Comment se forme le charbon ? | Sciences en direct

Les humains brûlent du charbon depuis des milliers d’années ; Depuis la révolution industrielle, le charbon est devenu une source majeure d’électricité et de réchauffement climatique. Mais d’où vient le charbon ? En étudiant comment le charbon se forme, les scientifiques peuvent en apprendre à la fois sur le passé profond et sur ce à quoi s’attendre lorsque différents charbons brûlent.

Le charbon se forme lorsque les plantes des marais sont enterrées, compactées et chauffées pour devenir de la roche sédimentaire dans un processus appelé coalification. « Très fondamentalement, le charbon, ce sont des plantes fossilisées », James Hower (s’ouvre dans un nouvel onglet), un pétrologue à l’Université du Kentucky, a déclaré à Live Science. La création de ces plantes fossiles implique, « beaucoup d’accidents de la géologie », a-t-il dit.

La formation du charbon commence avec des plantes vivantes. « Lorsque l’arbre est encore vivant, il peut être endommagé par la combustion ou il peut être envahi par des insectes », a déclaré Hower. « Toutes ces choses apparaîtront dans le dossier du charbon. » Des traces de pollen, de feuilles, de racines et même de caca d’insectes dans le charbon, a déclaré Hower, peuvent être utilisées pour reconstruire des écosystèmes anciens. dégâts du feu (s’ouvre dans un nouvel onglet)par exemple, donne des indices sur les climats anciens.

Ensuite, les plantes meurent. « Si le charbon est conservé, cela vous dit quelque chose sur l’environnement global », a déclaré Hower. Il est peu probable que les plantes sur les pentes des montagnes ou dans les déserts deviennent du charbon car ces environnements ne sont pas propices à la formation de tourbe.

« De tous les charbons que nous voyons là-bas, un pourcentage très, très élevé provenait des marécages », a déclaré Hower.

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En effet, lorsque les plantes meurent dans les zones humides, elles sont recouvertes d’eau et protégées de l’oxygène. En conséquence, ils ne se décomposent pas aussi rapidement qu’ils le feraient sur un sol sec. Au lieu de cela, les plantes s’accumulent en couches de tourbe sur le fond détrempé du marais. Cette tourbe, qui est parfois un précurseur du charbon, a sa longue histoire : elle abrite des insectes, des champignons, des bactéries et même des racines d’arbres fouisseurs, qui aider à briser (s’ouvre dans un nouvel onglet) plantes dans un processus appelé pacification. « Toute couche que nous voyons dans un charbon pourrait être le produit de dizaines, de millions ou de milliers d’années », a déclaré Hower.

Les minéraux qui s’infiltrent dans la tourbe à partir de l’eau ou qui se forment par des réactions chimiques sont également capturés dans le charbon. Charbon d’argile réfractaire (s’ouvre dans un nouvel onglet) dans l’est du Kentucky, a déclaré Hower, contient des éléments de terres rares provenant d’une éruption volcanique il y a des millions d’années; le département américain de l’Énergie est maintenant le financement (s’ouvre dans un nouvel onglet) technologies pour extraire ces éléments des déchets de charbon pour les utiliser dans les panneaux solaires, les éoliennes et les batteries.

Mais les minéraux contenus dans le charbon posent également des problèmes. Tourbe exposée à l’eau de mer, par exemple, contient souvent (s’ouvre dans un nouvel onglet) plus de soufre. Brûler du charbon avec du soufre a un coût humain supplémentaire ; tandis que l’extraction du charbon et la respiration de la fumée de charbon sont à la fois généralement dangereux (s’ouvre dans un nouvel onglet)les charbons à haute teneur en soufre peuvent être plus susceptibles de s’enflamme spontanément (s’ouvre dans un nouvel onglet) dans les mines et ils peuvent également être lié à (s’ouvre dans un nouvel onglet) cardiopathie.

Toutes les tourbes ne se transforment pas en charbon; certains s’érodent ou se dessèchent. Pour commencer le processus de coalification, la tourbe doit être recouverte de quelque chose d’inorganique, comme le limon d’un large delta fluvial. « La rivière ne fait que des allers-retours sur des millions d’années, cela finit par être votre système de dépôt », a déclaré Hower, faisant référence aux couches de sédiments accumulés.

Au fil des temps géologiques, la tourbe est enfouie encore plus loin. Les montagnes érodent et remplissent les vallées fluviales ; les forêts poussent dessus. Pendant des millions d’années, de nouvelles montagnes s’élèvent. Au cours de ces millénaires, la tourbe se décompose et se transforme progressivement en charbon grâce à deux éléments : pression et chaleur (s’ouvre dans un nouvel onglet). La plupart des charbons ont entre 60 et 300 millions d’années.

La pression rend la tourbe plus compacte. Chaleur réorganise (s’ouvre dans un nouvel onglet) les molécules reconnaissables dans les plantes – comme les glucides ou la cellulose – et libère (s’ouvre dans un nouvel onglet) l’oxygène et l’hydrogène, laissant derrière eux le carbone et d’autres éléments.

Les charbons enfouis très profondément subissent des températures plus élevées car ils sont plus proches du noyau terrestre. Objectif chaleur géothermique (s’ouvre dans un nouvel onglet) peuvent également remonter à la surface de la Terre par le biais de volcans, de sources chaudes et de geysers. La quantité de pression et de chaleur détermine généralement le rang du charbon : une mesure de la progression du charbon dans son parcours de la tourbe détrempée à la roche solide.

Le lignite est le rang le plus bas du charbon; les lignites et les charbons sous-bitumineux contiennent encore des parties de plantes reconnaissables. Les charbons bitumineux et sous-bitumineux ont été compactés et chauffés jusqu’à ce qu’ils soient durs. Le charbon anthracite, le plus rare et le plus haut rang, est lisse et brillant ; il a été chauffé jusqu’à ce qu’il soit fluide dans un processus appelé métamorphisme. Pour atteindre le rang anthracite, a déclaré Hower, il suffit d’atteindre brièvement une température élevée – même une heure suffira.

L’anthracite brûle sans produire de suie ; ils ont été utilisés historiquement par des navires à charbon essayant de éviter d’être repéré (s’ouvre dans un nouvel onglet) en temps de guerre. Les lignites et les charbons bitumineux sont principalement utilisés pour la production d’électricité. Libération de lignite et de charbons sous-bitumineux légèrement plus (s’ouvre dans un nouvel onglet) dioxyde de carbone que les charbons bitumineux lorsqu’ils brûlent.

Ces différences sont cependant minimes lorsque le charbon est comparé à d’autres sources d’électricité qui ont un impact moindre sur le réchauffement climatique. En général, le charbon produit deux fois plus de dioxyde de carbone par kilowattheure que le gaz naturel et 90 fois plus que l’énergie éolienne, selon le Département américain de l’énergie (s’ouvre dans un nouvel onglet).

« Les émissions du charbon et des processus industriels liés au charbon n’ont manifestement pas été bonnes pour le climat », a déclaré Hower. « C’est la réalité dans laquelle nous vivons. »