Combustible fossil
Lei combustibles fossils (ò combustibles mineraus) son de combustibles eissits de la transformacion de matèrias organicas dins de condicions anaeròbias. Fòrça lent, aqueu procès implica de transformacions liadas ai condicions de pression e de temperatura que s'observan dins lei jaç prefonds que la crosta terrèstra. Entraïna la formacion de compausats idrogenocarbonats que pòdon èsser utilizats coma fònt d'energia ò coma precursor en sintèsi organica. Lei tres principaus son lo carbon, lo petròli e lo gas naturau.

Aguent un poder calorific important, aquelei produchs son principalament utilizats per la produccion d'energia electrica ò per fabricar de carburants. Ansin, la Revolucion industriala a entraïnat un desvolopament considerable de sa produccion e de sa consumacion e, maugrat l'aparicion de solucions alternativas coma lo nuclear, èran encara a l'origina de 85% de l'energia producha per l'umanitat a la fin deis ans 2010. Dins aquò, aquel usatge massís a de consequéncias importantas sus l'environament car lei combustibles son una fònt importanta de polluents. En particular, son venguts la causa premiera de la pollucion atmosferica urbana e lo factor major dau rescaufament climatic.

Descripcion

Mecanisme de formacion dei combustibles fossils 

La formacion dei combustibles fossils es la consequéncia d'un procès de descomposicion de matèrias organicas dins de condicions anaeròbias. D'efiech, aqueu procès entraïna la formacion de querogèn, una substància organica sedimentària que sa pirolisi es a l'origina dirècta de la formacion deis idrocarburs presents dins la crosta terrèstra.

La descomposicion de la biomassa 

Lei combustibles fossils son eissits de matèrias organicas mòrtas que subisson un procès particular de descomposicion. D'efiech, dins la màger part dei cas, la biomassa es rapidament descompausada per l'activitat microbiologica per formar de nutriments, d'aiga ò de gas. En particular, dins de condicions aeròbias – es a dire se lo dioxigèn pòu circular liurament – totei lei cadenas carbonadas dei teissuts vivents son transformadas en dioxid de carbòni (CO2). Se parla alora d'un procès de « mineralizacion complèta » de la matèria organica.

Pasmens, dins certaneis estendudas d'aiga suavas (oceans, lacs, paluns...), la matèria organica en cors de descomposicion pòu se trobar expausadas a de condicions anaeròbias, es a dire un mitan onte se tròba ges de dioxigèn. Per exemple, es lo cas dins de paluns onte la sedimentacion es rapida entraïnant l'aclapament rapid deis organismes mòrts. Dins una tala situacion, la mineralizacion de la matèria organica s'arresta quand la quantitat de dioxigèn inicialament presenta es totalament consumada. Lo procès de descomposicion contunia mai es d'ara endavant menat per d'autrei microorganismes a l'origina de reaccions quimicas diferentas.

La formacion dau querogèn e sa pirolisi 

En l'abséncia de dioxigèn dins un jaç sedimentari contenent de matèrias organicas, la descomposicion es unicament assegurada per de bacterias anaeròbias. Per subreviure, aquelei bacterias extrason l'oxigèn e l'azòt de la matèria organica laissant un residú, dich querogèn, qu'es majoritàriament format de l'esquelèta idrogenocarbonada dei teissuts organics. Lent, aqueu procès se debana dins la crosta terrèstra a de prefondors de plusors miliers de mètres.

Après sa formacion, se la tectonica dei placas entraïna l'enfonsament de jaç contenent de quantitats importantas de querogèn, aquela substància pòu èsser somesa a de condicions de pressions e de temperaturas fòrça autas. Dins lo corrent d'aquela davalada, l'aiga es pauc a pauc expulsada dei sediments entraïnant la formacion d'una ròca mesclant lo querogèn e de substàncias mineralas. Puei, quand una prefondor de plusors miliers de mètres amb una temperatura situada entre 50° e 120°C es agantada, lo querogèn es susceptible de subir una pirolisi qu'entraïna sa descomposicion en moleculas pus simplas (constituents dei combustibles fossils, aiga, dioxid de carbòni...). La prefondor e la temperatura an un ròtle important dins aqueu procès. Per exemple, la formacion de petròli es maximala entre - e - m. Aquela de gas naturau es preponderanta en dessota de - m.

