Combustibles solides. Charbon - Échantillonnage et essais

Les produits carbonés naturels, tels que le charbon et la biomasse, ou transformés, comme le coke de houille et de pétrole présentent une hétérogénéité de constitution qui exige à la fois des précautions spécifiques au cours des opérations d’échantillonnage, de préparation des échantillons et lors des essais et analyses au laboratoire.

Il convient de distinguer les matériaux bruts soit extraits de la mine, soit issus de productions végétales, qui sont caractérisés par la variété de leur composition chimique, des produits transformés tel que les cokes de houille et de pétrole, les granulés de bois.

Les biocombustibles (bois, déchets industriels ou agricoles, etc.) ne sont pas traités fondamentalement dans cet article, mais abordés pour certains thèmes en raison de leur similitude avec des combustibles solides d’origine fossiles.

Les précautions nécessaires pour les appréhender sont communes à l’ensemble des matériaux en vrac mais elles sont notoirement renforcées dans le cas des houilles et de la biomasse avant traitement. En effet, la sensibilité à l’oxydation par l’oxygène de l’air exige par exemple des mesures appropriées au cours du stockage, du transport des échantillons et de la conservation au laboratoire.

La faculté des matériaux poreux hydrophiles d’absorber ou de rejeter l’humidité suivant les conditions atmosphériques locales conduit à observer des règles strictes pour la détermination de la teneur en eau dont la double incidence technique et commerciale est particulièrement importante.

Enfin, la fragilité mécanique des houilles, qui se traduit par un bris plus ou moins notable des morceaux et la formation de poussières lors des opérations de manutention, doit être également prise en compte, notamment pour la détermination de la granulométrie et celle du pouvoir calorifique.

La quantité de matière prélevée pour l’analyse est directement liée à la dimension maximale des morceaux (dite dimension nominale maximale). Sauf exception, relative à la détermination directe de propriétés physiques et mécaniques sur des particules de calibres divers, les analyses chimiques portent généralement sur un à quelques grammes de produits broyés à la finesse d’analyse.

Cela confère aux opérations d’échantillonnage et de préparation des échantillons une importance primordiale, qui se résume par un chiffre : 90 % des erreurs analytiques constatées sont liées à une malfaçon lors de l’échantillonnage ou de la préparation.

Les opérations d’échantillonnage des combustibles solides font l’objet d’études qui relèvent tout autant de la physique et de la chimie industrielle, que de travaux de statisticiens. Afin de vulgariser ces thèses complexes pour le secteur industriel concerné et les prestataires de terrain, elles ont été décrites principalement dans des recueils de normes internationalement reconnues. Ainsi, les conditions a minima d’une sélection représentative de l’échantillon de charbon ou de coke de houille sont précisées aux laboratoires et elles ont valeur égale dans le cadre des échanges internationaux. Le coke de pétrole, matériau similaire dans son apparence de constitution, fait l’objet d’une assimilation au charbon pour la majorité des questions liées tant à son échantillonnage qu’à l’analyse générale.

La complexité du matériau et les enjeux techniques rencontrés (de la mine au lavoir), puis commerciaux (coûts de production, détermination de la qualité intrinsèque, adéquation avec les critères définis par l’utilisateur) ont imposé l’usage de ces normes devenues arguments indiscutables entre vendeur et acheteur, ou service commercial et production.

Comme, il est d'usage courant dans la profession, les teneurs indiquées sont, sauf précision contraire, massiques.