Le charbon est un terme général qui regroupe essentiellement la houille et la lignite. Il représente 80 % des énergies fossiles disponibles. C’est l’énergie fossile la plus abondante mais aussi la mieux répartie.
Formation
Il y a 250 à 300 millions d’années (période carbonifère à la fin de l’ère primaire), la forêt hercynienne, aux arbres géants, aux fougères arborescentes, couvrait de vastes étendues. Les débris végétaux (bois, écorces, feuilles, spores, algues microscopiques) se sont accumulés et ont été recouverts, par suite de phénomènes de subsidence, par un faible niveau d’eau. Ces dépôts, au gré des fluctuations de la subsidence, ont été recouverts de sédiments argileux ou sableux, puis des alluvions s’y sont ajoutées. Enfermé à l’abri de l’air, le dépôt végétal a fermenté et s’est enrichi en carbone. Pendant que les dépôts ont fermenté, du sable s’est accumulé sur l’argile, permettant à une nouvelle forêt de pousser. Puis le bassin s’est de nouveau enfoncé et une partie de la forêt a de nouveau été immergée. Et ainsi de suite. Ces débris végétaux se sont accumulés sur place dans des dépressions (sédiments autochtones) ou ont pu être transportés par des cours d’eau qui les ont déposés au fond de grands bassins sédimentaires (dépôts allochtones). Types de bassins.
Paraliques : en bordure des mers, dans des plaines basses (Nord, Pas-de-Calais). Limniques (ou intra-montagneux) : plus étroits et moins étendus, se caractérisent souvent par des affaissements plus marqués (Centre et Midi de la France). Le bassin de Lorraine est plus grand car formé dans de vastes zones de sédimentation séparées de la mer par un seuil continental.
Visiter ce lien pour visualiser les étapes de la formation du charbon
Différentes étapes de la fermentation
Au cours de la fermentation, les dépôts minéraux passent par différents stades :
la tourbe ;
le lignite ;
la houille ;
l’anthracite.
La tourbe ne peut pas être qualifiée de charbon. Elle commence à peine à se carboniser c’est-à-dire qu’elle contient seulement 60 % de carbone. C’est donc un mauvais combustible. Extraite des tourbières : marais couverts d’une végétation hygrophile, de mousses en particulier ; noirâtre ou brune, fibreuse, retenant fortement l’eau, de formation quaternaire. Elle contient peu de carbone. Après dessiccation, sa combustion dégage beaucoup de fumée, peu de chaleur et laisse des résidus importants.
La lignite est un charbon fossile qui n’est pas encore arrivée à maturation. Elle a commencé à se former il y a 60 millions d’années environ et contient seulement 65 à 70 % de carbone. Elle brûle mal et produit peu de chaleur donc peu d’énergie. Noir, brun noirâtre, parfois brun. Les principaux gisements sont de formation tertiaire. Structure fibreuse plus homogène que la tourbe, laisse apparaître des rameaux et de grosses branches. Plus riche en carbone que la tourbe, mais teneur en matières volatiles élevée, combustible assez médiocre.
La houille a commencé sa formation il y a 250 à 300 millions d’années. Elle contient entre 80 et 90 % de carbone. Comme elle contient plus de carbone que la lignite, c’est un meilleur combustible. Terme général désignant diverses variétés de charbon. Les principaux gisements datent de l’ère primaire. Au microscope, fragments d’écorces, tissus ligneux, feuilles et spores, noyés dans une masse fondamentale, sorte de gelée. Riche en carbone. Teneur en cendres, matières volatiles et eau, variable selon gisements.
L’anthracite est à peine plus âgé que la houille et contient un peu plus de carbone. Massive, homogène, teneur en matières volatiles très réduite, dure, cassure brillante.
Coke, ce n’est pas du vrai charbon. Obtenu en calcinant la houille dans des fours à plus de 1 000 C pendant 12 à 18 h. C’est un résidu de la distillation des charbons fossiles, de couleur gris argent. Dépourvu des produits volatils de la houille, il brûle sans fumée ni odeur. Coke métallurgique : utilisé dans les hauts fourneaux, très compact, fournit environ 7 000 kilocalories et laisse peu de cendres. Classification (en mm) : 10/20 ; 20/40 ; 40/60 ; 60/90. Dans les hauts fourneaux, il s’unit au minerai de fer pour donner de la fonte.
Graphite : carbone naturel cristallisé. Ses gisements dérivent pour la grande majorité du métamorphisme de couches charbonneuses. Se trouve à l’état de paillettes (cristallisé) ou finement divisé (amorphe ou cryptocristallin). On obtient du graphite artificiel à partir du charbon ou du coke de pétrole. Utilisation : creuset et moule pour fonderie (variété cristalline) ; aciers spéciaux, lubrifiants, piles et crayons.
