Soutenance mémoire
Propriétés chimiques
L’analyse chimique de la houille permet d’observer un dégagement des éléments dits matières volatiles sous l’action de la chaleur (ce sont des gaz absorbés durant la formation des charbons et emprisonnés dans ceux-ci. Il s’agit essentiellement de CO2, d’argon, d’hydrogène, de méthane ainsi que d’autres hydrocarbures). Elles sont exprimées en pourcentage par rapport à la masse totale et obtenues par un phénomène appelé la distillation ; leur teneur varie entre 8% et 45% selon le type de la houille étudiée. Le méthane est un gaz pouvant réagir avec de l’air dans une proportion de 5 à 6% et donnera ainsi un mélange détonnant appelé GRISOU qui est un gaz inflammable des mines de houille ; celui-ci accélère la combustion engendrant la formation d’eau de teneur faible entre 2% et 7%. C’est une réaction chimique d’équation :En chauffant la houille de 900°C à 1100°C jusqu’au moment où toutes les matières volatiles s’en sont échappées, on obtient le coke qui est une houille dépourvue de ses gaz et de ses goudrons. De plus, l’utilisation de la houille dépend de sa teneur en cendres, exprimée en pourcentage atteignant 5% à 10%. Si elle atteint à 30% de la masse totale, la houille devient difficilement utilisable dans le cas de schiste carboneux (faciès humique) ou bitumineux (faciès sapropéliques) [2]. Comme étant un produit fossile d’origine organique, la houille contient une teneur considérable de carbone (C) entre 75% et 95% qui la rend d’être combustible. La présence de soufre, un élément non métallique, caractérise également la houille. Le soufre réagit avec l’oxygène donnant naissance à un produit dioxyde de soufre (SO2) présent dans les fumées de combustion et participe à la pollution de l’environnement.
Origine de la houille
A l’intérieur des couches du charbon, examinées à l’œil nu ou à la loupe, nous avons observé ses éléments constitutifs notamment les merveilleuses empreintes de plantes emprisonnées dans les sédiments. A l’aide des microscopes par réflexion de lumière sur une surface polie, on arrive à identifier la présence des débris végétaux composés de Thalles, d’algues d’eau douce, tissus des tiges et des feuilles d’arbres, des spores des fougères, …. Ainsi, la houille a comme origine uniquement végétale. Il existe deux théories qui expliquent la source des matériaux formant la houille :
Origine autochtone : Cette théorie se repose sur la présence des fossiles de troncs d’arbre enracinés dans les bassins houillers, elle justifie ainsi qu’il avait des plantes qui s’élèvaient en ce même endroit, elles en ont vécu avant l’houillification. La houille s’est donc formée sur le lieu même de la croissance du végétal sans être transporté. Elle est dite autochtone comme le cas de grands bassins de l’Angleterre, de la Belgique et du nord de la France [12]. Les figures 3(a, b) nous offrent l’occasion d’observer les fossiles emprisonnés dans les houillères et justifient cette théorie.
Théorie allochtone : Elle montre le bien-fondé de la provenance des particules sources de la houille, contrairement à la théorie autochtone. L’eau, l’air, étant les agents principaux de transport qui jouent : un rôle important pour faire parvenir les débris végétaux riches en spore, pollen, tige, feuille, et un lien où ils vivaient à un autre endroit qui est le bassin d’houillification. C’est pourquoi une telle couche de charbon ne présente aucune trace d’enracinement. En bref, la houille s’est formée là où les plantes n’avaient pas vécu.
