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RÉSUMÉ
L’appellation combustible solide dépasse la notion familière de charbon ou de houille et permet de raccorder l’ensemble des ressources carbonées naturelles aux combustibles solides d’origine paléovégétale. La caractéristique commune des combustibles solides ainsi définis est de renfermer une proportion élevée de carbone. Cette apparente unité recouvre pourtant une très grande diversité de caractéristiques et de propriétés, principales causes des défis technologiques que posent les combustibles solides dans leurs applications modernes.
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Georges PRUDHON : Ingénieur de l’École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) de Nancy
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François JACQUESSON : Ingénieur de l’École nationale d’ingénieurs de Metz (ENIM) - Ingénieur thermicien à CDF Énergie
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Juliette LETE : Ingénieur de l’École nationale de chimie de Mulhouse - Chef de projet au Centre de pyrolyse de Marienau
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Stéphanie PARIS : Technicienne chimiste - Pétrographe au Centre de pyrolyse de Marienau
INTRODUCTION
Ce dossier est une réédition de « Combustibles solides. Caractéristiques. Propriétés. Analyse » de Georges PRUDHON, paru en 1996. La mise à jour est de François JACQUESSON, Juliette LETE et Stéphanie PARIS.
L’appellation combustible solide dépasse la notion familière de charbon ou de houille et permet de raccorder l’ensemble des ressources carbonées naturelles (biomasse, bois, charbon de bois, etc.) aux combustibles solides d’origine paléovégétale. La caractéristique commune des combustibles solides ainsi définis est de renfermer une proportion élevée de carbone. Cette apparente unité recouvre pourtant une très grande diversité de caractéristiques et de propriétés, principales causes des défis technologiques que posent les combustibles solides dans leurs applications modernes.
Grâce à l’accumulation rapide des connaissances de base et au rythme soutenu des progrès technologiques, la physionomie des installations de combustion du charbon et celle des cokeries ont été bouleversées au cours des dernières décennies, et particulièrement depuis le choc pétrolier au début des années soixante-dix. Ces bouleversements se sont traduits essentiellement par un accroissement de la capacité unitaire des installations, par un recours accru aux techniques d’automatisation et par la faculté d’utiliser une gamme de plus en plus large de charbons, à mesure de l’ouverture de nouvelles mines et de l’apparition de nouveaux pays producteurs et exportateurs.
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1. Genèse de la formation des combustibles solides fossiles
1.1 Cycles du carbone
La matière organique est condamnée à périr et à renaître dans un mouvement de renouvellement perpétuel qui caractérise les cycles de la biosphère. On distingue pour le carbone :
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le cycle court, où la matière végétale déposée est transformée directement par oxydation bactérienne aérobie en dioxyde de carbone et en eau, qui est de loin prépondérant ;
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le cycle moyen, où une partie des sédiments organiques a échappé à l’oxydation totale et s’est trouvée enfouie dans le sous-sol, pour conduire à la formation de la matière organique sédimentaire dispersée ou kérogène [1] et, exceptionnellement, pour former des gisements concentrés et exploitables de combustibles solides ; ce cycle retiendra plus particulièrement notre attention ;
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le cycle long, où le carbone, qu’il soit d’origine biotique (organique) ou d’origine abiotique (minéral), est emprisonné dans la lithosphère, pour aboutir à la « perfection inerte » du graphite ou du diamant.
L’équilibre stationnaire des multiples échanges qui se produisent dans la biosphère est réalisé grâce aux réserves énergétiques et nutritives contenues dans les trois grands réservoirs de la biosphère : l’atmosphère, l’hydrosphère (mers et océans) et la lithosphère superficielle (croûte terrestre et eaux douces). Le tableau 1 donne la répartition quantitative du carbone dans la biosphère.
Les réserves de combustibles fossiles récupérables, évaluées à 10 Tt de carbone, représentent la production de la biomasse de 150 années, ce qui est fort peu au regard des 500 millions d’années d’existence de l’activité photosynthétique intense.
On constate que le cycle moyen du carbone intervient très peu dans le fonctionnement de la machine photosynthétique qui tourne pratiquement sur elle-même dans le cycle biologique court.
La production photosynthétique annuelle est estimée entre 100 Gt et 200 Gt de carbone, ce qui est très largement supérieur aux besoins totaux de l’activité humaine. Même en tenant compte du fait que seule une faible fraction de ce total est effectivement utilisable, il faut souligner que la biomasse...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DURAND (B.) - Kerogen : insoluble organic matter from sedimentary rocks. - Editions Technip (1980).
-
(2) - ALPERN (B.) - Combustibles solides. - Les Sciences, Encyclopédie Alpha, no 106, 2 mars 1976.
-
(3) - VILLEY (M.) - Simulation thermique de l’évolution des kérogènes. - Thèse de doctorat, CNRS Orléans (1979).
-
(4) - ROUZAUD (J.N.), BENSAID (F.), OBERLIN (A.) - Caractérisation des charbons et des cokes par microscopie électronique par transmission. - Entropie, no 113-114 (1983).
-
(5) - KARBOVIAC (D.) - Méthodes de prévision de la qualité des cokes à partir des analyses pétrographiques. - Association technique de la sidérurgie, mars 1975.
-
(6) - LOISON (R.), FOCH (P.), BOYER (A.) - Le coke. - CERCHAR...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Combustibles solides. Système international de codification des charbons de rang moyen et de rang supérieur. - NF M10-001 - 12-90
-
Classification des charbons. - ISO 11760 - 02-05
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Standard Classification of Coals by Rank. - ASTM D 388 - 2005
-
State Standard of China Coal Classification. - GB5751-86 - 1986
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Bindemittel aus Steinkohlenteer und Steinkohlenteerpech und verwandte Produkte. Begriffe und Klassifikation. - DIN EN 13847 - 08-01
ANNEXES
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