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formation et exploitation des charbons

mis à jour le 21/08/2010


charbon

Un ensemble de ressources pour comprendre la formation et les problèmes liés à l'exploitation des charbons.

mots clés : charbons, fossiles, mine, filon, découverte, tourbe, lignite, houille, DNL, sédimentation


Au cours d'activités consacrées à la synthèse de matière organique dans les parties chlorophylliennes des plantes, les élèves ont pu constater que la fabrication de matière organique augmente la biomasse des végétaux à condition que ceux-ci captent l'énergie issue du Soleil. Dans la présente ressource, ils sont amenés à constater que les roches carbonées résultent du piègeage et de la transformation de la matière organique au sein de la lithosphère. Le mode d'extraction de ces roches dépend étroitement de leur contexte géologique et des contraintes de l'environnement humain.

Des documents pour comprendre l'origine des charbons
Etudier les différents modes d'exploitation de la houille
Des documents en Anglais pour un travail en DNL

Des documents pour comprendre l'origine des charbons
 
L'élément de présentation est l'observation d'un échantillon de roche provenant du terril de l'ancienne mine de la Haie-Longue en Maine et Loire. L'écorce d'un tronc de Lépidodendron est clairement identifiable.


Collection Maurice Cordellier.

Reconstitution par Eli Heimans (1861-1914)
Source Wikipedia (copyright expiré)

lépidodendron
 
charbon
Une fois l'échantillon retourné le fossile apparait comme étant constitué de charbon. Il va donc être demandé aux élèves de construire un scénario de formation de ce charbon à partir de cette observation et d'autres éléments ci-dessous.
 
Comparaison de 5 types de houille avec le lignite, la tourbe et le bois (d'après Wikipedia).

A cette occasion les notions issues de la partie concernant la composition de la matière organique seront utilisées.
 Produits  Teneur en carbone (en %)  Pouvoir calorifique
 (en kJ/kg)
  Anthracite  93 - 97  33 500 - 34 900
  Charbon maigre et houille anthraciteuse  90 - 93 34 900 - 36 000
  Charbon demi-gras ou semi-bitumineux  80 - 90  35 000 - 37 000
 Charbon gras ou bitumineux à coke  75 - 90 32 000 - 37 000
 Flambant  70 - 80  32 700 - 34 000
 Lignite  50 - 60 < 25 110 
 Tourbe < 50 12 555
 Bois sec   < 50  15 000

 

 
tourbière
Au cours d'un voyage d'étude dans la région de Rotterdam les élèves d'une année précédente ont eu l'occasion de visiter une tourbière. Le sol, gorgé d'eau, est fait d'une accumulation de débris végétaux sur plusieurs mètres.
 
Un échantillon de tourbe et un cliché d'exploitation sont aussi fournis.

Tourbière du Connemara (Irlande)

Source Wikipedia, licence GNU
exploitation tourbière
 
tourbe
Des blocs de tourbe après extraction.

Réserve naturelle de la tourbière de Frasne (25) France. Démonstration de l'exploitation artisanale de la tourbe

photo par Jeffdelonge

Source Wikipedia

Licence Créative Commons.
 
Les falaises de la plage d'Amroth dans le commune de Kilgetty au pays de Galle montrent des gisements de charbon parmi d'autres roches.
amroth1
 
amroth2
Deux vues rapprochées permettent de préciser les observations.
amroth3
 
Le sac à dos mesure environ 35 cm et le capuchon d'appareil photo 7 cm environ.

Au terme de ce travail les élèves doivent avoir compris que la matière organique de végétaux accumulée à l'abri de l'air le plus souvent dans des sols de milieux marécageux a ensuite été recouverte par d'autres sédiments et s'est transformée en charbon par perte de certains éléments chimiques (H, O, N). La roche résultant de cette transformation est très riche en Carbone.


Etudier les différents modes d'exploitation de la houille et leurs conséquences

Avec les clichés pris sur la plage d'Amroth les élèves sont invités à inventer les méthodes d'extraction permettant d'exploiter le charbon pour satisfaire les besoins en énergie. Il doivent décrire les conséquences positives et négatives de chacune des méthodes.

Une fois ce travail fait ils vont vérifier leurs hypothèses par un travail d'atelier sur une sélection de sites. La consigne est de faire une présentation très courte (1 ou 2 images, quelques phrases) à leurs camarades à la fin de la séance.

