Charbon propre au Canada

Le charbon est un sédiment minéral dont la teneur en carbone est élevée. Ce carbone revêt de l’importance puisque c’est ce qui donne au charbon la plus grande part de son énergie. Lorsque le charbon est brûlé en présence d’air ou d’oxygène, il s’en dégage de l’énergie thermique. Cette énergie peut alors être convertie en d’autres formes d’énergie pratique.

Le charbon est classé en catégories en fonction de sa dureté et de son contenu énergétique :

  • Le graphite peut être techniquement considéré comme la catégorie la plus élevée, mais comme il se consume difficilement, on ne l’utilise pas fréquemment dans les procédés de combustion.
  • L’anthracite est dur, patiné et noir. C’est la forme la plus dure de charbon et il a un contenu énergétique élevé. On s’en sert couramment pour le chauffage d’espaces résidentiels et commerciaux.
  • Le charbon bitumineux est dense, noir ou parfois brun foncé. On s’en sert comme charbon cokéfiable dans la fabrication de l’acier ou comme source de chaleur dans les centrales thermiques à vapeur.
  • Le charbon subbitumineux a des propriétés comparables tantôt à celles du charbon bitumineux, tantôt à celles du lignite. On s’en sert couramment dans les centrales thermiques à vapeur.
  • Le lignite – parfois désigné sous le nom de «houille brune» – est un charbon de basse catégorie. Il a un contenu en humidité élevé et le plus faible contenu énergétique. On s’en sert dans les centrales thermiques à vapeur.

L’extraction du charbon
Dans le cas des gîtes de charbon qui sont enfouis en profondeur, des puits verticaux ou horizontaux partant de la surface du sol donnent accès au charbon et permettent de le soustraire. En Nouvelle Écosse, au Canada, il s’agit là de la méthode d’extraction du charbon appliquée dans la région. Dans le cas des gîtes qui sont relativement près de la surface, on a recours à des techniques d’extraction du minerai à ciel ouvert. En Saskatchewan et en Alberta, au Canada, ce sont les mines à ciel ouvert qui prédominent.
En 2005, l’extraction du charbon au Canada se chiffrait à environ 67 mégatonnes (Mt). Une partie de ce charbon était destinée aux marchés d’exportation. Environ 27 Mt de ce charbon étaient cokéfiables (pour la fabrication de l’acier); le reste consistait en charbon «thermique», c. à d. du charbon qui sert de combustible pour le chauffage et la production d’énergie.

L’utilisation du charbon au Canada
Le charbon est utilisé dans des procédés industriels comme la production du ciment, de l’acier et de l’électricité. Des quelques 60 Mt de charbon consommées au Canada en 2005, environ 56 Mt ont servi à produire de l’électricité. Cette quantité de charbon a généré près de 92 gigawatt heures (GWh), soit ~17 % de toute l’électricité produite au Canada.

Comment produire de l’électricité à partir du charbon ?

De nos jours, dans une centrale électrique alimentée au charbon typique, on utilise ce minerai qui a d’abord été concassé avant d’être moulu en une fine poudre dans un broyeur. Voilà pourquoi on appelle parfois ce type d’usine «usine à charbon pulvérisé». Le charbon pulvérisé est introduit dans la fournaise d’une chaudière, avec de l’air qui agit comme oxydant. Le charbon se consume à une température avoisinant les 1 400 °C; les gaz chauds et la chaleur rayonnante qui en émanent convertissent l’eau contenue dans les tubes qui tapissent les parois de la fournaise en une vapeur condensée à haute température.
La vapeur condensée est introduite sous pression dans une turbine à vapeur en entraînant les aubes dans un mouvement accéléré de rotation. L’arbre de la turbine est couplé à l’arbre de la dynamo-génératrice qui se met alors à tourner à son tour. Le pourtour de l’arbre de la dynamo génératrice comporte une bobine de fils. À mesure que ces bobines tournent rapidement dans un puissant champ magnétique, il s’en dégage de l’électricité.
Cette électricité est transformée en voltages très élevés (par ex. 400 kV) de sorte à pouvoir alimenter un réseau d'électricité à l’aide de lignes de transport. À la jonction des différents points de distribution (les postes électriques), l’électricité est transformée en voltages plus faibles en fonction des contraintes d’exploitation. Par exemple, les grandes usines, comme les aciéries, ont besoin d’un approvisionnement en électricité de l’ordre de dizaines de milliers de volts, alors que les exploitations commerciales, les institutions et les résidences en Amérique du Nord se limitent généralement à des systèmes de 110 220 volts.