Production du charbon de terre
La production mondiale de houille n’a jamais cessé d’augmenter généralement. Cependant, elle ralentissait à une certaine époque surtout durant les deux guerres mondiales (en 1914 et 1945). En 1914 et 1945, la production du charbon atteint respectivement de 1216 et 1432 millions de tonnes contre 3.977 millions de tonnes en 1997, et elle s’élève deux fois plus en 2007, c’est-à-dire, 6,4 milliards de tonnes métriques. Le tableau III illustre la liste des grands pays producteurs de houille. Depuis 1997 jusqu’en 2007, la Chine, les Etats-Unis, l’Australie et la Russie constituent les quatre premiers grands pays producteurs du charbon dont la Chine détient le premier rang avec 2536 millions de tonnes, soit 40% de la production mondiale en 2007 suivi par les EtatsUnis ayant une stabilité proche de 1000 millions de tonnes. C’est un pays qui considère la houille comme capitale et indispensable à ses besoins énergétiques. En sus, les Etats-Unis utilisent le plus d’énergie à cause des demandes de centrales électriques au rythme gigantesque. L’Inde occupe la troisième place et augmente son produit de 320 millions de tonnes en 1977 au 478 Mt en 2007. Une telle production répond à ses besoins locaux du pays en matière d’énergie vue à sa basse qualité (contient d’Arsenic, du soufre, …). L’Indonésie en 2005, multiplie six fois sa production par rapport en 1997 (seulement 55Mt) et puis elle a reconnu une baisse de moitié en 2007 (174Mt) due à la qualité de son charbon. Elle se situe en rang après l’Allemagne qui produit 202Mt en 2007. Par contre, elle précédait l’Allemagne en 2005. Quant à la Pologne, sa production ne cesse de régresser depuis 1997 jusqu’à 2007 de 204 Mt à 145 Mt. Par contre en Kazakhstan, sa production semble stable et varie autour de 95 Mt. En bref, la majorité du charbon produit se situe en Chine, aux USA, en Inde, en Australie et en RSA (Republic South Africa) atteignant à 80% de production mondiale qui est relativement stable.
Importation du charbon de terre
La plupart des pays producteurs du charbon sont aussi exportateurs et importateurs également notamment l’U.S.A , la Chine,l’Australie,l’Afrique du Sud pour des raisons logistiques. Autrement dit, il est plus rentable d’exporter d’une région et en même temps d’importer la houille pour une autre. On peut citer aussi la disponibilité des propres réserves ainsi que le besoins en certaines sortes ou qualité du charbon d’un pays à un autre. Il se trouve que l’importation de ce combustible se concentre surtout dans les zones Atlantique et pacifique avec une quantité de l’ordre de 538 Mt en 2006. Globalement, le taux du charbon importé a connu une croissance de 7% par an entre 2002 et 2006. Au total, le charbon importé sur la zone pacifique s’élève à 228 Mt en 2006 ; une forte croissance d’importation est localisée au Royaume Uni et les Etats-Unis (USA) avec respectivement plus de 20 Mt et 18 Mt. Une augmentation plus modérée sur la zone pacifique ; le Japon, depuis 2002 à 2006 augmente son importation avec 18 Mt de plus suivi de l’Inde (11Mt), la Corée ainsi que la Taiwan.
Transport par voies terrestres
La construction des routes et des rails est indispensable pour le transport du charbon depuis les mines jusqu’aux divers secteurs locaux à l’aide des camions et/ou des trains habituellement. Ces deux machines assurent la distribution du charbon à courte ou à longue distance. Le cas de la Compagnie WorldWide au Canada de l’Amérique du Nord connue par sa meilleure qualité de service, occupe avec efficacité le transport de la marchandise (charbon). Elle porte aux clients le garant du transport sécuritaire et efficace à prix concurrentiel provenant de la houillère à sa destination. Les trains-blocs qui comportent 90 wagons permettent d’accomplir cette mission. On note que ces wagons gros porteurs conçus pour s’intégrer à des trains-blocs se chargent ou se déchargent en quelques minutes seulement sans qu’il soit nécessaire de les dételer. Leur capacité est de dix tonnes métriques. Alors qu’il faut au moins vingt quatre heures environ pour le chargement et le déchargement du pétrole. La ligne ferroviaire de grande capacité (128.700kg) que possède la Compagnie WorldWide et ses points terminaux de charbon situés sur la cote ouest du Canada notamment Ridley Terminals,Washore. Terminals et Neptune Bulk Terminals,contribuent à la réalisation de sa mission pour expédier le charbon vers l’Asie. Le Big Wheel représenté par la figure 7, ayant 7 mètres de hauteur et transporter dans sa benne une charge de 218 tonnes.
