Soutenance mémoire
Un processus géologique lent
La formation du charbon a commencé il y a environ 250 à 300 millions d’années à la fin de l’ère primaire, à l’époque du carbonifère. Une forêt tropicale recouvrait toutes les terres émergées. A cette végétation, s’ajoutait une eau abondante qui stagnait en marécages. A leur mort, les plantes se déposent en quantité importante sur le sol humide. Les bactéries qui détruisent aujourd’hui les végétaux n’étaient pas encore assez évoluées pour décomposer l’importante masse végétale. Elles se forment alors d’immenses tourbières, des cuvettes naturelles où l’eau et les végétaux se mélangent et forment une boue de feuilles, de troncs et de tiges en décomposition. Deux types d’endroits sont propices à la formation de ces tourbières : les basins limniques et les bassins paraliques. Les premiers sont en bord de mer, en transition entre le milieu marin et milieu continental, dans des plaines basses, dans des régions de delta ou de lagunes. Ils sont donc une certaine saleté, sont en communication avec le milieu marin et ont une production biologique importante notamment au niveau du phytoplancton. Ce sont ces caractéristiques qui les différencient des bassins limniques qui eux se sont formés dans des poches constituées par le relief. Ils sont souvent plus étroits mais aussi plus étendus que les bassins paraliques et se caractérisent par des affaissements plus marqués. Ces immenses cuvettes marécageuses vont ensuite être englouties par les brusques changements de niveau des océans ou des pluies intenses puis recouvertes par des boues, des poussières, des sédiments marins… Quand l’eau se retire, la végétation reprend immédiatement sa place, pousse, grandit et meurt de nouveau. Elle forme de nouvelles tourbières qui seront à leur tour recouvertes. Ces couvertures successives de matières vont se retrouver emprisonnées dans le sous-sol : elles vont devenir des couches souterraines. Elles vont alors lentement se tasser, se compacter, et subir la pression et la chaleur des profondeurs du sous-sol : c’est ainsi que ces <> vont se transformer. A l’abri de l’air, la houille végétale commence à fermenter. A l’intérieur de ces poches, les plantes contiennent encore beaucoup de carbone : c’est ce carbone qui va se <> et devenir solide. Dans le même temps, les teneurs en autres substances (matières volatiles, eau, …) diminuent. Ce cycle va durer plusieurs dizaines de millions d’années jusqu’à la fin du Carbonifère. En effet, l’accumulation de végétaux est trop faible pour que les bactéries n’aient plus le temps de digérer les végétaux morts.
L’exploitation à ciel ouvert
L’exploitation d’un gisement consiste à dégager le charbon du sous-sol afin de l’amener à la surface. Ce mode d’extraction prend la forme d’une carrière. Il existe quelques méthodes d’exploitation : méthode par gradients, méthode par abattage continue… L’extraction à ciel ouvert est intéressante que la mine souterraine. Le mineur est à l’air libre, respire moins de poussières de charbon nocives pour sa santé, et peut utiliser des machines beaucoup plus imposantes et puissantes. Elle présente l’avantage, par rapport aux exploitations souterraines, d’une productivité nettement supérieure, d’une mine en exploitation rapide (2 à 5 ans au lieu de 10 ans), de d’exploitation plus réduits et de conditions de travail moins dangereux. Ce mode d’extraction est aujourd’hui appliqué aux Etats-Unis et en Russie.
Combustion directe : la production d’électricité
De nos jours, en dehors de l’utilisation particulière, le charbon n’est brûlé directement que pour produire de l’électricité dans les centrales thermiques. Ce secteur est principal consommateur mondial de charbon : il absorbe 78% de la production mondial de charbon. Le charbon est réduit en poudre, puis injecté dans la centrale thermique. Il permet de chauffer de l’eau circulant dans des tubes à l’intérieur des chaudières, qui se transforme alors en vapeur. Celle-ci est ensuite dirigée sous pression vers des turbines qu’elle va entraîner et de faire ainsi tourner un alternateur qui produira un courant électrique alternatif. Un transformateur va, à la sortie, élever la tension du courant produit par l’alternateur pour qu’il puisse être facilement transporté dans des lignes à très haute tension. A la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un condenseur dans lequel circule de l’eau froide en provenance de la mer ou d’un fleuve. L’eau ainsi obtenue est récupérée et circule à nouveau dans la chaudière pour recommencer un nouveau cycle. L’eau utilisée pour le refroidissement est constituée à son milieu ou renvoyée dans le condenseur. Les rendements de ces centrales ne dépassent pas les 45% pour le plus performantes d’entre elles, ils se situent généralement aux alentours de 35% à 40%. La part du charbon dans la production mondiale d’électricité est en constate augmentation, portée par les économies émergentes : elle atteint aujourd’hui 40% de la production d’électricité. L’innovation dans ce domaine est permanente, et de nouvelles centrales thermiques apparaissent : les centrales à lit fluidisé et plus récemment les centrales IGCC (Gazéification intégrée du charbon dans des cycles combinés). Elles ont pour but de réduire les émissions de polluants dans l’atmosphère et d’augmenter le rendement. Le charbon ne brule plus avec de l’air simple, mais uniquement avec de l’oxygène pur. Cette différence à pour effet de faire disparaître l’azote et les oxydes d’azotes toxiques des fumées de combustion. Les principaux clients sont les producteurs de charbon évidement (la Chine, la Russie, ou encore les Etats-Unis) mais aussi des pays d’Europe comme l’Allemagne, l’Italie et les Pays-Bas.