De même, le charbon de bois n’est pas naturel. C’est un charbon artificiel qui est obtenu par combustion incomplète de végétaux.
Les différentes mines
Il existe deux types d’exploitations :
les mines souterraines ;
et les mines à ciel ouvert.
Dans les mines souterraines, les mineurs creusent des galeries à l’intérieur du sol jusqu’à la veine (aussi appelée filon) de charbon. L’accès aux veines à exploiter se fait :
soit par puits et par galeries ;
soit par descenderie (plan d’accès incliné et débouchant au jour).
Les galeries peuvent être directement creusées dans le filon (c’est le système à chambres et colonnes) ou bien enserrer le filon de manière circulaire. Dans le système à chambres et colonnes, le filon est abandonné avant d’être complètement épuisé. En effet, au fur et à mesure de l’exploitation, les colonnes s’amenuisent et la voûte risque alors de s’écrouler. Dans ces mines, la profondeur maximale des puits est généralement de 1000 à 1200 mètres. Le puits le plus profond se trouve en Inde, à Kolar et atteint plus de 3000 mètres de profondeur.
Dans les mines à ciel ouvert, l’exploitation se fait généralement entre 10 et 400 mètres de profondeur. Ces mines ressemblent à de grands amphithéâtres avec d’énormes gradins. Durant l’exploitation, les couches de terre recouvrant ou entourant le charbon sont décapées afin d’atteindre le filon. Ainsi, l’amphithéâtre s’élargit progressivement et devient de plus en plus profond.
Le coup de grisou
Le coup de grisou est l’accident lié à l’exploitation du charbon le plus connu. Le grisou est un gaz (composé essentiellement de méthane CH4) contenu dans la houille. Il est inflammable dès qu’il est présent à plus de 6 % dans l’air. Une simple étincelle suffit alors; c’est l’explosion ou coup de grisou.
Le coup de grisou le plus meurtrier en France s’est produit en 1906 à Courrières. Il fit environ un millier de victimes.
Transport
Aux XVIIIe et XIXe siècles, les usines se plaçaient généralement autour des bassins charbonniers afin d’éviter de longs transports. De nos jours, on transporte aisément le charbon par pipe-lines ou bien par voies fluviale, maritime ou ferroviaire.
Les pipe-lines sont l’équivalents des oléoducs pour le pétrole. Ils sont plutôt utilisées pour des transports sur de courtes distances. Pour être transporté ainsi, le charbon doit subir des modifications. En effet, le charbon se présente sous forme de blocs solides. Il est donc broyé sous forme de fines particules puis dilué dans une solution liquide.
Pour les longues distances, le charbon est transporté par barges ou péniches, par trains ou encore par bateaux sans être préalablement transformé.
Réserves
Les principaux pays riches en charbon sont situés en zones tempérées. Ce sont les Etats-Unis, la Belgique, la France (nord de la France), l’Allemagne, la Pologne, la Russie et la Chine. Les réserves exploitables de charbon correspondent à 10 000 milliards de tonnes soit sept fois plus que celles du gaz et du pétrole. Ces réserves sont suffisantes pour subvenir aux besoins pendant environ 300 ans.
Utilisation
De nos jours, le charbon est utilisé :
pour obtenir un substitut au gaz naturel, GNS (gaz naturel de synthèse) : c’est la combustion directe du charbon dans la veine qui produit le GNS ;
pour produire du méthane CH4 : il est produit naturellement dans les veines par dégazage du charbon ;
en métallurgie du fer et de l’acier (utilisation du coke pour l’obtention de fonte par exemple) ;
et pour fabriquer des carburants et des fluides susceptibles d’être brûlés dans les chaudières (centrales thermiques par exemple) ou transformés par la chimie (vernis, savon, plastiques, solvants, tergal, explosifs, parfums, colorants, caoutchouc, cosmétique, lubrifiants, désinfectants, teintures, photographie, insecticides, goudrons, enduits, pharmacie …)
Classification des charbons :
Catégories (% de matières volatiles) : anthracite – de 8, maigres anthraciteux 8 à 14, 1/4 gras 12 à 16, 1/2 gras 14 à 22, gras à courte flamme ou 3/4 gras 18 à 27, gras proprement dit 27 à 40, flambants gras + de 30, secs + de 34.
– L’anthracite : de faible teneur en MV très riche en carbone, il brûle régulièrement avec peu de flammes. Plus homogène, il présente plus de dureté et sa cassure est brillante, Il est très recherché mais ses réserves sont relativement peu abondantes dans le monde. Il est principalement utilisé pour le chauffage domestique individuel.