Distillation et/ou Cokéfaction
Il s’avère que le processus de ces deux opérations est pareil et aboutissant notablement à la formation des produits riches en carbones à l’état solide, liquide et gazeux. Elles se font à l’aide des cornues réfractaires, on chauffe la houille enfermée à l’abri de l’air dans un vase clos aux environs de 900 à 1200°C pendant 12 à 18h. A 380°C, le charbon se décompose et fond. Il se dégage des matières volatiles non condensables qui sont le CO, le CH4, l’H2, le CO2, … et condensables qui sont le goudron, le benzol, l’alcool. En effet, ces produits gazeux vont passer aux traitements physique et chimique afin de débarrasser ses impuretés à savoir : le goudron, l’ammoniac, le benzol, l’hydrogène sulfuré pour obtenir le gaz épuré dit gaz de ville. A la fin de l’expérience, il ne reste qu’un résidu composé presque uniquement de carbone assez pur, le coke ou semi-coke. Un tel produit brûle sans dégager de suie de fumée ou odeur. Le coke résultant de ces deux phénomènes peut être ainsi criblé afin de classer les morceaux en fonction de leur grosseur. Cependant, la récupération de produit voulu les distingue. Pour la distillation, on s’intéresse aux produits gazeux, le coke n’était que des complémentaires. Contrairement à la cokéfaction ; comme son nom l’indique, elle valorise et considère le coke comme substance essentielle. Par contre, le gaz et les autres produits liquides sont considérés comme des produits résiduels. On sait que pour une tonne de charbon de bonne qualité fournit en moyenne par la distillation et/ou cokéfaction :
320 mètres cubes de gaz
50 kilogramme de goudron
et 750 kilogramme de coke
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LA HOUILLE
I – DEFINITION
II – TRAITS CARACTERISTIQUES DE LA HOUILLE
1 – Aspect extérieur
2-Propriétés physiques
3 – Propriétés chimiques
III – COMPOSITION MINERALOGIQUE
1 – Constitution organique
2 – Constitution minérale
IV- ORIGINE ET FORMATION DE LA HOUILLE
1 – Origine de la houille
1 – 1 – Origine autochtone
1 – 2 Théorie allochtone
2 – Formation de la houille
2 – 1- Phases de la genèse de la houille
2 – 1 – 1 – Etape biologique et biochimique
2 – 1 – 2 – Etape géologique et géochimique
V – VARIETES DU CHARBON
1 – Selon les constituants macroscopiques et microscopiques
2 – En fonction de la teneur en composants volatils et de sa richesse en carbone
VI – HOUILLE DANS LE MONDE
1 – Principaux gisements
1 – 1 – Gisements houillers dans le continent Américain
1 – 2 – Gisements charbonniers en Europe
1 – 3 – Champs houillers en Asie et en Océanie
1 – 4 – Gisements charbonniers en Afrique
2 – Réserve du charbon de terre
2 – 1 – Production du charbon de terre
2 – 2 – Consommation du Charbon de terre
3 – Commercialisation et transport du charbon
3 – 1 – Exportation de la houille
3 – 2 – Importation du charbon de terre
3 – 3 –Marché mondial du charbon
3 – 4 – Transport de charbon de terre
3 – 4 – 1 – Transport par voies terrestres
3– 4 – 2 – Transport maritime
DEUXIEME PARTIE : METHODE DE TRAVAIL ET MATERELS UTILISES
I – METHODE DE TRAVAIL
1 – RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE
1 – 1 – Comme bibliothèques
1 – 2 – Comme centres ou services de documentation et d’informations