Le site wikipedia propose un historique de l'exploitation et de l'utilisation du charbon :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_de_l'exploitation_minière_du_charbon

Le site planète énergie montre une vision plus moderne de l'activité minière.
http://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/les-mines-de-charbon-sous-terre-ou-ciel-ouvert?&xtmc=&xtnp=1&xtcr=11

Le site des charbonnage de France montre les deux techniques d'exploitation du charbon

Exploitation minière (avec une animation et un document à imprimer) :
http://www.charbonnagesdefrance.fr/dArticle.php?id_rubrique=138&id_article=354

Exploitation en découverte (avec une image interactive) :
http://www.charbonnagesdefrance.fr/dArticle.php?id_article=355&id_rubrique=138

Une veine de lignite est étudiée sur le site de la lithothèque de PACA :
http://www.lithotheque.ac-aix-marseille.fr/Affleurements_PACA/04_st_maime/04_stmaime_affleurements.htm

Cette même lithothèque montre une bonne photo d'un rabot en exploitation :
http://www.lithotheque.ac-aix-marseille.fr/Affleurements_PACA/charbons_PACA/charbons_PACA_geolhom_industries.htm

L'exploitation des lignites du bassin de l'Arc est aussi décrite :
http://www.lithotheque.ac-aix-marseille.fr/Affleurements_PACA/13_bassin_arc/bassin_arc_geol_homme_exploitations_lignite.htm

Une excellente photo de la découverte de Graissessac se trouve sur le site de la géothèque de l'académie de Montpellier :
http://pedagogie.ac-montpellier.fr/svt/litho/graissessac/index.htm#

En raison de l'arrêt total de l'exploitation du charbon en France en 2004 peu de sites francophones sont consacrés aux risques liés à son exploitation actuelle.
Les sites historiques sont plus nombreux.

Le site du centre historique minier de Lewarde offre une documentation sur papier :
http://www.chm-lewarde.com/

Le site du journal du charbon offre une perspective historique sur les risques et le métier de mineur pendant dles deux derniers siècles à partir des écrits d'Emile Zola :
http://le-journal-de-charbon.blogspot.com/

Le bilan de ce travail conduira les élèves à se poser la question de la pérénnité de l'activité des charbonnages. Il s'agit d'une activité économique rentable à court terme mais qui occasionne des dégâts dans l'environnement immédiat, qui peut être dangereuse pour les mineurs et surtout qui contribue à augmenter significativement le taux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.


Des documents en langue anglaise pour un travail en DNL

A cause de la localisation des gisements de charbon exploités actuellement, la plupart des sites concernant l'extraction du charbon sont en anglais. Ce sera l'occasion d'un travail en collaboration avec le professeur d'anglais ou dans le cadre d'une DNL.

La mine musée de Big Pit au Pays de Galles fournit des images et des textes simples destinés à un public scolaire :
http://www.museumwales.ac.uk/en/bigpit/mining-galleries/
 
Les grands sites d'exploitation de la houille sont maintenant constitués de "découvertes". Ici une carrière à ciel ouvert situé dans le Wyoming exploite une veine de charbon d'âge paléocène et épaisse de 11 mètres. Ce gisement exceptionnel résulte d'une sédimentation tourbeuse d'origine forestière ayant duré très longtemps avec une subsidence faible mais régulière.

découverte
Le site du service géologique du Wyoming :http://www.wsgs.wyo.gov/energy/coal-geology.aspx montre bien les techniques extractives adaptées à ces énormes veines de charbon.

Source Wikipédia issue du site : http://www.wy.blm.gov/minerals/coal/.

licence GNU.
 
L'extraction du charbon ayant tendance à reprendre en raison de la hausse du coût du pétrole. Les problèmes environnementaux liés à cette extraction sont de plusieurs ordres.

Galerie de photos du site de protestation des habitants de Merthyr Tydfil au Pays de Galles contre la réouverture d'une mine à ciel ouvert :
http://www.stopffosyfran.co.uk/Picture Gallery.html
A voir les vues panoramiques des exploitations et les films de la BBC tournés à l'occasion des manifestations d'opposants. Notons au passage que les habitants de Merthyr Tydfil ont lutté dans les années 80 contre la fermeture des mines décidée par le gouvernement britannique de l'époque.

Cette page consacrée à la catastrophe d'Aberfan (1966) permet de mesurer les dangers des terrils :
http://www.hiraeth.org.uk/aberfan/

Lexique anglophone :
Coal : charbon,
Peat : tourbe,
Pit : puit de mine,
Opencast : mine à ciel ouvert, découverte,
Coal seam : veine de charbon,
Coal measures : banc de houille ou séquence houillère selon le contexte,
Colliery waste : terril.
 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : 2nde, Cycle 4

type pédagogique : scénario, séquence, travaux pratiques, démarche pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier, classe, laboratoire, salle multimedia

référence aux programmes :

Le Soleil : une source d'énergie essentielle

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sciences de la vie et de la Terre - Rectorat de l'Académie de Nantes