Processus de fabrication de ciment
Quelque soit le procédé utilisé, la fabrication du ciment doit comprendre les étapes suivantes :
Approvisionnement en matières premières (calcaires et argile) : les matières premières sont extraites de carrière généralement assez ouvert. Les blocs obtenus sont concassés pour être réduits en élément de taille moyenne entre 20 et 5cm qui vont être envoyé vers le système de dosage de mélange cru.
Dosage du mélange cru : il permet d’atteindre ou d’approcher par un choix judicieux de la composition du mélange cru en ces différents constituants. La composition minéralogique prévu qui correspond à un ciment aux propriétés mécaniques bien définie.
Préparation du mélange cru : le mélange cru est préparé automatiquement sous forme de granule (voie semi-sèche ou semi-humide) ou sous forme de pâte (voie humide) en fonction de la technique de fabrication utilisée.
Cuisson : le mélange cru convenablement préparer est cuit à haute température (1400 à 1500°C) pour obtenir le clinker.
Traitement du clinker et conditionnement : le clinker sorti du four est envoyé vers un dépôt pour une durée d’au moins 15 jours pour permettre le refroidissement définitive et le polissage. Il est ensuite broyé avec du gypse (CaSO4, 2H2O) à raison de 4 à 5%. Ainsi que les autres constituants si l’on veut obtenir d’autre type de ciment. Il existe deux procédés extrêmes de fabrication. Le procédé par voie humide : le mélange cru dosé et broyé avec de l’eau pour former une pâte que l’on envoie dans le four ; d’une part et d’autre part, le procédé par voie sèche : les matières premières sont broyées à sec et envoyées à l’état sec dans le four. Entre ces deux cas, il existe d’autres procédés par exemple ceux par voie semi-sèche et voie semi-humide ; c’est le cas de l’Holcim Madagascar.
Appréciation de l’emploi du charbon
Le charbon de la Sakoa a des caractéristiques satisfaites pour l’usage domestique (dans la cimenterie). Leur pouvoir calorifique correspond à l’énergie utile dans la cimenterie. Pour la stabilité du procédé de cuisson : le problème fréquemment rencontré est le bouchage de la partie amont du four et de la partie inférieure du préchauffeur; ce phénomène s’explique par la volatilisation en zone de cuisson des sulfates alcalins et de calcium, suivie d’une recondensation en amont du four et en partie basse du préchauffeur qui conduit à des concrétions importantes. Une amélioration de la combustion est nécessaire pour éliminer ces problèmes (finesse accrue du combustible, et tuyère à haute impulsion).C’est-à-dire, on va pulvériser le charbon avant l’utilisation : le «charbon pulvérisé» correspondant- lui – à une taille inférieure à 3 [mm].
Les différents types de la chaux à Madagascar
Dans le langage courant, on utilise le mot chaux tout cours mais il désigne des réalités bien différentes, suivant sa composition chimique, ses propriétés et ces applications. On peut classer les chaux en deux types :
• Les chaux aériennes : obtenues par calcination des pierres calcaires ou dolomites pures (5% de matières argileuses et 95% de carbonates) qui ont appelé aussi dans le passé des chaux grasses. Elles se présentent sous deux formes : vives (oxyde de calcium ou CaO) et hydratées (Hydroxyde de calcium ou Ca(OH)2 ou chaux éteintes)
• Les chaux hydrauliques : obtenues par la calcination des calcaires contenant entre 8 et 20%. Il faut noter que les chaux hydrauliques peuvent prendre sous l’eau.