La formacion dei jaciments 

La transformacion dau querogèn en idrocarburs es un fenomèn que s'observa dins la màger part dei jaç sedimentaris. Pasmens, i es sovent fòrça minoritari. La formacion de jaciments de combustibles fossils necessita donc de condicions especificas. Cinc cas principaus existisson.

Lo premier regarda lei sediments onte lo querogèn es lo produch majoritari. Una tala situacion arriba generalament quand lo combustible se fòrma a partir de vegetaus « superiors » (aubres, feuses, consòudas...). La premiera etapa de la sedimentacion es la formacion de torba a partir d'acumulacions de vegetaus dins un mitan saturat d'aiga. Aqueu procès dura quauquei miliers d'ans e tèn una plaça particulara dins lei combustibles fossils que sa formacion necessita normalament plusors desenaus de milions d'ans.

L'aclapament de la torba e sa pirolisi menan a l'aparicion de lignit, de carbon de tèrra e d'antracita qu'es una forma de carbòni quasi pura. D'un biais minoritari, aquela pirolosi entraïna tanben la formacion de petròli e de gas naturau. Aqueu darrier, que sa concentracion vèn significativa a partir de la transformacion en carbon de tèrra, es dich grisó. Constituís un perilh mortau per lei minaires car pòu causar d'explosions.

Quand lo querogèn es minoritari dins lo depaus sedimentari, lo querogèn a tendància de se transformar en petròli. En causa de la pression, es expulsat en fòra de son jaç geologica d'origina e migra vèrs lei zònas de pression pus febla. A donc tendància de montar vèrs la superficia. Es imitat per l'aiga. Se durant sa remontada, aquelei substàncias son arrestadas per un jaç impermeable, pòdon formar un jaciment onte lo petròli subronda l'aiga.

La formacion de gas naturau a generalament luòc quand un jaciment de petròli s'enfonsa mai dins lei prefondors de la Tèrra. En causa de l'aumentacion de la temperatura, lo petròli subís una segonda reaccion de pirolisi que mena a l'aparicion de gas naturau e de betum (ò asfalt). Se lo jaç estanc pòu empedir la pèrda de gas, aquò entraïna l'aparicion d'un jaciment de gas. Dins lo cas contrari, demòra unicament una mescla de betum e de petròli.

Leis arenas bituminosas correspondon ais endrechs onte lo petròli es pas estat arrestat per un jaç impermeable e es arribat a proximitat de la superficia. Dins aqueu cas, la preséncia de dioxigèn permet a de bacterias de tornar començar sa descomposicion. Aquò laissa generalament de betums e d'autreis idrocarburs pesucs amb una fraccion residuala mai ò mens importanta de petròli.

Lei sistres bituminós son una mescla de ròcas e de querogèn non pirolisat. Es donc un combustible fossil arrestat a un estadi « avans lo petròli ». Es possible de realizar sa pirolisi per produrre dau petròli dins una usina mai lo bilanç energetic es generalament negatiu. A l'ora d'ara, es donc un procès industriau fòrça rar qu'es utilizat dins certanei país per de rasons d'independéncia energetica ò de dificultats per s'avitalhar en petròli convencionau.

Combustibles fossils principaus

Lo carbon 

Lo carbon es una ròca sedimentària de color negra ò marron sorn. N'existís diferentei qualitats que son definidas per son taus de carbòni : torba (mens de 50%), lignit (50-60%), carbon de tèrra (60-90%) e antracita (mai de 93%). Son poder calorific aumenta amb aquela concentracion.

Esplechat dempuei lo periòde medievau en China, la descubèrta de sei proprietats combustiblas permetèt la Revolucion Industriala dau sègle XIX. Uei, es principalament utilizat per la produccion d'electricitat, per lo caufatge individuau e dins la siderurgia per la fabricacion de còc.

Lo petròli 

Lo petròli es una ròca liquida de color sorna. Coma per lo carbon, divèrsei qualitats son estadas definidas en foncion de sa densitat a 60°F. Aquela valor es convertida en gra API :
 lei petròlis amb una densitat inferiora a 10°API son considerats coma fòrça pesucs. Tènon una proporcion importanta de betums e d'òlis pesucas.
 lei bruts situats entre 10°API e 22,3°API son considerats coma pesucs. Son caracterizats per de concentracions autas de betums, de compausats aromatics e naftalenics e de compausats contenent d'atòms d'azòt, d'oxigèn ò de sofre.
 lei petròlis entre 22,3°API e 31,1°API son dichs mejans. Permet de produrre de carburants de qualitat bòna dins leis installacions de cracatge.
 lei bruts amb una densitat superiora a 31,1°API fòrman lei petròlis leugiers. Son fòrça recercats car permèton de produrre aisament de carburants (esséncia, querosèn, gasòli) que son lei fraccions pus rendablas.

