GÉNÉRALITÉS
Avantages. Énergie fossile la plus abondante et la mieux répartie. La pollution est aujourd'hui mieux maîtrisée [Allemagne, USA : des usines de lavage des fumées limitent les émissions d'azote et de soufre ; projet de gazéification du charbon (coût élevé)].
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. 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.
Composition du charbon en %. Humidité 1,2, cendres 7,3, carbone « total » 78, hydrogène 5, oxygène 6,4, azote 1,4, soufre 0,7.
Différents charbons. On pense que les charbons dérivent les uns des autres, mais la question n'est pas tranchée : des terrains primaires recèlent des lignites, des houilles se trouvent dans des terrains secondaires. Anthracite : massive, homogène, teneur en matières volatiles très réduite, dure, cassure brillante. Coke : obtenu en calcinant la houille dans des fours à plus de 1 000 oC pendant 12 à 18 h. 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. 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. Houille : 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. Lignite : 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. Tourbe : 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.
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. Calibre (dimensions en mm) : gros calibres 80 × 120 ; gailletins 50 × 80 ; noix 30 × 50 ; noisettes 20 × 30 ou 15 × 30 ; braisettes 10 × 20 ou 10 × 15 ; grains 6 × 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.
TYPES D'EXPLOITATION
Mine souterraine. Le charbon est extrait par creusement de galeries à l'intérieur du sol jusqu'à la veine. Celle-ci est exploitée à l'aide de matériel d'extraction souterrain (haveuses et rabots dans les exploitations par longue taille, machines en continu dans les chantiers en dressants ou dans les exploitations par chambres et piliers). L'accès aux veines à exploiter se fait par puits et galeries (inclinées ou non) en rocher, ou par descenderie (plan d'accès incliné, débouchant au jour). Profondeur maximale : 1 000 à 1 300 m. Rendement (fond) [en t par mineur et par heure, 1994] : USA 1,6 (en 1990). G.-B. 1,4. Allemagne 0,7. France 0,6. RECORDS (juin 1988) : France : Reumaux 8 000 t/j. Allemagne : Walsum 4 800 t/j.
Mine à ciel ouvert (ou
découverte). L'exploitation est généralement entre 10 et 400 m de la surface du sol. Les couches de terre recouvrant ou entourant le charbon (morts-terrains) sont décapées pour mettre à nu la veine de charbon, qui est exploitée avec des engins de chantier. Rendement en t (par mineur et par poste, en 1987) : USA et Australie 33. Pourcentage de production : 1970 : mines souterraines 60, à ciel ouvert 40 ; 1993 : 78/22.
Nouvelles exploitations. Gisement de charbon souterrain : il doit contenir au moins 50 millions de t de réserves planifiables. Les investissements sont d'environ 3 milliards de F pour une production annuelle de 2 millions de t. Le délai entre l'exploration et la mise en production est, en général, de 10 ans. Mines à ciel ouvert : l'exploitation peut être envisagée si, pour 1 t de charbon vendue (soit 1 m3 de minerai brut avant lavage), il ne faut pas avoir à enlever plus de 10 m3 (soit 24 à 25 t) de terrains de couverture.
Terrils : entassement (parfois de 50 à 100 m de haut.) des déchets de la mine : pierres et terres, stériles (morceaux de charbon non minéralisés) rejetés après triage et lavage, cendres et scories des chaudières. Certains sont aménagés et plantés. D'autres, contenant jusqu'à près de 20 % de produits « mixtes » sont repris et relavés. Ils fournissent 1 500 000 t de produits cendreux pour centrales thermiques. D'autres sont exploités pour fabriquer des matériaux de construction (briques surschistes) et dans les travaux publics (fondations d'autoroutes, etc.).
Réserves. Techniquement et économiquement exploitables au coût actuel dans le monde, elles représentent 80 % de l'ensemble des énergies fossiles (10 386 milliards de t), soit 7 fois plus que le gaz et que le pétrole. En prévoyant une croissance annuelle régulière de 2,8 %, les réserves exploitables sont suffisantes pour 250 ans.