– Les demi-gras et gras : de teneur moyenne en MV, ils brûlent régulièrement avec de bonnes flammes. Surtout utilisés pour la production de coke métallurgique, ce sont les « charbons à coke ».
– Les flambants (gras ou sec) : avec plus de 30% de MV et peu de propriétés cokéfiantes, ils brûlent en donnant de longues flammes. D’un pouvoir calorifique important, ils constituent l’essentiel des charbons utilisés dans les chaudières industrielles. C’est pour cette raison qu’on les appelle « charbon-vapeur ». Ce sont aussi les plus abondants et les moins onéreux.
Calibre (dimensions en mm) : gros calibres 80 x 120 ; gailletins 50 x 80 ; noix 30 x 50 ; noisettes 20 x 30 ou 15 x 30 ; braisettes 10 x 20 ou 10 x 15 ; grains 6 x 10.
Pouvoir calorifique (en millithermies sur brut) : anthracites 7 050, maigres 7 815, 1/4 gras 7 080, 1/2 gras 7 680, gras 7 250, flambants gras 7 120, secs 6 770, ligniteux 5 850.
Ces classifications divergent légèrement de bassin à bassin, pour tenir compte des usages. Les maigres sont utilisés surtout dans les fours à feu continu. Les flambants permettent de donner des » coups de feu « . Plus il y a de matières volatiles, plus le charbon brûle vite.
Coal is a general term that includes mainly coal and lignite. It represents 80% of fossil fuels available. It is the most abundant but also better distributed fossil fuel.
training
There are 250 to 300 million years ( Carboniferous period to the end of the Paleozoic era ) , the Hercynian forest, the giant trees, ferns , covering large areas. Plant debris (wood, bark, leaves , spores, microscopic algae ) have accumulated and have been covered as a result of subsidence phenomena , a low water level . These deposits , according to the fluctuations of subsidence , were covered with clay or sandy sediments and alluvial deposits have been added . Locked away from the air, the plant deposit fermented and enriched in carbon. While deposits fermented sand has accumulated on clay, allowing a new forest to grow. Then the basin is pushed again and part of the forest was again immersed . And so on . These plant debris accumulated in depressions on site ( native sediment ) or have been transported by rivers that have deposited at the bottom of large sedimentary basins ( allochthonous deposits). Types of basins.
Paralic : the edge of the sea, in the lowlands ( Nord, Pas -de- Calais ) . Limnic (or intra- mountainous ) narrower and less extensive , are often characterized by more marked subsidence ( Centre and South of France ) . The pool is larger because Lorraine formed in large areas of sedimentation separated from the sea by a continental level .
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Different stages of fermentation
During fermentation, mineral deposits go through different stages :
peat;
lignite ;
coal ;
anthracite.
Peat can not be described as coal. She is just beginning to char that is to say, it only contains 60 % carbon. This is a bad fuel. Extracted from bogs hygrophile marsh covered with vegetation , especially mosses , blackish or brown , fibrous, highly water retentive , quaternary training. It contains little carbon . After drying , combustion smokes , low heat and leave residues important .
Lignite coal is a fossil that has not yet reached maturity. She began to form there are 60 million years and contains only 65 to 70% carbon . It burns poorly and produces little heat so little energy. Black , blackish brown , sometimes brown. The main deposits are in tertiary education . More homogeneous than peat, reveals branches and large branches fibrous structure. Richer in carbon as peat, but high content of volatiles , fuel mediocre .
Coal began his training there 250 to 300 million years. It contains between 80 and 90 % carbon. Because it contains more carbon than the lignite is a better fuel. General term for different varieties of coal. The main deposits are from the Paleozoic era . Microscope , bark , woody tissues , leaves and spore fragments embedded in a fundamental mass , a kind of jelly. Rich in carbon . Ash content, volatile matter and water , varying fields .
Anthracite is barely older than the coal and contains a little more carbon. Massive , homogeneous content very low volatile matter , hard, brilliant break .
Coke, this is not true coal. Obtained by calcining coal kilns over 1000 C for 12 to 18 h . It is a residue from the distillation of fossil carbon , silver gray . Devoid of volatile products of coal , it burns without smoke or odor . Metallurgical Coke used in blast furnaces , very compact, provides about 7000 kcal and leaves little ash. Classification (in mm) : 10/20 , 20/40 , 40/60 , 60 /90. In the blast furnace , it joins the iron ore to give the cast.
