D'où vient le charbon?

Dans les marécages tropicaux de l'ancien Kentucky, personne n'était là pour savoir si la chute d'arbres faisait du bruit. Environ 300 millions d'années plus tard, cependant, le bruit est inévitable - ces arbres sont maintenant du charbon, un combustible fossile qui a longtemps aidé les humains à produire de l'électricité, mais dont les démons intérieurs évoquent également le changement climatique.

Le charbon fournit toujours une grande partie de l'électricité américaine, et puisque plus d'un quart des réserves mondiales se trouvent sous le sol américain, c'est une source d'énergie naturellement tentante. La roche organique est si puissante et abondante, en fait, que les ressources en charbon des États-Unis ont un contenu énergétique total plus élevé que tout le pétrole récupérable connu dans le monde.

Mais le charbon a également un côté sombre - sa teneur élevée en carbone signifie qu'il émet plus de dioxyde de carbone que les autres combustibles fossiles, ce qui lui donne une empreinte carbone disproportionnée. Ajoutez les coûts écologiques de l'élimination au sommet de la montagne, du stockage des cendres volantes et du transport du charbon, et le morceau noir perd encore plus de son éclat.

Le département américain de l'Énergie et l'industrie de l'énergie électrique ont investi massivement au fil des ans pour nettoyer le charbon, de son dioxyde de soufre et de ses oxydes d'azote à ses particules et au mercure, avec un certain succès. Ses émissions de gaz à effet de serre, cependant, ont jusqu'à présent défié les efforts de confinement rentables.

Avec le charbon générant maintenant presque autant de titres que de mégawatts, il n'y a pas beaucoup de chances de s'arrêter et de considérer d'où vient toute cette énergie souterraine. Mais pour bien comprendre les fantômes à base de carbone qui hantent désormais notre atmosphère, il est utile de jeter un œil aux fossiles derrière le carburant.

Comment se forme le charbon?

La recette de base de tout bon combustible fossile est simple: mélanger la tourbe avec de l'eau acide et hypoxique, couvrir de sédiments et cuire à haute température pendant au moins 100 millions d'années. Lorsque ces conditions se sont produites sur la terre en masse pendant la période carbonifère - en particulier dans les vastes marécages de tourbe tropicaux qui ont donné son nom à la période - ils ont lancé le long et lent processus de charbon.

«La plupart des charbons se sont formés près de l'équateur pendant le Carbonifère», explique la géologue Leslie Ruppert, spécialisée dans la chimie du charbon pour l'US Geological Survey. "Les masses terrestres qui ont ces charbons épais étaient proches de l'équateur, et les conditions étaient ce que nous appelons" toujours humides ", ce qui signifie des tonnes et des tonnes de pluie."

Alors qu'un supercontinent appelé Gondwanaland occupait une grande partie des terres de la Terre près du pôle Sud à l'époque, quelques retardataires planaient autour de l'équateur, notamment en Amérique du Nord, en Chine et en Europe (voir l'illustration à droite). Le temps chaud et "toujours humide" a contribué à créer d'énormes marécages de tourbe à travers ces masses terrestres, qui ne sont pas par coïncidence certains des principaux producteurs de charbon d'aujourd'hui. Aux États-Unis, les marécages de tourbe carbonifère ont recouvert une grande partie de la côte est et du Midwest, fournissant du fourrage aux exploitations charbonnières actuelles des Appalaches et du Midwest.

La formation de charbon commence lorsque de nombreuses plantes meurent dans des marécages denses et stagnants comme ceux du Carbonifère. Les bactéries pullulent pour tout manger, consommant de l'oxygène dans le processus - parfois un peu trop pour leur propre bien. Selon la quantité et la fréquence des festins bactériens, les eaux de surface du marais peuvent devenir appauvries en oxygène, anéantissant les mêmes bactéries aérobies qui l'ont utilisé. Avec ces microbes décomposeurs disparus, la matière végétale cesse de se décomposer lorsqu'elle meurt, au lieu de s'entasser en tas tas de tourbe connus sous le nom de tourbe.

«La tourbe a été enterrée assez rapidement et enterrée dans un environnement anaérobie, ce qui se produit fortuitement ici et là», explique le géologue de la recherche de l'USGS, Paul Hackley. "Un environnement anaérobie a empêché la dégradation bactérienne. Alors que le marécage de tourbe continue de croître, vous pouvez avoir des centaines de pieds de tourbe."

La tourbe elle-même a longtemps été utilisée comme source de carburant dans certaines parties du monde, mais elle est encore loin du charbon. Pour que cette transformation se produise, les sédiments doivent éventuellement recouvrir la tourbe, explique Hackley, en la comprimant dans la croûte terrestre. Cette sédimentation peut se produire de diverses manières, et elle a balayé de nombreux marécages de tourbe lorsque la période carbonifère s'est terminée il y a environ 300 millions d'années. Alors que les continents dérivaient et que les climats changeaient, la tourbe était enfoncée encore plus profondément, la roche l'écrasant par le haut et la chaleur géothermique la rôtissant par le bas. Au fil des millions d'années, cette tourbe géologique de Crock-Pot a cuit sous pression pour créer des lits de charbon.