STATISTIQUES
Effectifs inscrits au fond (moyenne annuelle de 1996 et, entre parenthèses, 1960) : Allemagne 55 300 (309 000). Espagne 21 300. G.-B. 11 300 (482 300). France 5 700 (130 600). Portugal 0. Belgique 0 (77 300). P.-Bas 0 (28 800). Italie 0 (2 600). Irlande 0 (1 200).
Combustibles solides. Réserves (en millions de tep, fin 2004) : USA 246,6, Russie 157, Chine 114,5, Inde 92,4, Australie 78,5, Afr. du S. 48,8, Amér. du S. 21,1, Pologne 14, Allemagne 6,7, Canada 6,6, Rép. tchèque 5,6, Indonésie 5, Espagne 0,5, Proche-Orient 0,4, G.-B. 0,2, Corée du S. 0,1. Total monde 909,1. Production (en millions de tep, fin 2004) : Chine 989,8, USA 567,2, Australie 199,4, Inde 188,8, Afr. du S. 136,9, Russie 127,6, Indonésie 81,4, Pologne 69,8, Allemagne 54,7, Amér. du S. 48,4, Canada 34,9, Rép. tchèque 23,5, G.-B. 15,3, Espagne 6,7, Corée du Sud 1,5, France 0,5, Proche-Orient 0,4. Total monde : 2 732,1. Consommation (en millions de tep, fin 2004) : Chine 956,9, USA 564,3, Inde 204,8, Japon 120,8, Russie 105,9, Afr. du S. 94,5, Allemagne 85,7, Pologne 57,7, G.-B. 38,1, Canada 31, Amér. du S. 25,5, Espagne 21,1, France 12,5,, Belgique-Lux. 6,1. Total monde : 2 778,2.
Transport. Le charbon peut être transporté par pipe-lines [carboducs : sous forme de fines particules diluées dans une solution liquide (petites distances)], voie fluviale (péniche ou barge), train ou bateau. De nombreux ports pourront recevoir et décharger les navires minéraliers de 100 000 à 200 000 tpl.
Exportations (en millions de t, 1996). 478,2 [dont Australie 140,4, USA 83, Afr. du Sud 59,5, Indonésie 36,4, Canada 34,5, Chine 29,5, Pologne 29, Colombie 23] ; 2010 (prév.) : 630.
L'Afrique du Sud disposant d'une main-d'œuvre bon marché « fait » les cours internationaux. L'Australie (main-d'œuvre fortement syndiquée) suit, mais à perte. L'Allemagne verse une aide d'environ 41 milliards de F en faveur de son charbon s'appuyant sur : 1o) le Jahrhundert Vertrag ou « contrat du siècle », qui oblige les producteurs d'électricité allemands à enlever 40 millions de t de charbon/an (contrainte prise en charge par les utilisateurs de courant et par des aides publiques) ; 2o) le Kohlen-pfennig : taxe parafiscale supportée par les consommateurs (montant : 7,5 à 8 %). Ce système qui maintenait en activité des puits non rentables a été remplacé le 1-1-1996 par une subvention globale.
Perspectives. Procédés de cokéfaction qui permettraient d'utiliser des charbons de moins bonne qualité : gazéification souterraine (grâce à 2 puits percés à faible distance) pour obtenir un substitut au gaz naturel, le gaz naturel de synthèse (GNS) par combustion directe dans la veine et récupération du gaz ainsi produit. Production de gaz (méthane) par dégazage des veines à action de forages et « fracting » du charbon. Liquéfaction et gazéification en surface permettant de fabriquer carburants ou fluides susceptibles d'être brûlés dans les chaudières ou transformés dans la chimie.
Production d'essence à partir de houille : Allemagne 1939-45 : 5 millions de t/an d'essence à partir de la houille. Actuellement, l'unité pilote de BASF et Mines de Sarre produit 3 t d'hydrocarbures à partir de 6 t de houille. Afrique du Sud : à Sasol 230 000 t d'essence.