La natura deis idrocarburs constituïssent lo petròli (parafinics, naftalenics, aromatics) son tanben utilizadas per destriar lei bruts entre elei. La concentracion de sofre es egalament una proprietat importanta car constrenh lei procès de rafinatge. De mai, amb l'adopcion creissenta de nòrmas antipollucion pus estrictas, lo taus de sofre autorizat dins lei carburants es regularament abaissat.

L'industria petroliera apareguèt dins lo corrent dau sègle XIX mai son desvolopament se debanèt subretot durant lo sègle XX. Uei, es una matèria premiera indispensabla au foncionament de la societat modèrna. D'efiech, es utilizat per la produccion de carburants, de produchs quimics (solvents, cosmetics, medicaments, produchs alimentaris...), d'engrais e la màger part dei materiaus plastics.

Lo gas naturau 

Lo gas naturau es una mescla d'idrocarburs gasós principalament compausada de metan, d'autreis idrocarburs (propan, butan, idrocarburs superiors...), de dioxid de carbòni, de compausats sofrats (especialament l'idrogèn sulfurós) e de compausats azotats. Segon son origina, sa composicion e la natura de son jaciment, se destrian plusors diferents de gas naturau :
 lo gas naturau non associat designa la forma pus esplechada. « Non-associat » significa qu'es pas associat amb un jaciment de petròli. Es generalament format d'idrocarburs anant dau metan (CH4) a l'eptan (C7H16), de dioxid de carbòni, d'idrogèn sulfurós e de diazòt. En certanei jaciments, s'observan tanben de quantitats pichonas d'èli, d'argon, de mercuri e de plomb.
 lo gas associat es present en solucion dins lo petròli. Fins a son utilizacion coma fònt d'energia, èra cremat car aviá ges d'interès. Uei, es generalament separat e tornar injectar dins lo jaciment per i mantenir la pression e maximizar la produccion de petròli.
 lo gas biogenic es eissit de la fermentacion de sediments organics. Coma la torba, es un combustible fossil que son cicle de formacion es relativament rapide. Pasmens, se lei jaciments biogenics representan au mens 20% dei resèrvas coneguts de gas naturau, son pichons e dispersats. De mai, contènon de quantitats importantas de dioxid de carbòni que limitan sa valor marchanda.
 lo gas de carbon es present dins lei pòres dau carbon. Subretot format de dioxid de carbòni e de metan, es subretot conegut per la menaça que representa per lei minaires (explosion de grisó). Pasmens, son esplecha es possibla e es l'objècte d'estudis dins lei regions onte lo carbon contèn una proporcion importanta de metan (Estats Units, China...).
 lo gas de sistre sembla fòrça au gas de carbon mai son extraccion pausa de problemas particulars car lei jaciments son sovent fòrça estenduts e la concentracion de gas i es generalament febla. Aquò necessitèt lo desvolopament dei tecnicas d'idrofracturacion que consistisson a injectar d'aiga e d'additius quimics dins lei jaciments per fòrçar la sortida dau gas.
 leis idrats de metan son d'estructuras solidas presentas dins lei prefondors dei regions oceanicas frejas. Son formats de moleculas organicas en forma de gàbia qu'empresonan una molecula de metan. Descubèrts durant leis ans 1960 en URSS, son esplecha es pas possibla a l'ora d'ara. Es pasmens l'objècte d'estudis importants dempuei lo començament dau sègle XXI.

Lo gas naturau es principalament utilizat coma fònt d'energia per la produccion d'electricitat e per lo caufatge. Existís pereu d'aplicacions en petroquimia per produrre de moleculas particularas destinadas a la fabricacion de polimèrs, de medicaments, de solvents ò de carburants.