Alors que les mines montagneuses des Appalaches exploitent certains des lits de charbon les plus anciens, les plus grands et les plus emblématiques du pays, le charbon américain ne s'est pas tous formé en même temps, souligne Ruppert. La période carbonifère, qui datait d'avant les dinosaures, était l'apogée des tourbières, mais une nouvelle charbonification s'est poursuivie longtemps après l'âge des dinosaures.

"Aux États-Unis, de nombreux gisements de charbon ne sont pas carbonifères", explique Ruppert. "Nous avons des charbons carbonifères plus âgés à l'Est - les Appalaches, le bassin de l'Illinois - tandis qu'à l'Ouest, les charbons sont beaucoup plus jeunes."

En fait, l'Occident est désormais la première région productrice de charbon en Amérique, produisant un flux constant de charbons moins matures des époques mésozoïque et cénozoïque. Les mines de charbon les plus prolifiques du pays se trouvent dans le bassin de la Powder River, une cuvette souterraine qui chevauche la frontière entre le Montana et le Wyoming. Contrairement aux charbons carbonifères, explique Ruppert, les gisements plus jeunes de l'Ouest se sont principalement formés à l'intérieur de grands bassins qui se sont élevés hors des mers peu profondes et sont progressivement retombés sous terre.

«L'Amérique du Nord n'était plus à l'équateur [lorsque les charbons occidentaux se sont formés], mais elle disposait également de bassins à affaissement rapide qui étaient tectoniquement actifs», dit-elle. "Des bassins sédimentaires profonds se sont formés, et la végétation a finalement été transformée en tourbe parce que les bassins étaient si profonds et ont continué de couler pendant une longue période. Les précipitations étaient bonnes, le climat était bon, puis tout a été enterré."

Quels sont les types de charbon?

La houille est un processus continu, et bon nombre des charbons que nous déterrons et brûlons actuellement sont toujours considérés comme «immatures» selon les normes géologiques. Les quatre principaux types sont répertoriés ci-dessous, par ordre de maturité:

• Lignite: ce fossile tendre, friable et de couleur claire est le produit de tourbe le moins mature à considérer comme du charbon. Certains des plus jeunes lignites contiennent encore des morceaux d'écorce visibles et d'autres matières végétales, bien que la géologue de l'USGS, Susan Tewalt, affirme que c'est rare aux États-Unis. "Il y a des lignites où l'on peut encore voir des structures ligneuses, mais la plupart de notre lignite est un peu plus élevé que cela", dit-elle. Le lignite est un charbon de faible qualité pour commencer, contenant seulement environ 30% de carbone car il n'a pas subi la chaleur et la pression intenses qui ont forgé des types plus puissants. On le trouve dans une grande partie de la plaine côtière du Golfe et du nord des Grandes Plaines, mais il n'y a que 20 mines américaines de lignite en activité, la plupart au Texas et dans le Dakota du Nord, car il n'est souvent pas économique de creuser. Le lignite représente environ 9 pour cent des réserves de charbon américaines démontrées et 7 pour cent de la production globale, dont la plupart sont brûlées dans des centrales électriques pour produire de l'électricité.

• Sous-bitumineux: Légèrement plus dur et plus foncé que le lignite, le charbon sous-bitumineux est également plus puissant (jusqu'à 45% de carbone) et plus ancien, remontant généralement à au moins 100 millions d'années. Environ 37% des réserves de charbon prouvées des États-Unis sont sous-bitumineuses, toutes situées à l'ouest du Mississippi. Le Wyoming est le premier producteur du pays, mais les dépôts sous-bitumineux sont dispersés dans les grandes plaines et les montagnes Rocheuses orientales. Le bassin de la rivière Powder, la plus grande source unique de charbon américain, est un gisement sous-bitumineux.

• Bitumineux: En tant que type de charbon le plus abondant trouvé aux États-Unis, le bitume représente plus de la moitié des réserves démontrées du pays. Formé sous une chaleur et une pression extrêmes, il peut avoir 300 millions d'années et contenir de 45 à 86 pour cent de carbone, ce qui lui confère jusqu'à trois fois la valeur calorifique du lignite. La Virginie-Occidentale, le Kentucky et la Pennsylvanie sont les principaux producteurs de charbon bitumineux américain, principalement concentré à l'est du Mississippi. Il est largement utilisé pour produire de l'électricité et est également un combustible et une matière première importants pour les industries de l'acier et du fer.

• Anthracite: le grand-père des charbons n'est pas facile à trouver. L'anthracite est le type le plus sombre, le plus dur et généralement le plus ancien, avec une teneur en carbone de 86 à 97 pour cent. Il est si rare aux États-Unis qu'il représente moins de un demi pour cent de la production totale de charbon américain et seulement 1, 5 pour cent des réserves démontrées. Toutes les mines d'anthracite du pays sont situées dans la région charbonnière du nord-est de la Pennsylvanie.

Les États-Unis ont les plus grandes réserves mondiales connues de charbon, avec un total de près de 264 milliards de tonnes. Alors que les mineurs exhalent ces anciens marécages tropicaux et les centrales électriques libèrent leurs vapeurs dans l'air, une clameur nationale et mondiale se développe sur l'avenir du charbon. Indépendamment de ce qui se passera avec les futures réglementations énergétiques, la non-renouvelabilité du charbon finira par alimenter la recherche d'alternatives si rien d'autre ne le fait - à l'usage actuel, même les réserves américaines ne devraient durer que 225 ans.

Photos gracieuseté de la NASA, DOE, USGS

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