La chronologie de la formation du charbon commence à la période carbonifère, lorsque des plantes géantes recouvraient la Terre. Ces plantes sont mortes, sont tombées dans des marécages et ont commencé le voyage de la tourbe à l'anthracite. Pendant des millions d'années, les changements géologiques, l'activité microbienne et les réactions chimiques ont transformé les débris végétaux en charbon que nous utilisons aujourd'hui.
Types de charbon
Tourbe
La tourbe est la toute première étape de la famille du charbon. Lorsque je marche dans une zone marécageuse, je vois parfois de la tourbe se former sous mes pieds. Elle ressemble à un sol sombre et spongieux et est humide au toucher. La tourbe provient de couches de plantes mortes qui s'empilent dans des endroits où l'eau empêche l'air de pénétrer. De ce fait, les plantes ne pourrissent pas complètement.
- La tourbe est molle et friable.
- Il contient beaucoup d'eau.
- Les gens l'utilisent parfois dans les jardins ou comme combustible à faible consommation d'énergie.
Je considère la tourbe comme le "bébé" du monde du charbon. Elle a la plus faible teneur en carbone et ne brûle pas aussi chaudement que les autres types de charbon. La plupart des centrales électriques n'utilisent pas la tourbe parce qu'elle ne dégage pas beaucoup d'énergie.
Lignite
Le lignite est l'étape qui suit la tourbe et est souvent appelé lignite. Je remarque le lignite lorsque je vois une roche molle, brun-noir, qui se brise facilement. Il se forme lorsque la tourbe est enfouie plus profondément et commence à se dessécher. Le lignite contient plus de carbone que la tourbe, il brûle donc mieux, mais il n'est pas aussi puissant que les autres types de charbon.
Voici ce qui caractérise le lignite :
- Son contenu énergétique est supérieur à celui de la tourbe, mais inférieur à celui du charbon bitumineux.
- Le lignite est principalement utilisé dans les centrales électriques situées à proximité de l'endroit où il est extrait.
- Il représente environ 8% du marché américain du charbon.
Le saviez-vous ? Des pays comme l'Allemagne, l'Inde et la Chine produisent beaucoup de lignite. Je vois des mines de lignite dans de nombreuses régions d'Europe et d'Asie, où elles constituent une importante source d'électricité.
Bitumineux
Le charbon bitumineux est le type de charbon le plus utilisé dans le monde. Lorsque je tiens un morceau de charbon bitumineux, je vois une roche noire et dure, plus lourde et plus dense que le lignite. Ce charbon a une teneur en carbone beaucoup plus élevée, ce qui signifie qu'il brûle plus chaudement et plus longtemps.
Permettez-moi de vous montrer comment ces types de produits se comparent :
| Type de charbon | Teneur en carbone (%) | Contenu énergétique | Part de marché aux États-Unis (%) | Part de marché mondiale (%) |
|---|---|---|---|---|
| Tourbe | ~60 | Très faible | N/A | N/A |
| Lignite | 25 – 35 | Le plus bas | 8 | N/A |
| Bitumineux | 45 – 86 | Haut | 46 | 35.67 |
Le charbon bitumineux se distingue pour plusieurs raisons :
- Il alimente la plupart des centrales électriques du monde.
- Je vois qu'il est utilisé dans la fabrication de l'acier, du ciment et même des produits chimiques.
- Elle détient environ 35,67% du marché mondial du charbon, ce qui en fait le premier choix pour de nombreuses industries.
Le charbon bitumineux est plus difficile à enflammer que le lignite, mais une fois qu'il commence à brûler, il dégage beaucoup plus de chaleur. C'est pourquoi je le considère comme le "cheval de trait" de la famille des charbons.
Lorsque je compare le charbon bitumineux au lignite, je constate que le bitumineux contient plus de carbone, moins d'humidité et une plus forte tendance à la cokéfaction. Il est donc idéal pour les applications industrielles, en particulier lorsqu'une chaleur élevée ou du coke sont nécessaires.
Anthracite
L'anthracite est le type de charbon le plus dur, le plus brillant et le plus riche en énergie. Lorsque je tiens un morceau d'anthracite, je remarque à quel point il est dense et brillant. Il ressemble presque à une pierre précieuse noire. Je dis toujours aux gens que l'anthracite se distingue des autres charbons par sa forte teneur en carbone et sa chaleur puissante.
Voici ce qui fait la particularité de l'anthracite :
- Teneur en carbone très élevée : Généralement entre 92% et 98%. C'est plus que tout autre type de charbon.
- Valeur énergétique la plus élevée : L'anthracite dégage plus de chaleur par livre que les autres charbons, ce qui en fait un choix de premier ordre lorsque j'ai besoin d'une chaleur forte et régulière.
- Matières peu volatiles : Il ne contient pas beaucoup de matériaux qui se consument rapidement, il a donc besoin de chaudières spéciales pour bien brûler.
