Le charbon, tout comme le pétrole et le gaz naturel, est une énergie fossile issue de la transformation de matières organiques sur des millions d'années. Sa formation est un processus complexe qui se déroule en plusieurs étapes, influencé par des facteurs géologiques et climatiques spécifiques.
Genèse du Charbon : Du Marécage à la Roche
Tout commence dans un environnement marécageux, souvent en bordure d'une lagune ou d'un lac. Un climat humide favorise la prolifération de végétaux tels que des fougères et des arbres. Des mouvements tectoniques peuvent provoquer la montée du niveau de la mer, entraînant la submersion et la mort de cette végétation luxuriante. Les arbres et autres débris végétaux s'accumulent alors, recouverts de masses de boue et de sable sous l'effet de la sédimentation. Cet enfouissement progressif isole les matières organiques de l'air, empêchant leur décomposition rapide. La végétation se reconstitue au-dessus, répétant le cycle.
Au fur et à mesure que le bassin sédimentaire s'enfonce sous le poids des couches rocheuses, les couches de végétaux morts subissent une augmentation de la température et de la pression. Cette transformation progressive est appelée houillification ou carbonification. La cellulose, principal composant du bois, passe par différentes phases de dégradation et de transformation.
Les Étapes de la Carbonification
La transformation de la matière organique en charbon se déroule en plusieurs étapes distinctes :
Tourbe : C'est le premier stade de sédimentation. La tourbe est de la matière végétale peu évoluée, riche en débris fibreux où l'on distingue encore des formes de branches ou de racines. Sa teneur en carbone est relativement faible, environ 55 %, et elle est composée principalement de matières volatiles. La tourbe n'est pas considérée comme un charbon au sens strict. Elle s’est formée au Quaternaire.
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Lignite : Le lignite est une forme de charbon plus évoluée que la tourbe, contenant entre 65 et 75 % de carbone et environ 50 % de matières volatiles. Il est souvent associé à des accumulations végétales moins anciennes, datant de l'ère Tertiaire. Le lignite ne voyage pas à cause de sa basse teneur calorifique : il est consommé sur place pour produire de l’électricité. Le lignite s’est formé au Tertiaire.
Houille : La houille est un charbon de qualité supérieure, formée à partir de la transformation de la tourbe et du lignite sous l'effet de la pression et de la chaleur sur de longues périodes. Elle contient une plus forte proportion de carbone que le lignite. La houille s’est formée à l’ère Primaire.
Anthracite : L'anthracite est le charbon le plus riche en carbone, avec une teneur pouvant atteindre 95 %. Il contient très peu de matières volatiles, ce qui lui confère une combustion propre et efficace. L'anthracite est souvent mûri prématurément par des échauffements dus à la tectonique des plaques.
Le Carbonifère : L'Âge d'Or du Charbon
La période géologique du Carbonifère, qui s'étend de 360 à 290 millions d'années, a été particulièrement propice à la formation du charbon. À cette époque, la Terre était recouverte de vastes marécages embrumés, et les conditions climatiques étaient idéales pour la prolifération de la végétation. La France était juste en dessous de l'équateur dans la zone tropicale où se développe une végétation exubérante. L'accumulation massive de matière organique dans ces environnements a conduit à la formation de vastes gisements de charbon que nous exploitons aujourd'hui.
L'Ère Tertiaire et les Charbons Plus Récents
Bien que le Carbonifère soit l'âge d'or du charbon, des formations plus récentes existent également. À l'ère Tertiaire, qui a débuté il y a moins de 65 millions d'années, les accumulations végétales sont en général moins évoluées, donnant naissance à des lignites. Cependant, certains charbons du Tertiaire peuvent être d'excellente qualité, ayant mûri prématurément en raison d'échauffements liés à la tectonique des plaques. C'est le cas des charbons paléocènes de Colombie et du Venezuela, ou des charbons miocènes d'Indonésie. En Indonésie, où le gradient géothermique est très élevé, l'anthracite se trouve à faible profondeur.
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Facteurs Influençant la Formation du Charbon
Plusieurs facteurs clés influencent la formation et la qualité du charbon :
- Climat : Un climat chaud et humide favorise la croissance de la végétation et l'accumulation de matière organique.
- Tectonique : Les mouvements tectoniques créent des bassins sédimentaires où la matière organique peut s'accumuler et être enfouie.
- Sédimentation : L'accumulation de sédiments protège la matière organique de l'oxydation et favorise sa transformation en charbon.
- Température et pression : L'augmentation de la température et de la pression avec l'enfouissement favorise la transformation de la matière organique en charbon de qualité supérieure.
- Présence de champignons : Un article de Science de 2012 fait apparaître ces champignons à la fin du Carbonifère et en fait la cause de la fin de la fossilisation du bois.
La Localisation des Gisements de Charbon
La localisation des gisements de charbon est étroitement liée aux conditions géologiques et climatiques qui ont prévalu au cours des différentes périodes géologiques. Les gisements de charbon sont présents dans plus de 70 pays, ce qui en fait une énergie bien mieux répartie que les hydrocarbures. Plus de la moitié du charbon mondial s’est formé vers la fin de l’ère primaire (il y a 300 à 350 millions d’années) au Carbonifère et au Permien, moment où les conditions climatiques étaient particulièrement favorables mais on en retrouve dans beaucoup d’autres niveaux géologiques. En particulier, le lignite date le plus souvent de l’ère tertiaire, qui a débuté il y a 65 millions d’années.
Exploitation du Charbon
Traditionnellement, le charbon a été extrait de mines souterraines, mais aujourd’hui, près de 60% de la production mondiale provient de mines en découverte, dites à ciel ouvert (open mining). À l’aide d’engins gigantesques, la couverture stérile (pouvant excéder 100m) est décapée, on enlève ensuite la couche de charbon mise à nu et généralement subhorizontale.
Ressources et Réserves Mondiales
Les ressources mondiales de charbon sont considérables, bien que mal connues. Le tonnage des ressources est beaucoup plus élevé que celui des réserves prouvées. Compte tenu de la production présente de l’ordre de 7.8 Gtec/an, qui pourrait encore augmenter, et même s’il est bien clair que toutes les ressources en place ne seront pas transformées en réserves, on mesure la très grande abondance du combustible fossile charbon.
Le Charbon et l'Environnement
Depuis plusieurs décennies, le rôle du charbon dans le changement climatique est établi : cette source d’énergie est reconnue comme responsable de 41 % des émissions mondiale de CO2. Il existe en effet depuis le milieu du XIXe siècle une étroite corrélation entre l’exploitation charbonnière, l’explosion des rejets de CO2 et le réchauffement climatique.
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