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Le charbon et sa formation
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dinoland
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Posté le: 29/08/2008 21:24:25
Sujet du message: Le charbon et sa formation
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Le charbon et sa formation

Il y a 250 à 300 millions d'années (période carbonifère à la fin de l'ère primaire), la forêt hercynienne, aux arbres géants, aux fougères arborescentes, couvrait de vastes étendues. Les débris végétaux (bois, écorces, feuilles, spores, algues microscopiques) se sont accumulés et ont été recouverts, par suite de phénomènes de subsidence, par un faible niveau d'eau. Ces dépôts, au gré des fluctuations de la subsidence, ont été recouverts de sédiments argileux ou sableux, puis des alluvions s'y sont ajoutées. Enfermé à l'abri de l'air, le dépôt végétal a fermenté et s'est enrichi en carbone. Pendant que les dépôts ont fermenté, du sable s'est accumulé sur l'argile, permettant à une nouvelle forêt de pousser. Puis le bassin s'est de nouveau enfoncé et une partie de la forêt a de nouveau été immergée. Et ainsi de suite. Ces débris végétaux se sont accumulés sur place dans des dépressions (sédiments autochtones) ou ont pu être transportés par des cours d'eau qui les ont déposés au fond de grands bassins sédimentaires (dépôts allochtones). Types de bassins.



Le Charbon est donc issus de la décomposions et fossilisation des forêts primitives du Carbonifère ou d'autres forêts anciennes disparues, le charbon et les couches stratigraphiques avoisinantes restent le principal témoin fossile pour l'étude de la flore ancienne.. Les charbons contiennent 50% (tourbes) à 95% (anthracite) de Carbone. Les pétrographes ont identifié des constituants organiques élémentaires microscopiques, les matériaux (par analogie avec les minéraux des roches), ils ont des propriétés d'absorption de la lumière, réflexion, fluorescence, permettant de caractériser les charbons.
Les matières minérales sont présentes dans les charbons en proportions très variable, la plupart sont visibles au microscope. Ce sont essentiellement des argiles, sulfures, carbonates, quartz. D'autres sont présentes à l'état de trace : U, B, Hg, Pb... Tous les éléments constituants ces minéraux donnent les cendres. Pour une teneur en cendres supérieure à 50% , on parle de schiste charbonneux (faciès humique) ou bitumineux (faciès sapropélique).
teneur en cendres : poids de ce qui reste de 2 g de charbon sec après combustion totale de la matière organique à l'air pendant 3 h
A l'oeil nu, les fragments de houille et de schistes qui leur sont associés montrent de très nombreux débris ligneux plus ou moins volumineux : restes de tiges, feuilles, fruits... L'examen au microscope confirme l'origine végétale : spores, tissus ligneux souvent à peine reconnaissables, et montre que le charbon est pour l'essentiel une masse carbonée sans structure. Les charbons proviennent donc de l'évolution fossilifère issue de végétaux ligneux terrestres.

La formation de charbon suppose une accumulation de matériaux donc des conditions très particulières :

• une très haute productivité en végétaux continentaux : vastes forêts, tourbières.
• une protection rapide contre l'oxydation par une couverture d'eau stagnante.
• une mise à l'abri de l'oxygène sous des sédiments plus ou moins fins, durant des millions d'années.



Il y a tourbière quand les végétaux prolifèrent et sont protégés de l'oxydation (pour cela, quelques cm d'eau stagnante suffisent). La croissance moyenne d'une tourbière est de 1-2 mm par an. On trouve des tourbières des zones climatiques froides (Irlande) aux zones subtropicales (Floride) et tropicales (Bornéo). On distingue :
Si l'enfouissement sous de nouveaux dépôts se poursuit durant des millénaires, la matière organique subit un processus d'évolution : tourbe -> lignite -> houille -> anthracite avec :
• compaction et réduction d'épaisseur / un accroissement de la densité• perte de porosité et élimination de l'eau des pores (eau : 90% tourbes -> 30-40% lignites -> < 10% houilles)
• passage du brun-rouge au noir et acquisition de la brillance (accroissement de l'indice de réflectance)
• enrichissement en C non volatil parallèlement à un appauvrissement en O et H (matières volatiles).

Il existe plusieurs facteurs de maturation :

• êtres vivants au début, leur activité respiratoire détermine une diminution de la teneur en O2 du milieu.
• pression due aux sédiments susjacents s'accumulant progressivement, provoque la "compaction".
• température augmente au cours de l'enfouissement (en moyenne 30°C/km), agit sur la structure : appauvrit la matière en CO2 et H2O et fragmente les chaînes carbonées jusqu'à isolement des atomes de C.

Le charbon s'est formé durant plusieurs périodes géologiques ; on trouve les plus importants dépôts dans les strates du Carbonifère, période où des mers peu profondes et des marais inondaient la plupart des continents. L'Europe et l'Amérique du Nord, situées alors près de l'équateur, étaient recouvertes par des forêts tropicales marécageuses. La végétation morte ne se décomposait pas complètement dans ces eaux stagnantes, et d'épaisses couches de débris organiques, appelés tourbe, se sont accumulées. Plus tard, la mer a envahi les marais, recouvrant la tourbe de sédiments marins. La chaleur et la pression ont transformé progressivement la tourbe en charbon.



