PROCESSUS CHIMIQUE DE FORMATION AMENANT A LA NATURE DU CHARBON

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PROCESSUS CHIMIQUE DE FORMATION AMENANT A LA NATURE DU CHARBON 

PROCESSUS CHIMIQUE DE LA FORMATION DU CHARBON

Les étapes suivantes se succèdent avant que les sédiments emprisonnés se décomposent :
– Les quantités énormes de débris végétaux sont transportées et déposées dans les lagunes à proximité immédiate des forêts ou végétation luxuriante ;
– La couche végétale ainsi constituée est recouvertepar les eaux encore chargées de débris organiques qui s’y décantent ;
– Des sédiments minéraux alluvionnaires, sableux ou réseuxg se déposent en couverture de la couche de débris.
A la suite de cela, la transformation de la bouillie végétale se fera sous l’action de divers agents physiques et chimiques.
On observe en premier lieu une décomposition bactérienne anaérobie suite à une fermentation des sédiments végétaux. Ces derniers s’enrichissentalors fortement en hydrogène et en carbone.
Puis des conditions géologiques telles que l’élévation de température et de pression dans le sol, appuyée par une atmosphère humide et chargée ne CO2 au sein des sédiments en décomposition, finissent de donner les caractéristiques du combustible résultant.
L’action microbienne entraîne un enrichissement des sédiments végétaux par la fermentation. Il y a oxydation intra moléculaire libérant des produits à pouvoir énergétique nulle telle que l’eau et le CO

Le pouvoir énergétique de la matière en putréfaction augmente en fonction de cette libération.

Ce phénomène de fermentation attaque la cellulose et notamment les pectines et lignines.
La cellulose est dégradée dans le sol et dans les auxe par d’innombrables agents cellulolytiques. La fonction cellulolytiques est répartie dans de très nombreux groupes bactériens et champignons. L’activité cellulolytiqu de ces micro organismes est due à leurs enzymes cellulases et hydrolases constituées par deux composants : l’un Cl sectionne la cellulose en éléments à chaînes linéaires, l’autreCx, en faisant de même, clive les chaînes au hasard en produits solubles de faible poids moléculaire. La chaîne de la réaction peut être schématisée comme suit :

NATURE DES DIFFERENTS TYPES DE CHARBONS

La tourbe :

C’est une matière de couleur noirâtre ou brune, due à l’accumulation peu compacte de végétaux dont l’état de décomposition est assez inégal. Elle A une teneur en eau très faible et possède une densité voisine de l’unité. Son faibleteneur en carbone fait d’elle un combustible médiocre, imparfait et à faible pouvoir calorifique. En l’examinant de près, on peut encore distinguer les fibres végétales incomplètement transformées.
Le lignite :
De couleur noirâtre et parfois franchement brune, i ssue de la transformation de débris ligneux jusqu’à une sorte de gel colloïdal qui se f orme en durcissant dans la matière fondamentale du lignite. Il a un aspect terne plus ou moins schisteuse et friable à poussière brune. Il contient 60 à 70% de carbone d’où son pou voir calorifique acceptable lors de sa combustion. Il s’allume facilement et brûle avec une flamme et fumée à odeur bitumineuse en laissant une sorte de braise qui continue à brûler même quand la flamme est éteinte.
Il existe une grande variété de lignites, seloneurl age de formation, ils s’approchent de la houille s’ils sont très anciens et constituent un type de charbon à caractéristiques meilleures. On estime ainsi qu’il a manqué de 100 à 50 millions d’années au lignite pour devenir de la houille grasse.
La teneur en eau des lignites est toujours très élevée, allant de 20 à 40%. Il en est de même des matières volatiles, 40 à 60% et parfois d’avantage. Le lignite contient souvent de la pyrite qui dégage des gaz sulfureux ou même de l’acide sulfurique sous forme gazeux. Sa densité va de 0,5 à 1,2.
Leur pouvoir calorifique varie suivant la teneur en carbone et l’age mais ne dépasse pas les 7600 kilocalories par kilogrammes.
Du point de vue structure, les plus durs, compacts et homogènes, sont les plus vieux, au pouvoir calorifique le plus élevé. Les plus jeunes se présentent sous la forme de feuilletage, c’est-à-dire que les couches végétales recouvertes par les sédiments alluviaux pendant le processus de formation, n’ont pas eu le temps de s’ agglomérer ou de fondre en une masse.
La houille :
De couleur noire mate ou brillante, son éclat est vitreux à résineux. Sa transformation date de l’ère primaire, ce qui explique sa forte teneur en carbone, sa dureté et bien d’autres caractères encore. Elle est issue de l’accumulation des débris végétaux de la forêt primaire dont les plantes étaient géantes.
La houille brûle avec une flamme relativement longue suivant sa teneur en matières volatiles. Elle laisse après grillage au feu une masse appelée coke dont l’utilisation occupe une large place dans la sidérurgie et les générateurs d’énergie.
Elle a une teneur en eau de 2 à 7% et de densité 1,2 à 1,5. Il existe un mode de classement assez généralisée de la houille suivant ses capacités à être cokéfiable et ses valeurs calorifiques.
Au sommet de ce classement, on rencontre l’anthracite, contenant une très faible quantité de matières volatiles et ayant les meilleurs pouvoirs calorifiques (8400 à 8600 kilocalories par kilogramme de combustible).
L’anthracite est issu d’une transformation métamorphique de la houille. Pour cela, elle a une meilleure densité (1,7) et dureté, et se présente comme étant plus massive et homogène.

