Dossier : Le charbon, une énergie toujours en croissance

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Décryptages

L’utilisation du charbon : électricité, sidérurgie, pétrochimie

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Chauffage domestique, alimentation de chaudières industrielles, production de fonte ou d'essences synthétiques : les utilisations du charbon sont multiples. Selon sa qualité, le charbon peut en effet être brûlé, transformé en coke ou gazéifié. 

Charbon utilisation
Le charbon est aujourd'hui principalement utilisé dans des centrales industrielles de génération électrique. © Thinkstock

Les centrales thermiques à charbon 

Le charbon est toujours employé comme combustible Un combustible désigne tout composant ou matière solide, liquide ou gazeux susceptible de se combiner à un oxydant... de nos jours. Son usage pour le chauffage domestique recule et c'est l'alimentation de chaudières industrielles qui domine.
La production d'électricité est ainsi devenue aujourd'hui l'utilisation principale du charbon, au travers des centrales thermiques à flamme.

Le principe est simple : le charbon est brûlé dans une chaudière. La chaleur Aujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... dégagée transforme de l'eau en vapeur. Celle-ci entraîne une turbine couplée à un alternateur qui génère l'électricité. En traversant le condenseur qui la refroidit, la vapeur se retransforme en eau, puis repart pour un nouveau cycle vers la chaudière.

La production d'électricité est aujourd'hui l'utilisation principale du charbon.

La sidérurgie et l'industrie

En sidérurgie, on emploie du charbon concentré en carbone quasi pur, le coke Le coke est un dérivé du charbon traité par pyrolyse. Il est composé de carbone presque pur... . Il est utilisé dans les hauts-fourneaux, des fours industriels où, mélangé à du minerai de fer, il donne de la fonte (alliage de fer et de carbone, précurseur de l'acier) par réduction des oxydes de fer.

La fabrication du coke, ou cokéfaction La cokéfaction du charbon ou des résidus lourds de la distillation des bruts pétroliers est un procédé thermique... , consiste à porter un mélange de charbons de bonne qualité, la pâte à coke, à une température de 1 000 °C. Ce processus nécessite des batteries de plusieurs dizaines de fours de 8 mètres de haut.

Cette pyrolyse La pyrolyse (ou thermolyse) est la décomposition d'un composé organique par la chaleur, effectuée en l'absence d'oxygène ou en atmosphère pauvre en oxygène... libère notamment des gaz que l'on traite par refroidissement et avec des solvants. Pour 1 million de tonnes de charbon, on récupère ainsi :

Il existe aussi des unités de pyrolyse plus petites, adaptées à divers types de charbons.
Elles produisent des cokes spéciaux, comme les cokes de lignite Roche intermédiaire entre tourbe et charbon, composée à 70 / 75 % de carbone... , qui peuvent remplacer le charbon de bois Le charbon de bois est du carbone produit par pyrolyse du bois en l'absence d'oxygène... (voir encadré).

À environ 700 °C, la pyrolyse permet de conserver des molécules aromatiques lourdes, les goudrons phénolés. Après traitement, ils serviront à fabriquer des insecticides, des fongicides, des anti-oxydants et des résines formophénoliques utilisées pour accélérer le séchage de vernis ou d'encres.

La carbochimie : production d'hydrocarbures

La gazéification du charbon est de plus en plus utilisée dans des processus industriels, par exemple dans des centrales électriques à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI).

Le charbon peut en effet être gazéifié en présence d'oxygène et de vapeur d'eau pour donner du gaz de synthèse, mélange de monoxyde de carbone Le monoxyde de carbone est l'un des oxydes du carbone, de formule CO... et d' hydrogène L'hydrogène est l'atome le plus simple et le plus léger. C'est l'élément de très loin le plus abondant de l’univers. .

Ce gaz est un produit intermédiaire. Il peut ensuite conduire, selon la méthode de conversion, à différents produits ( méthanol Le méthanol ou alcool méthylique est le plus simple des alcools, de formule CH3-OH... , urée L'urée ou carbamide est un composé organique de formule (NH2) 2-C=O... , hydrogène pur, diméthyléther) et surtout à des carburants synthétiques.

Dans ce cas, le produit obtenu est une cire contenant une multitude d' hydrocarbures Les hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène...  dont le nombre d'atomes de carbone est très variable. Elle doit subir des transformations pour fournir majoritairement un gazole Synonyme de diesel et de gasoil. de très bonne qualité et, en quantités moindres, des GPL Le GPL est un mélange d'hydrocarbures légers issus pour partie du raffinage des bruts pétroliers (environ 40 %)... et de l'essence.

Le charbon de bois du barbecue Le charbon de bois dont on se sert pour le barbecue n’est pas un charbon naturel. Il est obtenu par pyrolyse du bois. Cette opération nécessite une température de 400 °C. On la réalisait autrefois dans les bois, dans de grandes meules (tas de bois protégés de l'action de l'air pour éviter qu'il ne brûle) à l'intérieur desquelles on mettait le feu. Aujourd'hui, on utilise plutôt de petites unités de production industrielle automatisées moins polluantes, où la pyrolyse s'effectue par contact de gaz chauds. Le charbon de bois ne sert pas uniquement à allumer un barbecue ! On l'utilise également dans des filtres, par exemple pour l'épuration des eaux.

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