Leis idrocarburs non convencionaus 

Lo tèrme « idrocarbur non convencionau » designa lei jaciments de combustibles fossils malaisats d'esplechar en causa de sa localizacion (prefondor tròp importanta, region polara...), de sa concentracion tròp febla ò de la necessitat d'utilizar de tecnicas de foratge novèlas. L'exploracion e l'esplecha d'aquelei jaciments son generalament realizadas après l'agotament dei jaciments tradicionaus. Congrean de còsts importants e entraïnan l'aparicion de riscs environamentaus novèus e grèus (utilizacion de produchs quimics coma solvent, bilanç energetic negatiu, destruccion d'endrechs preservats, produccion d'idrocarburs amb de concentracions importantas de sofre...).

Produccion e consumacion

Produccion 

La produccion de combustibles fossils es fòrça inegala car lei jaciments son pas despartits d'un biais unifòrm. De mai, segon la precocitat de l'esplecha e la talha dei jaciments, certanei minas ò potz son estats abandonats car la perseguida de l'activitat i èra pas economicament viabla. La produccion de combustibles fossils es donc sovent un enjòc estrategic per leis estats productors car permèton d'assegurar d'exportacions fòrça rendablas ò de mantenir l'independéncia energetica dau país.

La ressorsa pus sensibla es probablament lo petròli que fa partida dei matèrias premieras pus importantas per la societat modèrna. Son contraròtle es ja estat l'objècte de plusors guèrras e la màger part deis estats productors se son gropats au sen d'un cartèu, dich Organizacion dei País Exportators de Petròli (OPEP) per assaiar de mantenir de pretz favorables a seis interès. Pasmens, aquelei país son uei durament concurrenciats per leis estats qu'an començat l'esplecha d'idrocarburs non convencionaus. En 2018, mai d'un país non sòci de l'OPEP figuravan ansin entre lei productors pus importants :

Lo gas naturau presenta de tensions mens importantas car es una ressorsa amb mens d'aplicacions. Pasmens, aquò pòu èsser lo cas, especialament en Euròpa ont divèrsei país son dependents deis exportacions de gas russas. D'un biais generau, lei productors de gas son egalament de productors de petròli car lei dos tipes de produchs se tròban sovent dins lei meteissei regions :

Lo carbon es lo mens estrategic dei combustibles fossils car son usatge es uei abandonat dins mai d'un país. De mai, lei resèrvas disponiblas son fòrça importantas e podrián aumentar aisament se d'esfòrç èran concentrats per assaiar de trobar de jaciments novèus. Pasmens, demòra un combustible utilizat per certaneis estats tant per de rasons socialas (l'emplec dins lo sector minier) qu'economicas (tecnologia aisada de concebre) :

Consumacion 

La consumacion de combustibles fossils es en aumentacion regulara dempuei la Revolucion industriala. D'efiech, leis economias modèrnas an de besonhs mai e mai importants en energia. Gràcias a son poder caloric important e sa facilitat de transpòrt e d'estocatge, lei combustibles fossils son una solucion aisada per lei contentar. Ansin, en 2018, lo carbon, lo petròli e lo gas naturau representavan 84,7% de la produccion d'energia primària mondiala. Aquela part demenís fòrça lentament en causa dau desvolopament deis energias renovelablas. Pasmens, contunia de progressar en valor absoluda a un ritme important : 7,3 miliards de tonas equivalentas petròli en 1993, 10,3 miliards en 2010 e 11,7 miliards en 2018.

Utilizacions 

Coma son apelacion l'indica, lei combustibles fossils son principalament utilizats coma fònt d'energia. D'efiech, lo carbon, lo petròli e leis idrocarburs eissits dau rafinatge (esséncia, gasòli, querosèn...) son aisats de transportar e sa combustion libera una gròssa quantitat d'energia. Ansin, lei combustibles fossils son la fònt d'energia principala dins lo domeni dei transpòrts terrèstres, aerians o maritims dempuei lo començament de la Revolucion Industriala e l'invencion de la maquina de vapor e dau motor de combustion. Lei transpòrts representan donc l'utilizacion premiera dei combustibles fossils. Per exemple, ais Estats Units d'America, un barriu de petròlli es utilizat a 81% per produrre de carburants.