2 – ENQUETES SOCIO- ECONOMIQUES
II – MATERIELS UTILISES
III – COMPILATION
TROISIEME PARTIE : LA HOUILLE A MADAGASCAR
I – GISEMENTS HOUILLIERS DE LA SAKOA
1 – Historique des travaux
2 – Contexte géographique et géologique
2 – 1 – Contexte Géographique
2 – 2 – Contexte Géologique
II – TYPES ET TRAITS CARACTERISTIQUES
1 – Types
2 – Traits caractéristiques du charbon de la Sakoa
2 – 1- Réserves
2 – 2 – Qualité
III- EXPLOITATION DU CHARBON
1 – Méthode d’exploitation à ciel ouvert
2 – Système d’exploitation souterraine
IV – TRAITEMENT DU CHARBON
1 – Lavage du charbon
1 – 1 – Criblage
1 – 2 – Epuration
2 – Distillation et/ou Cokéfaction
3 – La liquéfaction du charbon
4 – Les briquettes, un des aspects de valorisation du charbon de terre de la Sakoa
4 – 1 – Compactage
4 – 1 – 1 – Liants
4 – 1 – 2 – Amorces
4 – 1 – 3 – Malaxage
4 – 1 – 4 – Procédé de compactage de la briquette
4 – 2 – Déshydratation
4 – 2 – 1 – Séchage à l’air libre
4 – 2 – 2 – Séchage à atmosphère contrôlée
4 – 3 – Composition
4 – 4 Morphologie
V – POSSIBILITES D’UTILISATION DU CHARBON DE TERRE
1 – Dans les centrales thermiques
2- Dans l’industrie produisant les matériaux de construction
2 – 1 – La briqueterie
2 – 2 – Production de la chaux
2 – 3 – La cimenterie
2 – 4 – Pour le goudronnage
3- Pour les locomotives
4 – Dans la chaufferie
5 – Dans les ménages
6- Cadre agriculture : les cendres
7 – Industrie chimique et pharmaceutique
VI – COMMERCIALISATION DU CHARBON A MADAGASCAR
1 – Importation
2 – Exportation
VII – ANALYSE ECONOMIQUE DE L’EXPLOITATION DU GISEMENT À TRAVERS LES ETUDES REALISEES
1 – Contexte économique mondiale
2 – Contexte économique nationale
3 – Données économiques disponibles
3 – 1 – Les données économiques issues de l’étude technique et économique du consortium WPN – PEG- SIP (1981)
3 – 2 – Données économiques et l’étude du CNRIT
4 – Analyse Force-Faiblesse-Opportunité-Menace (FFOM) de ces deux études économiques
4 – 1- Analyse FFOM de l’étude technique et économique du consortium WPN – PEG- SIP (1981)
4 – 1 – 1 – Force de l’étude
4 – 1 – 2 – Faiblesse de l’étude
4 – 1 – 3 – Opportunité de l’étude
4 – 1 – 4 – Menace de l’étude
4 – 2- Analyse FFOM de l’étude technique et économique du CNRIT(2006)
4 – 2 – 1 – Force de l’étude
4 – 2 – 2 – Faiblesse de l’étude
4 – 2 – 3 – Opportunité de l’étude
4 – 2 – 4 – Menace de l’étude
5 –Projection de l’analyse FFOM sur les perspectives de développement de la région Atsimo Andrefana
6 – Projection de l’analyse FFOM sur les perspectives de développement de Madagascar
QUATRIEME PARTIE : IMPACTS SOCIO-ECONOMIQUES ET INTERET PEDAGOGIQUE
I – CADRE LEGISLATIF
II – IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
1 – Impacts positifs
2 – Impacts négatifs
2 – 1 – Milieu physique
2 – 1 – 1 – Air
2 – 1 – 2 – Eaux de surface et eaux souterraines
2 – 1 – 3 – Sols
2 -1 – 4 – Végétations et Animaux
2 – 1 – 5 – Bruits
2 – 2 – Milieu social et économique
3 – Les mesures à prendre
3 – 1 – Mesures d’atténuation
3 – 1 – 1 – Sur le plan environnemental
3 – 1 – 2 – Sur le plan social
3 – 2 – Mesures de prévention des risques et dangers
III – INTERET PEDAGOGIQUE
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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