● Les charbons (composants)

Composants fossiles

La plante fougére, haute parfois comme un arbre, et poussant dans les marais, se décompose progressivement sous l'eau, laissant un dépot constituant des tourbiéres.

Avec le temps, des couches de sable et de boues s'enfouissent et se compriment, et ces sédiments se retouvent à différentes profondeurs (à 100m, les lignites, à 1.000m les anthracites), par transformation du carbone organique en carbone minéral, avec incorporation de morceaux de roches (minéraux silico-aluminates de gré, schistes, tufs volcaniques ...).

Les charbons sont essenciellement constitués de 4 composants de base: organique, minéral, eau et gaz.

Composants organiques

Le charbon au sens strict est la partie de couleur noire et d’origine organique. Suivant son aspect macroscopique on distingue le fusain, fibreux, qui dérive de produits ligneux, le durain, mat, provenant de spores et de feuilles, le clarain, semi-brillant, et de même provenance, et le vitrain, brillant, formé d’une gelée cellulosique amorphe.

La  minéralogie comporte deux constituants principaux: l’inertitite et la vitrinite dont les proportions correspondent à une évolution vers des stades de plus en plus avancés. Le pouvoir réflecteur de la vitrinite (R) permet de classer les charbons en “Low rank” (lignites pour R<0,6%), et “High rank”(charbons bitumineux et anthracites, R>0,6%).

La composition chimique est caractérisée par une teneur en hydrogène (4%) moitié de celle des pétroles. La teneur en carbone sur sec varie  de 55% pour les lignites, à 70% pour les bitumineux et 90% pour les anthracites.

Composants minéraux

Les minéraux sont des morceaux de roches, de tailles diverses, sédimentés en même temps que la matière organique. Ce sont des silico-aluminates : grés, schistes, tufs volcaniques etc.…

Après combustion ces minéraux constituent les cendres et les scories, dont l’analyse révèle des éléments majeurs (silice, aluminium, calcium), et des éléments en trace (soufre,  chlore,  fluor,  sodium ou  phosphore), substances qui font l’objet de limites dans les spécifications contractuelles en raison de leur incidence sur l’environnement ou les procédés.

Composants aqueux

La teneur en eau caractérise l’évolution des charbons et varie en raison inverse de leur pouvoir calorifique. Lors de leur enfouissement progressif les débris végétaux sont soumis à une pression et à une température croissantes (100bars, 50°C à 1.000 mètres), qui se traduit par une compression (de 1m à 2m de charbon, pour 10m de débris), principalement par expulsion d’eau.


On distingue l’eau libre (‘free moisture’), qui s’évapore à la température ordinaire, et l’eau liée (‘inherent moisture’), qui s’évapore dans un courant d’air à 105°C. Elle représente la plus grande partie de l’humidité, notamment dans les lignites, l’eau liée, ou de constitution, restant en général de moins de 10%.

Composants gazeux

Des gaz absorbés durant la formation des charbons sont emprisonnés dans ceux ci à une pression partielle voisine de celle de leur formation. Il s’agit essentiellement de gaz carbonique (CO2), de méthane (CH4) et autres hydrocarbures, ainsi qu’un peu d’argon (Ar) et d’hydrogène (H2). La teneur en volatiles diminue avec l’évolution du charbon en raison de conditions thermodynamiques croissantes, les gaz expulsés migrant vers la surface et pouvant être à l’origine de certains gisements pétroliers. 


Lorsque les charbons sont mis à l’atmosphère, les pressions partielles des gaz on tendance à s’équilibrer avec celle ci: on obtient ainsi un dégagement de gaz, notamment de méthane: c'est le grisou. La teneur en méthane est en moyenne de l’ordre de 5 Nm3/t mais peut atteindre plus de 10 Nm3/t dans les gisements souterrains.