- Dure et brillante : Il est résistant à la rupture et présente un éclat vitreux.
- Rare et précieux : L'anthracite est rare. Aux États-Unis, je le trouve presque entièrement dans le nord-est de la Pennsylvanie. Il représente moins de 1% de tout le charbon extrait dans le pays.
Comme l'anthracite est très difficile à trouver et que sa combustion nécessite un équipement spécial, il est généralement utilisé dans les industries métallurgiques ou pour le chauffage domestique lorsqu'un combustible propre et chaud est nécessaire.
Les études techniques montrent que la teneur en carbone fixe de l'anthracite varie d'environ 86% à 98%. Sa faible teneur en humidité (3-6%) et en matières volatiles (2-12%) lui permet de brûler lentement et proprement. J'ai lu que sa rareté est due à la limitation des gisements et à la nécessité de recourir à des méthodes de combustion spéciales. C'est la raison pour laquelle l'anthracite est apprécié mais n'est pas utilisé aussi largement que d'autres types de charbon.
Principales différences
Les principales différences entre les types de charbon proviennent de leur teneur en carbone, de leur valeur énergétique et de leur facilité de combustion. J'aime les comparer côte à côte afin de voir ce qui les distingue les uns des autres.
| Type de charbon | Teneur en carbone (%) | Valeur énergétique (BTU/lb) | Matières volatiles (%) | Utilisation typique | Couleur et texture |
|---|---|---|---|---|---|
| Tourbe | ~60 | Très faible | Haut | Jardins, manque de carburant | Brun, spongieux |
| Lignite | 25-35 | Faible | Haut | Centrales électriques | Brun, friable |
| Bitumineux | 45-86 | Moyenne à élevée | Moyen | Électricité, acier | Noir, doux à dur |
| Anthracite | 86-98 | Le plus élevé | Très faible | Industrie métallurgique, chaleur | Noir, brillant, dur |
- Tourbe est mou et humide, ce qui n'est pas un bon carburant.
- Lignite est meilleur, mais il n'est pas encore très puissant.
- Bitumineux est le cheval de bataille, utilisé dans la plupart des centrales électriques et des industries.
- Anthracite est le roi de la chaleur, mais il est rare et son utilisation nécessite des précautions particulières.
Je me souviens toujours que plus le carbone est élevé, plus le charbon dégage d'énergie. L'anthracite l'emporte dans les deux cas, mais je ne le vois pas partout car il est très rare.
Lorsque je regarde comment les différents charbons réagissent dans les études de gazéification, je remarque que les charbons contenant plus de matières volatiles (comme le lignite) produisent plus de gaz et réagissent plus rapidement. L'anthracite, qui contient peu de matières volatiles, brûle plus lentement et a besoin de températures plus élevées. C'est pourquoi chaque type de charbon a une fonction différente, du combustible pour le jardin à la production d'électricité pour les grandes usines.
Comment le charbon est-il extrait ?
Pour comprendre comment le charbon est exploité, il faut savoir comment il est généralement enfoui.
Le charbon est généralement enfoui de deux manières : l'exploitation à ciel ouvert et l'exploitation souterraine. L'exploitation à ciel ouvert est définie comme étant à moins de 200 pieds de la surface, et l'exploitation souterraine est généralement définie comme étant à plus de 200 pieds de la surface.
Ils sont exploités de différentes manières. L'exploitation à ciel ouvert est plus facile, tandis que l'exploitation souterraine est plus compliquée et plus dangereuse pour les mineurs de charbon.
Exploitation minière à ciel ouvert :
L'exploitation à ciel ouvert est la forme d'exploitation la plus facile, la veine de charbon étant très proche de la surface. L'exploitation minière implique généralement l'enlèvement des morts-terrains, l'enlèvement de la terre et de la roche à l'aide d'excavateurs, etc., puis le forage, la fracturation et le décapage systématique à l'aide d'excavateurs, et enfin le transport à l'aide d'un camion à benne basculante, semi-remorque à benne basculante ou une semi-remorque à benne basculante.
L'exploitation à ciel ouvert peut être utilisée dans des paysages plats ou vallonnés. L'exploitation à ciel ouvert dans une zone montagneuse est appelée exploitation en courbes de niveau. L'exploitation en courbe de niveau suit les crêtes, ou courbes de niveau, autour d'une colline.
L'exploitation minière à ciel ouvert implique généralement :
- Enlever une partie ou la totalité de la veine de charbon enfouie pour la mettre à nu.
- Éliminer les matériaux excédentaires dans les vallées avoisinantes.
L'exploitation minière générale est divisée en cinq étapes :
- Tout d'abord, il faut enlever la couche de roche et la couche de sol au-dessus et entre la veine de charbon.