Graphite : natural crystallized carbon . Its deposits are derived for the vast majority of metamorphism carbonaceous layers. Is the state of flakes ( crystallized ) or finely divided (amorphous or cryptocrystalline ) . Artificial graphite is obtained from coal or petroleum coke . Use : crucible and mold casting (crystalline variety ) special steels, lubricants, batteries and pencils.
Similarly, the charcoal is not natural . It is an artificial coal which is obtained by incomplete combustion plant .
Different mines
There are two types of operations :
underground mines ;
and open pit mines .
In underground mines , miners dig tunnels into the ground to the vein ( also called seam ) coal . The venous access is to use :
either by wells and galleries ;
either by ramp (access incline and opening day ) .
The galleries can be directly cut into the vein (the chamber system and columns) or enclose the seam circular manner. In the chamber system and columns, the vein is abandoned before being exhausted . In fact, As of operation, the columns are dwindling and the vault then in danger of collapsing . In these mines, the maximum depth of the wells is generally 1000 to 1200 meters. The deepest well is located in India, Kolar and reaches more than 3,000 meters deep.
In open pit mining , operation is usually between 10 and 400 meters deep. These mines resemble large auditoriums with huge terraces . During operation , the layers of soil covering or surrounding coal are etched to reach the vein . Thus, the amphitheater gradually widens and becomes deeper.
The firedamp
The gas explosion accident is related to the exploitation of the best known coal. Firedamp is a gas (mostly composed of methane CH4) content in the coal. It is flammable when it is present in more than 6 % in air . Then only a single spark , which is the explosion or gas explosion .
The blow of the most deadly gas explosion occurred in France in 1906 Courrieres . It was about a thousand victims.
Transport
The eighteenth and nineteenth centuries , plants usually placed around the coalfields to avoid long transportation . Nowadays, it is easy to carry coal through pipelines or by inland waterway, sea or rail.
Pipelines are the equivalent pipelines for oil. Rather they are used for transport over short distances. To be transported and the coal is subject to change. Indeed , coal is in the form of solid blocks . It is ground into fine particles and then diluted in a liquid solution .
For long distances , the coal is transported by barge or barges, by train or by boat without first being transformed .
reserves
The main coal-rich countries are in temperate zones. These are the United States , Belgium, France (northern France ), Germany , Poland , Russia and China. Exploitable coal reserves equivalent to 10 000 billion tons, or seven times more than those of oil and gas . These reserves are sufficient to meet the needs for about 300 years.
use
Today, coal is used :
a substitute for natural gas , SNG ( synthetic natural gas ) is the direct combustion of coal in the vein that produced the GNS ;
to produce methane CH4: it is produced naturally in the veins by degassing of coal;
metallurgy of iron and steel ( use of coke for the production of cast iron , for example) ;
and to produce fuels and fluids may be burned in boilers (power plants , for example) or processed by chemicals ( paint , soap, plastics, solvents, terylene, explosives, fragrances, dyes , rubber, cosmetics, lubricants, disinfectants, dyes , photography , insecticides , tar , coatings , pharmacy …)
Classification of coal :
Categories ( % volatile matter ) : anthracite – 8 , Anthracite meager 8-14 , 1/4 fat 12 to 16 1/2 fat 14 to 22, bold short flame or 3/4 fat 18 to 27, fat properly says 27-40 , flaming fat + 30 , + 34 secs .
– Anthracite : very low in carbon-rich MV , it burns steadily with little flame . More homogeneous , it has more hardness and fracture is brilliant , it is very popular but its reserves are relatively scarce in the world. It is mainly used for individual home heating.
– The semi- bold and bold : medium content MV , they regularly burn with good flame . Mainly used for the production of metallurgical coke , it is the » coking coal « .
– The flaming ( fatty or dry ) with more than 30% MV and some coking properties , they burn giving long streamers . From a high calorific value , they constitute most of the coals used in industrial boilers. This is why they are called » steam coal « . They are also the most abundant and cheaper .
Size ( dimensions in mm): 80 x 120 large caliber ; gailletins 50 x 80 , 30 x 50 nuts , hazelnuts 20 x 30 or 15 x 30; braisettes 10 x 20 or 10 x 15 , 6 x 10 grains .
Calorific value ( in millithermies on gross) : 7050 anthracite , lean 7815 , fourth bold 7080 , half bold 7680 , Bold 7250 , 7120 flaming fat , dry 6770 , 5850 lignitic .
These classifications differ slightly from basin to basin , to take account of uses. Lean is used primarily in continuous furnaces fire. The flaming can give » shots » . Over there Volatile more coal burns quickly .

Carte des mines de charbon / Map of coal mines