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Table des matières
Partie – I
Chapitre – I- HISTOIRE ET FORMATION DU CHARBON DE TERRE
I- Généralité sur le charbon de terre
I-1- Historique : [1] et [2]
I-2- Définitions et terminologies :[3] et [4]
I-3- Les différents types de charbons et leurs caractéristiques
I-3-1- La tourbe :[5]
I-3-2- Le lignite :[4] et [6]
I-3-3- La houille : [7]
I-3-4- L’anthracite : [7] et [8]
I-3-5- Les demi-gras et gras : [7]
I-3-6- Les flambants (gras ou secs) : [7]
I-4- Les causes de l’emploi du charbon de terre : [2]
II- Les étapes de transformation du charbon de terre
II-1- Un processus géologique lent : [3], [7], [9] et [10]
II-2- Les critères de caractérisation des différents charbons : [4], [11]
II-2-1- Indice de matières volatiles ou MV
II-2-2- Pouvoir calorifique
II-2-3- Pourcentage d’humidité
II-2-4- Teneur en cendres
II-2-5- Granulométrie
II-2-6- Indice de gonflement
III- Les réserves combustibles de Madagascar : [11]
III-1- Introduction
III-2- Localisation géographique et administrative de la Sakoa
III-3- Les réserves de charbons dans la région du moyen Onilahy
Source : RESERVES Minières de Madagascar
III-4- Caractéristique générale de ces charbons
Chapitre – II- EXPLOITATION DU CHARBON DE TERRE
I- La recherche de gisements
I-1- Un sous-sol tourmenté : [1] et [10]
I-2- Exploitabilités des gisements: [1] et [10]
II- L’exploitation à ciel ouvert : [1], [9], [10] et [13]
III- Les mines souterraines
III-1- Le carreau de mine
III-2- L’excavation de la mine
III-3- Le chantier d’abattage : [9], [14], [15] et [16]
III-3-1- La méthode des chambres et piliers
III-3-2- La méthode de la taille
III-4- Les difficultés liées à l’extraction du charbon
III-5- L’exploitation du charbon de terre à Sakoa : [22]
III-5-1- Description du projet du Pan African Mining Corp
III-5-2- Description du projet de la MCM ou Madagascar ConsolidateMining
III-5-3- Processus d’exploitation
Chapitre – III- UTILISATION DU CHARBON DE TERRE
I- Les transformations avant combustion
I-1- L’agglomération : [14]
I-2- La cokéfaction : [9], [14], [17] et [18]
I-2-1- Elaboration de la pâte à coke
I-2-2- Cuisson
I-2-3- Défournement et extinction
II- Combustion directe : la production d’électricité : [3] et [14]
III- Autres procédés
III-1- La gazéification : [9], [14], [19] et [21]
III-2- La liquéfaction du charbon : [14] et [19]
III-2-1- Voie directe
III-2-2- Voie indirecte
III-3- La carbochimie : [9], [14] et [19]
IV- Technologies de combustion du charbon : [4]
IV-1- Rappel sur la combustion
IV-1-1- Equation de base de combustion
IV-1-2- Détermination de la quantité d’air nécessaire
IV-1-3- Détermination de la quantité de gaz brûlé
IV-1-4- Formule de FELHING et ROSIN
IV-2- Technologie de combustion
IV-2-1- La combustion du charbon pulvérisé (CCP)
IV-2-2- La combustion en lit fluidisé (CLF)
IV-2-3- La combustion dans les centrales électriques
Chapitre – IV- Les matériaux de construction : les briques, le ciment et la chaux
I- Les briques : [4]
I-1- Généralité sur les briques
I-1-1- Définition
I-1-2- Les différents types des briques
I-2- Processus de fabrication
II- La chaux
II-1- Généralité sur la chaux : [23]
II-1-1- Définition
II-1-2- Classification de la chaux
II-2- Processus de fabrication de la chaux
II-2-1- La température et durée de cuisson
II-2-2- Résumer de la fabrication de la chaux
III- Le ciment : [24]
III-1- Généralité sur le ciment
III-2- Processus de fabrication de ciment
Partie – II
Chapitre – I- CARACTERISATION DU CHARBON DE LA SAKOA
I- Préparation du charbon avant l’expérience et détermination des caractéristiques physicochimiques du charbon
I-1- Préparation des échantillons
I-1-1- Séchage
I-1-2- Concassage
I-1-3- Broyage
I-1-4- Tamisage
I-2- Méthodes de détermination des caractéristiques physico-chimiques du charbon de terre
I-2-1- Densité
I-2-2- Humidité
I-2-3- Perte au feu
I-2-4- Matières volatiles