CLASSIFICATIONS CHIMIQUES 

Elles sont fondées sur l’analyse “industrielle”, au trement dit sur le comportement d’une houille lors de sa combustion. Pour en comprendre le principe, il suffit de savoir qu’un échantillon chauffé à un peu plus de 100°C commence par perdre de l’eau: c’est l’ humidité. Puis, à 960°C, s’échappe une certaine quantité d’hydrocarbures: les matières volatiles, ou M.V. Il reste le carbone fixe. Les cendres représentent les matières minérales non combustibles. On tient compte également du pouvoir calorifique. Le fuel ratio exprime le rapport du carbone fixe sur les matières volatiles.
La classification la plus utilisée en France restecelle, ancienne, qui est dite “utilitaire”, de Grüner. En partant des houilles les plus riches en carbone fixe, nous trouvons d’abord des charbons maigres, avec 10 p.100 ou moins encore de M.V. et, à l’autre bout de la classification, des charbons flambants, des charbons gras à gaz, avec 40 p.100 ou plus de matières volatiles.
Remarques :
1. Sur la structure du charbon :
Selon le jargon minier français, M. C. Stopes a défini clairement, dès 1919, quatre constituants essentiels visibles à l’œil nu ( litho types).
L’empilement de lits de différentes natures que l’on peut voir à l’œil nu sur un bloc de charbon, est classé suivant ces caractéristiques :
– Fusain : substance mate pulvérulente, tachant les doigts et formant des lentilles inter stratifiées ;
– Durain : substance dure, mate à cassure grenue ;
– Clarain : substance dure, brillante à cassure lisse ;
– Vitrain : substance tendre homogène, fendillée et àl’état vitreux.
Seuls les houilles et lignites présentent ces structures.
2. Sur la différence nette entre houilles, anthracites et lignites :
Comme la houille, les lignites sont d’origine végétale mais ils sont issus de végétaux différents, compte tenu de l’évolution du monde des plantes au fil des millénaires ou généralement au fil des temps géologiques à l’échelle du million d’années. Ce monde végétal ne restera pas le même pour l’ère secondaire et tertiaire qui génèrent le lignite actuel, en le comparant aux végétaux de l’ère primaire dont on reti la houille et l’anthracite. Tout cela explique le fait qu’en moyenne, une tonne de lignite équivaut, de point de vue énergétique, à 0,3 tonne de houille de moyenne qualité et à 0,08 tonne d’anthracite.