Chaque couche de houille est intercalée entre 2 couches de terrains stériles : (nombreux fossiles se retrouvent dans ces "stériles" c'est la que l'on peut récupérer fougères et autres plantes) au-dessus, le toit (niveau schisteux puis niveau gréseux), et dessous, le mur (souvent gréseux et riche en racines d'arbres, il représente un sol de végétation fossilisé). Il s'est formé autant de tourbières successives que de couches de houilles, ces formations étant séparées par des invasions de matériel « stérile » lors d'une montée des eaux avec arrêt de la végétation.

La présence sur une même verticale (jusqu'à 6 000 m de profondeur) de nombreuses couches de houille, toutes formées en surface, peut être expliquée par le phénomène de subsidence : près des zones de fragilité de l'écorce, le fond des bassins peut s'enfoncer, d'où poursuite du développement de la forêt avec formation de sols fossiles superposés (les couches de houille sont alors très épaisses), ou la disparition de la forêt par enfoncement très rapide et dépôt des sédiments gréseux du toit provenant d'une reprise de l'érosion sur les reliefs voisins. La houille se formant sur le lieu même de la croissance du végétal est dite autochtone. Dans certains gisements, le mur est dépourvu de trace d'enracinement, les particules organiques auraient été transportées sous forme détritique dans un endroit différent de la tourbière initiale : la formation est dite allochtone. De telles formations peuvent être très riches en spores et pollens, alors que les bancs autochtones seront plus riches en fragments de bois, tiges, racines.


(pecopteris du carbonifère)

La tourbe ne peut pas être qualifiée de charbon. Elle commence à peine à se carboniser c'est-à-dire qu'elle contient seulement 60 % de carbone. C'est donc un mauvais combustible. Extraite des tourbières : marais couverts d'une végétation hygrophile, de mousses en particulier ; noirâtre ou brune, fibreuse, retenant fortement l'eau, de formation quaternaire. Elle contient peu de carbone. Après dessiccation, sa combustion dégage beaucoup de fumée, peu de chaleur et laisse des résidus importants.
La lignite est un charbon fossile qui n'est pas encore arrivée à maturation. Elle a commencé à se former il y a 60 millions d'années environ et contient seulement 65 à 70 % de carbone. Elle brûle mal et produit peu de chaleur donc peu d'énergie. Noir, brun noirâtre, parfois brun. Les principaux gisements sont de formation tertiaire. Structure fibreuse plus homogène que la tourbe, laisse apparaître des rameaux et de grosses branches. Plus riche en carbone que la tourbe, mais teneur en matières volatiles élevée, combustible assez médiocre.

La houille a commencé sa formation il y a 250 à 300 millions d'années. Elle contient entre 80 et 90 % de carbone. Comme elle contient plus de carbone que la lignite, c'est un meilleur combustible. Terme général désignant diverses variétés de charbon. Les principaux gisements datent de l'ère primaire. Au microscope, fragments d'écorces, tissus ligneux, feuilles et spores, noyés dans une masse fondamentale, sorte de gelée. Riche en carbone. Teneur en cendres, matières volatiles et eau, variable selon gisements.
L'anthracite est à peine plus âgé que la houille et contient un peu plus de carbone. Massive, homogène, teneur en matières volatiles très réduite, dure, cassure brillante.

Coke, ce n'est pas du vrai charbon. Obtenu en calcinant la houille dans des fours à plus de 1 000 degrés pendant 12 à 18 h. C'est un résidu de la distillation des charbons fossiles, de couleur gris argent. Dépourvu des produits volatils de la houille, il brûle sans fumée ni odeur. Coke métallurgique : utilisé dans les hauts fourneaux, très compact, fournit environ 7 000 kilocalories et laisse peu de cendres. Classification (en mm) : 10/20 ; 20/40 ; 40/60 ; 60/90. Dans les hauts fourneaux, il s'unit au minerai de fer pour donner de la fonte.

Graphite : carbone naturel cristallisé. Ses gisements dérivent pour la grande majorité du métamorphisme de couches charbonneuses. Se trouve à l'état de paillettes (cristallisé) ou finement divisé (amorphe ou cryptocristallin). On obtient du graphite artificiel à partir du charbon ou du coke de pétrole. Utilisation : creuset et moule pour fonderie (variété cristalline) ; aciers spéciaux, lubrifiants, piles et crayons.

De même, le charbon de bois n'est pas naturel. C'est un charbon artificiel qui est obtenu par combustion incomplète de végétaux.

La répartition des bassins houillers carbonifères européens et nord-américains n'est pas quelconque mais correspond à la position qu'occupait alors l'équateur. Des zones climatiques existèrent, qui définirent quatre provinces floristiques dont témoignent les fossiles.
L'impression que l'on retient de ce paysage est la luxuriance de la flore, le gigantisme des arbres ; c'est l'enchevêtrement des plantes, dont on trouve les restes en place dans le mur des veines de charbon, où le pic heurte rhizomes et racines entremêlés parmi les souches des géants disparus. On ressent la moiteur de l'air où volèrent des libellules ; on imagine le bruissement des reptiles et des arthropodes..

sources: geopanorama, encarta, fam-m-wagner, nord charbon.
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collaborateur documentaliste pour Gigadino

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Posté le: 29/08/2008 21:24:25
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