Le charbon en bref

Le charbon est un combustible fossile extrêmement précieux qui est utilisé depuis des centaines d’années dans l’industrie. Il est composé de composants organiques, en particulier de matières végétales qui ont été enfouies dans un environnement anoxique, ou non oxygéné, et comprimées pendant des millions d’années.

Fossile, minéral ou roche

Parce qu’il est organique, le charbon défie les normes normales de classification des roches, des minéraux et des fossiles :

• Un fossile est toute trace de vie qui a été préservée dans la roche. Les restes de plantes qui composent le charbon ont été « cuits sous pression » pendant des millions d’années. Il n’est donc pas exact de dire qu’ils ont été préservés.
• Les minéraux sont des solides inorganiques, d’origine naturelle. Alors que le charbon est un solide naturel, il est composé de matière végétale organique.
• Les roches sont, bien sûr, composées de minéraux.

Mais parlez à un géologue et il vous dira que le charbon est une roche sédimentaire organique. Même s’il ne répond pas techniquement aux critères, il ressemble à une roche, se sent comme une roche et se trouve entre des couches de roche (sédimentaire). Dans ce cas, il s’agit donc d’une roche.

La géologie n’est pas comme la chimie ou la physique avec leurs règles fermes et cohérentes. C’est une science de la Terre ; et comme la Terre, la géologie est pleine d' »exceptions à la règle ».

Les législateurs des États se débattent également avec ce sujet : L’Utah et la Virginie occidentale considèrent le charbon comme la roche officielle de l’État, tandis que le Kentucky a nommé le charbon son minéral d’État en 1998.

Le charbon : la roche organique

Le charbon diffère de tous les autres types de roche en ce qu’il est fait de carbone organique : les restes réels, et pas seulement les fossiles minéralisés, de plantes mortes. Aujourd’hui, la grande majorité de la matière végétale morte est consumée par le feu et la décomposition, renvoyant son carbone dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone gazeux. En d’autres termes, elle est oxydée. Le carbone du charbon, cependant, a été préservé de l’oxydation et reste sous une forme chimiquement réduite, disponible pour l’oxydation.

Les géologues du charbon étudient leur sujet de la même manière que les autres géologues étudient les autres roches. Mais au lieu de parler des minéraux qui composent la roche (car il n’y en a pas, juste des morceaux de matière organique), les géologues du charbon appellent les composants du charbon macerals. Il existe trois groupes de macéraux : l’inertinite, la liptinite et la vitrinite. Pour simplifier à l’extrême un sujet complexe, l’inertinite est généralement dérivée des tissus végétaux, la liptinite du pollen et des résines, et la vitrinite de l’humus ou de la matière végétale décomposée.

Où le charbon s’est formé

Le vieux dicton en géologie est que le présent est la clé du passé. Aujourd’hui, nous pouvons trouver de la matière végétale préservée dans des endroits anoxiques : des tourbières comme celles d’Irlande ou des zones humides comme les Everglades de Floride. Et bien sûr, on trouve des feuilles et du bois fossilisés dans certaines couches de charbon. Les géologues ont donc longtemps supposé que le charbon est une forme de tourbe créée par la chaleur et la pression d’un enfouissement profond. Le processus géologique de transformation de la tourbe en charbon est appelé « coalification ».

Les gisements de charbon sont beaucoup, beaucoup plus grands que les tourbières, dont l’épaisseur atteint parfois des dizaines de mètres, et on les trouve partout dans le monde. Cela signifie que le monde antique devait avoir d’énormes zones humides anoxiques à longue durée de vie lorsque le charbon était fabriqué.

Histoire géologique du charbon

Bien que l’on ait signalé la présence de charbon dans des roches aussi vieilles que le Protérozoïque (peut-être 2 milliards d’années) et aussi jeunes que le Pliocène (2 millions d’années), la grande majorité du charbon mondial a été déposée pendant la période du Carbonifère, une période de 60 millions d’années (359-299 m.a.n.) où le niveau de la mer était élevé et où des forêts de hautes fougères et de cycadées poussaient dans de gigantesques marais tropicaux.

La clé pour préserver la matière morte des forêts était de l’enterrer. Nous pouvons dire ce qui s’est passé grâce aux roches qui entourent les couches de charbon : il y a des calcaires et des schistes au sommet, déposés dans les mers peu profondes, et des grès en dessous, déposés par les deltas des rivières.

De toute évidence, les marais houillers ont été inondés par les avancées de la mer. Cela a permis le dépôt de schiste et de calcaire par-dessus. Les fossiles dans le schiste et le calcaire passent d’organismes d’eau peu profonde à des espèces d’eau profonde, puis reviennent à des formes peu profondes. Puis des grès apparaissent à mesure que les deltas des rivières avancent dans les mers peu profondes et un autre lit de charbon est déposé par-dessus. Ce cycle de types de roches est appelé cyclothem.

Des centaines de cyclothermes se produisent dans la séquence rocheuse du Carbonifère. Une seule cause peut faire cela : une longue série de périodes glaciaires faisant monter et descendre le niveau de la mer. Et bien sûr, dans la région qui se trouvait au pôle sud à cette époque, les archives rocheuses montrent d’abondantes preuves de la présence de glaciers.

Cet ensemble de circonstances ne s’est jamais reproduit, et les charbons du Carbonifère (et de la période permienne suivante) sont les champions incontestés de leur type. On a fait valoir qu’il y a environ 300 millions d’années, certaines espèces de champignons ont développé la capacité de digérer le bois, et que c’était la fin du grand âge du charbon, bien qu’il existe des gisements de charbon plus jeunes. Une étude du génome dans Science a donné plus de poids à cette théorie en 2012. Si le bois était immunisé contre la pourriture avant 300 millions d’années, alors peut-être que les conditions anoxiques n’étaient pas toujours nécessaires.

Grades de charbon

Il existe trois principaux types ou qualités de charbon. Tout d’abord, la tourbe marécageuse est pressée et chauffée pour former du charbon brun et tendre appelé lignite. Dans le processus, la matière libère des hydrocarbures, qui migrent et finissent par devenir du pétrole. Avec plus de chaleur et de pression, le lignite libère plus d’hydrocarbures et devient le plus riche charbon bitumineux. Le charbon bitumineux est noir, dur et généralement d’apparence terne à brillante. Des rendements de chaleur et de pression encore plus élevés anthraciteLa qualité la plus élevée du charbon. Ce faisant, le charbon libère du méthane ou du gaz naturel. L’anthracite, une pierre noire dure et brillante, est du carbone presque pur et brûle avec beaucoup de chaleur et peu de fumée.

Si le charbon est soumis à encore plus de chaleur et de pression, il devient une roche métamorphique lorsque les macéraux finissent par se cristalliser en un véritable minéral, le graphite. Ce minéral glissant brûle toujours, mais il est beaucoup plus utile comme lubrifiant, ingrédient des crayons et autres rôles. Plus précieux encore est le sort du carbone profondément enfoui, qui, dans les conditions que l’on trouve dans le manteau, se transforme en une nouvelle forme cristalline : le diamant. Cependant, le charbon s’oxyde probablement bien avant de pouvoir pénétrer dans le manteau, donc seul Superman pourrait réaliser cette astuce.