I-2-5- Teneur en cendres
I-2-6- Dosage en soufre
I-2-7- Teneur en carbone fixe : Cfix
I-2-8- Pouvoir calorifique
II- Résultats et interprétation
Chapitre – II- UTILISATION DU CHARBON DE LA SAKOA POUR LA CUISSON DES BRIQUES ET CIMENT
I- La cuisson des briques et les combustibles utilisés
I-1- Les combustibles utilisés pour la cuisson
I-2- L’évolution de la température
I-3- Cas d’utilisation du charbon de la Sakoa pour la fabrication des briques artisanales
I-3-1- Introduction
I-3-2- Buts de l’utilisation du charbon de la Sakoa
I-3-3- Le pouvoir calorifique des combustibles
I-3-4- Caractéristiques du four
I-3-5- Conclusion
II- La cuisson du ciment
II-1- Aperçu sur les principales réactions mis en jeu lors de la cuisson
II-2- Cuisson : les combustibles actuels
II-3- Cas d’utilisation du charbon de terre de la Sakoa
II-3-1- Introduction
II-3-2- Caractéristiques de fours
II-3-3- Appréciation de l’emploi du charbon
II-3-4- Désulfuration
II-3-5- Fonctionnement
II-4- Conclusion
Chapitre – III- Possibilité d’utilisation du charbon de la Sakoa pour la cuisson de la chaux
I- La cuisson de la chaux actuellement
I-1- Les différents combustibles utilisés actuellement
I-2- L’utilisation de charbon de bois : cas de la Société Malagasy Gypum (SOAMBATO)
I-2-1- Présentation de la Société
I-2-2- Procédé de fabrication
I-2-3- Quelques propositions
II- Cas d’utilisation de charbon de terre de la Sakoa
II-1- Introduction
II-2- Analyse de la matière première (calcite : CaCO3)
II-2-1- Détermination de taux de CaO
II-2-2- Détermination de perte au feu
II-2-3- Résultats
II-2-4- Interprétation
II-2-5- Caractéristiques du four
II-2-6- Combustible nécessaire et durée de cuisson
II-3- Conclusions
Partie – III
Chapitre – I- Etude de marché : cas de la Chaux
I- Généralités sur l’utilisation de chaux
I-1- Utilisation de la chaux
I-1-1- Les normes
I-1-2- Domaines d’utilisation de la chaux
I-2- Les différents types de la chaux à Madagascar
II- Etudes théoriques
II-1- Etude de l’évolution de marché
II-1-1- Analyse de production
II-1-2- Technique d’ajustement
II-2- Etude de prévision
II-2-1- Erreur de prévision
II-2-2- Espérance mathématique de l’erreur de prévision
III- Application
III-1- Les sociétés productrices de chaux
III-2- Capacité de production
III-3- Résultats des applications numériques
III-3-1- Résumé
III-3-2- Résultats de l’étude de prévision
III-3-3- Courbe d’évolution de production de chaux
III-3-4- Interprétation
III-3-5- Evolution du prix
III-3-6- Interprétation
IV- L’avenir de la chaux à Madagascar
IV-1- La situation actuelle
IV-2- La perspective de la chaux
IV-2-1- Réserves en matières premières
IV-2-2- Combustibles indispensables pour la production
IV-3- Conclusion
Chapitre – II- ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL
I- NOTION SUR L’ENVIRONNEMENT [25]
I-1- Définitions
I-2- Buts
I-3- Décret MECIE
I-3-1- EIE (étude d’impact environnemental)
I-3-2- PREE (programme d’engagement environnemental)
II- ANALYSE DES EFFETS DU PROJET SUR L’ENVIRONNEMENT
II-1- Schéma général du projet
II-2- Impact sur le milieu humain :
II-3- Impact sur le milieu naturel
II-3-1- Impact visuel
II-3-2- Impacts sur les sols, flore et la faune
II-3-3- Impact sur l’air en particulier les odeurs
II-3-4- Impact sur les eaux (y compris les boues)
III- LES RAISONS DU CHOIX DU PROJET
III-1- Objectifs
III-2- Choix du site
III-2-1- Gisement
III-2-2- Reprise de l’exploitation
III-2-3- Contrainte due au système écologique
III-3- Nécessité du projet
IV- MESURES PREVUES
IV-1- Mesures envisagées sur les activités d’exploitation
IV-2- Mesures envisagées sur le site et ses environs
IV-3- Mesures envisagées sur le milieu humain
IV-4- Mesures envisagées sur le paysage
V- REMISE EN ETAT DU SITE
V-1- Réhabilitation de la zone d’exploitation
V-2- Intégration du site dans leur environnement
V-3- Conclusion
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