RESERVE MONDIALE DE CHARBON, UTILISATIONS ET IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT DE SON EXPLOITATION

LES RESERVES MONDIALES DE CHARBON

On distingue les ressources totales, les réserves connues ou mesurées et les réserves économiquement récupérables. Les estimations de cesdifférentes variables portent uniquement sur les gisements terrestres.
Les gisements marins sont sans doute, considérables, comme on peut le déduire de la présence de nombreux gisements de gaz naturels qui, bien souvent, sont proches de formations géologiques charbonnières. Plusieurs minerais constituent les réserves mais les deux grandes catégories sont la houille et le lignite dont le pouvoir énergétique est assez faible que la première mais qui pour autant entre pour plus d’un cinquième dans le total des réserves mondiales.
Les ressources totales sont élevées. Les estimation courantes les situent entre 10000 milliards et 11000 milliards de tonnes. Les réserve économiques récupérables sont actuellement estimées de manière convergente à plus de 650 milliards et moins de 1060 milliards de tonnes de houilles, et ceci après conversion des réserves de lignites, soit environ 500 milliards de tonnes équivalent pétrole (tep) ou3000 milliards de barils. Donc encore cinq fois le niveau des réserves prouvées de pétrole.
En plus de cela, les recherches et les découvertes de nouveaux gisements accroissent ces valeurs données sus-citées, que ce soit celle esd ressources prouvées, probables (extrapolation sur la superficie des gisements connus) et possibles (estimés d’après les configurations géologiques), ce qui fait qu’à présent, les chiffres sont toujours révisés à la hausse.
80 pays possèdent des gisements houillers ; une dizaine détiennent les 90% et les 70% appartiennent à l’ensemble de ces pays : USA, ex UR SS dont l’Ukraine, la Chine, l’Allemagne et la Grande-Bretagne.
La répartition des ressources géologiques diffère ensiblement de celle des réserves récupérables. Cependant, d’importants accroissement de réserves sont à prévoir en Russie, Chine et Pologne ; et que d’autres sont en cours en Australie et Afrique du Sud.
Actuellement, on estime à 632,2 milliards de tonnes de houilles et 524,1 milliards de tonnes exploitables de lignites. Toujours est-il que les réserves totales de charbons représentent 80% des ressources fossiles exploitables.
Il est à noter que les estimations se faisaient au fur et à mesure des découvertes faites au niveau du monde entier et que les chiffres évoluent sensiblement. Le tableau suivant ne sera alors que l’aspect de l’envergure des gisement s mais ne tiendra pas compte de la précision des estimations sans toutefois fausser les approximations qui sont quasi vraies ou se situent au voisinage des vraies capacités des gisements charbonniers.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : GENERALITES ET RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
I. LE CHARBON, UN COMBUSTIBLE ENERGETIQUE
I.1. INTRODUCTION
I.2. HISTORIQUE
I.3. FORMATION ET COMPOSITION
I.3.1. LA SEDIMENTATION HOUILLERE
I.3.2. PROCESSUS CHIMIQUE DE FORMATION AMENANT A LA NATURE DU CHARBON
II. RESERVE MONDIALE DE CHARBON, UTILISATIONS ET IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT DE SON EXPLOITATION