- Après l'extraction de la veine de charbon, il y aura beaucoup de terre et de roches excédentaires, qui seront déposées dans la vallée adjacente.
- Utiliser de gros engins de terrassement pour commencer à creuser le charbon. Sélectionner différents équipements en fonction de la méthode d'extraction et de l'échelle.
- Au fur et à mesure que l'extraction du charbon se poursuit, il peut s'avérer nécessaire de procéder à un reclassement en fonction de circonstances spécifiques.
- Après l'extraction du charbon, des méthodes telles que le recouvrement de la végétation sont généralement utilisées pour réduire la pollution.
Quels sont les effets de l'exploitation minière à ciel ouvert sur les terres ?
L'extraction du charbon crée de grands trous dans le sol, de sorte que lorsque le charbon est extrait, nous devons restaurer la mine. Nous devons élaborer un plan et la réparer progressivement.
Exploitation minière souterraine
Lorsque les veines de charbon sont profondément enfouies, j'ai recours à l'exploitation souterraine. Cette méthode me permet d'atteindre le charbon qui se trouve bien en dessous de la surface. Voici ce que je fais :
- 🕳️ Je creuse des puits ou des tunnels jusqu'à la veine de charbon.
- 🚇 Je construis des passages pour que mon équipe et les machines puissent atteindre le charbon.
- ⛏️ Je coupe le charbon de la veine à l'aide de machines ou d'outils manuels.
- 🚂 Je déplace le charbon vers la surface à l'aide de tapis roulants ou de chariots.
- 🛑 Je soutiens les tunnels avec de l'acier ou du bois pour les sécuriser.
L'exploitation souterraine nécessite davantage de planification et de contrôles de sécurité. Je suis attentif aux risques tels que les effondrements ou les fuites de gaz. Mon équipe porte des équipements de sécurité et suit des règles strictes. J'utilise également des machines spéciales pour mesurer la qualité de l'air et la résistance des tunnels.
Exploitation minière en chambre et en pilier
Quand cette méthode est-elle utilisée ?
La chambre et le pilier sont généralement utilisés pour les dépôts plats.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Dans l'exploitation par chambres et piliers, les gisements de charbon sont exploités en creusant un réseau de "chambres" dans la veine de charbon et en laissant derrière eux des "piliers" de charbon. Les gisements de charbon sont exploités en creusant un réseau de "chambres" dans la veine de charbon et en laissant des "piliers" de charbon pour soutenir le toit de la mine. Ces piliers peuvent représenter jusqu'à 40% du charbon total de la veine - bien que ce charbon puisse parfois être récupéré à un stade ultérieur.
Exploitation minière en longue taille
Quand cette méthode est-elle utilisée ?
L'exploitation par longues parois est utilisée pour extraire un long mur de charbon en une seule tranche.
Comment cela fonctionne-t-il ?
L'exploitation minière par longues parois implique l'extraction complète du charbon d'une section de la veine, ou "front de taille", à l'aide de cisailles mécaniques. La longueur du front de taille peut varier de 100 à 350 mètres. L'auto-avancement, ou "front", à l'aide de cisailles mécaniques. La longueur du front de taille peut varier de 100 à 350 mètres.
Des supports hydrauliques auto-avancés maintiennent temporairement le toit pendant l'extraction du charbon. Lorsque le charbon a été extrait de la zone, le toit peut s'effondrer. Plus de 75% du charbon du gisement peuvent être extraits à partir de panneaux de charbon qui peuvent s'étendre sur 3 km à travers la veine de charbon.
Transport
Enfin, il faut acheminer le charbon de la mine à l'endroit où les gens en ont besoin. C'est ainsi que le charbon est transporté vers les centrales électriques, les usines ou les ports pour être expédié. J'utilise des trains, semi-remorques à benne basculanteLes produits de l'industrie de la pêche sont également utilisés pour la construction de routes, de barges et même de bandes transporteuses.
Conclusion
Les méthodes courantes d'extraction du charbon pour ces deux types de mines sont généralement basées sur la situation réelle. Quelle que soit la méthode d'extraction utilisée, nous ne devons pas ignorer l'impact sur l'écologie après l'achèvement de l'extraction. Nous devons réparer l'environnement d'une manière ou d'une autre.
Se référer à : https://en.wikipedia.org/wiki/Coal
FAQ
Quelles sont les étapes de la formation du charbon ?
Le charbon se forme en quatre étapes : la tourbe, le lignite, le charbon bitumineux et l'anthracite. Si la pression et la chaleur sont plus importantes à l'endroit où le charbon est enfoui, l'anthracite sera de meilleure qualité.
Le charbon est-il une source d'énergie renouvelable ?
Non, le charbon est une source d'énergie non renouvelable. De même, les combustibles fossiles, comme le charbon, sont des sources d'énergie non renouvelables, tout comme le pétrole et le gaz naturel. Il faut des centaines de millions d'années pour les produire.