II.1. LES RESERVES MONDIALES DE CHARBON
II.2. LES PRINCIPALES USAGES DU CHARBON
II.2.1. PRODUCTION D’ELECTRICITE
II.2.2. USAGES INDUSTRIELS
II.2.3. USAGES CHIMIQUES
II.3. LES NUISANCES CHARBONNIERES
II.3.1. RISQUES DIRECTS AFFECTES AUX EXPLOITATIONS
II.3.2. LES EFFETS DE L’EXPLOITATION DU CHARBON SUR L’ENVIRONNEMENT
III. CONCLUSION
PARTIE II : LE CHARBON DE TERRE A MADAGASCAR
I. LE CHARBON DE SAKOA
I.1. HISTORIQUE
I.2. LES BASSINS HOUILLERS DE LA SAKOA
I.3. CADRE GEOLOGIQUE
I.4. UTILISATIONS POSSIBLES
II. LE LIGNITE D’ANTANIFOTSY
II.1. GENERALITES
II.2. CARACTERISTIQUES ET DONNEES ANALYTIQUES
II.2.1. TONNAGE PROBABLE
II.2.2. TONNAGE POSSIBLE
III. LA TOURBE DE LA PLAINE D’ANTANANARIVO
III.1. GENERALITES
III.2. LOCALISATION DES ZONES A TOURBIERES
III.2.1. LE MARAIS LANIERA
III.2.2. LA PLAINE TANJOMBATO-ALASORA
III.2.3. LA PLAINE FENOARIVO-FALIARIVO
III.2.4. LA PLAINE ITAOSY-AMBOHITRIMANJAKA
III.3. ESTIMATION DES RESERVES
III.4. CARACTERISTIQUES
PARTIE III: RECHERCHES ET PROSPECTIONS DE CHARBON DE TERRE DANS LA REGION D’ITASY
I. ANALYSE GEOLOGIQUE DE LA FORMATION CHARBONNIERE
II. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES GENERALES DE LA REGION
II.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE
II.2. TOPOGRAPHIE ET RELIEF
II.2.1. LES HAUTS PLATEAUX MERIDIONAUX
II.2.2. LES HAUTES COLLINES LATERITIQUES
II.2.3. LE PLATEAU DE VALALAFOTSY
II.2.4. LES DEPRESSIONS MARECAGEUSES
II.2.5. LE MASSIF D’ITASY
II.3. HYDROGRAPHIE
II.4. CLIMATOLOGIE
II.5. PLUVIOMETRIE
II.7. DEMOGRAPHIE
III. CHOIX DES ZONES DE PROSPECTIONS
III.1. LA PROSPECTION
III.2. LES PHASES DE LA PROSPECTION
III.3. CRITERES DE CHOIX DES ZONES DE PROSPECTIONS
IV. LES ZONES DE PROSPECTIONS
V. RECHERCHE DES GISEMENTS POSSIBLES ET PROBABLES
V.1. PHASE D’IDENTIFICATION
V.2. PHASE D’EXPLORATION
V.3. LA PROSPECTION STRATEGIQUE ET GENERALE
V.3.1. PREMIERE ETAPE DE LA PROSPECTION STRATEGIQUE EFFECTUEE DANS
LA REGION D’ITASY
V.3.2. DEUXIEME ETAPE : RECONNAISSANCE PRELIMINAIRE DU TERRAIN
V.4. LA PROSPECTION TACTIQUE
VI. EXPRESSION DES RESULTATS
VI.1. LA ZONE MIARINARIVO, ANALAVORY ET IFANJA
PARTIE IV : VALORISATION ET ETUDE D’OPPORTUNITE
I. VALORISATION DU LIGNITE
I.1. ANALYSE GLOBALE DES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES ECHANTILLONS
I.1.1. TAUX D’HUMIDITE W
I.1.2. TAUX DE CENDRES A
I.1.3. INDICE DE MATIERES VOLATILES F
I.1.4. TENEUR EN SOUFRE S
I.1.5. TAUX DE CARBONE FIXE CFIX
I.1.6. POUVOIR CALORIFIQUE
I.1.7. RECAPITULATION ET COMMENTAIRES
I.2. ESSAI D’EQUIVALENCE
I.3. RESULTATS DES MEMES ANALYSES SUR LES AUTRES ECHANTILLONS
II. ETUDE D’OPPORTUNITE
II.1. ANALYSE STATISTIQUE DE LA POPULATION DE LA REGION D’ITASY
II.1.1. CALCUL DU COEFFICIENT DE CORRELATION
II.1.2. ESTIMATION DE LA POPULATION AVENIR
II.2. ESTIMATION DE LA CONSOMMATION EN COMBUSTIBLE LIGNEUX
II.3. ESSAIS DE SUBSTITUTION DES COMBUSTIBLES LIGNEUX PAR LE LIGNITE
II.4. PREVISIONS SUR LES CONSOMMATIONS AVENIR EN LIGNITE
III. EFFETS SUR LA POLITIQUE ENVIRONNEMENTALE
III.1. APPROCHE STATISTIQUE
III.2. APPLICATION A LA REGION D’ITASY
III.2.1. APPLICATION A LA ZONE TOTALE D’ITASY
III.2.2. APPLICATION A L’ECHELLE DE SOAVINANDRIANA
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
BIBLIOGRAPHIE

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