La produccion d'electricitat es un usatge segondari dei combustibles fossils qu'es fòrça similara a la premiera. D'efiech, son utilizats coma fònt d'energia per activar lei turbinas dei centralas termicas. Lo carbon es lo combustible preferit per aqueu ròtle car son còst es feble e la tecnologia necessària a son utilizacion es aisada d'aquistar. Ansin, 39% de l'electricitat mondiala èra producha gràcias a eu en 2000 e 38% en 2018. Maugrat son aspècte fòrça polluent, aquela part demòra constanta. De son caire, lo gas naturau conoís una aumentacion regulara car sa part es passada de 18% en 2000 a 23% en 2018, principalament per de rasons environamentalas. Enfin, l'utilizacion de petròli es venguda rara durant lo meteis periòde (de 8% a 3%) tant en causa de son còst que de sa natura polluenta.

Enfin, l'industria quimica es un utilizaire important de combustibles, magerament d'idrocarburs simples, que son utilizats per d'aplicacions fòrça variadas anant dei materiaus de construccion (asfalt per lei rotas...) a la sintèsi de moleculas complèxas coma de plastics, d'engrais ò de medicaments.

Durabilitat

Resèrvas mondialas 

Lei resèrvas mondialas de combustibles fossils son mau coneguts car de jaciments novèus son regularament descubèrts. De mai, lei progrès tecnologics permèton pauc a pauc de considerar l'esplecha de jaciments aparevans delaissats. Pasmens, es relativament segur que lei resèrvas son mau despartidas sus la planeta e que son de fònts de tensions geopoliticas importantas. Enfin, i a de variacions segon lei matèrias consideradas e lei mòdes de calcul (resèrvas demostradas, resèrvas estimadas... etc.).

Ansin, en 2018, lei resèrvas demostradas de carbon, de petròli e de gas naturau èran respectivament de  miliards de tonas, de  miliards de barrius e de 196 trilions de mètres cube. Aquò representava 132 ans de consumacion de carbon, 50 ans de petròli e 51 ans de gas naturau. Pasmens, aquelei chifras son en aumentacion regulara en causa deis esfòrç importants consentits per lei companhiás petrolieras per cercar de jaciments novèus. De mai, son unicament compausadas d'estimacions prudentas. Dins lei fachs, aquelei resèrvas son probablament ben pus importantas.

Recèrca de solucions de substitucion 

En causa dei duradas considerablas necessàrias a sa formacion, lei combustibles fossils son de ressorsas renovelablas. Se la cèrca geologica e l'engenhariá son capablas de descubrir regularament de jaciments novèus e de'n esplechar una fraccion totjorn mai importanta, son agotament es inevitable. Lei problemas pus importants regardan lo petròli qu'es la ressorsa pus critica en causa de son ròtle dins la fabricacion de carburants e dins son utilizacion per la fabricacion de moleculas organicas per l'industria quimica. Pasmens, lo gas naturau tèn egalament un ròtle relativament similar.

La recèrca de solucions de substitucion ai combustibles fossils es donc un domeni important dins mai d'un sector coma aqueu de la produccion d'electricitat e dau transpòrt. Es motivada per la necessitat de fònts d'energia novèla avans l'agotament dei jaciments, per lo còst dau petròli e per lei questions environamentalas. Dins lo domeni de l'energia, se desvolopan ansin l'usatge deis energias renovelablas (idroelectric, eolian, solar...). Pasmens, aquelei fònts demandan d'investiments importants e dins lo cas de l'energia nucleara, presenta de riscs fòrça importants que necessitan un mestritge tecnologic malaisat d'aquistar e de conservar. L'escomessa tecnica es encara pus importanta en matèria de transpòrt onte lei solucions alternativas (agrocarburants, veïculs electrics...) son pas encara capablas de remplaçar totalament lei combustibles fossils.

Pollucions 

Lei combustibles fossils son una fònt majora de pollucion, principalament en causa de sa combustion qu'emet de gas toxics per la santat umana e favorizant l'efiech de sèrra. Pasmens, lei combustibles fossils entraïnan d'autrei pollucions grèvas.

Toxicitat 

Leis efiechs toxics dei combustibles fossils son de natura variada. Lo carbon es subretot toxic per lo sistèma respiratòri, leis articulacions e leis uelhs dei minaires. En particular, favoriza l'aparicion de la silicòsi qu'es una malautiá caracterizada per una reduccion definitiva de la capacitat pulmonària. Dins de cas pus grèus, pòu causar l'aparicion de cancèrs dau paumon e dau laringe.

Lo petròli es toxic per la màger part deis organismes e sa preséncia en quantitat importanta dins la natura es una fònt de pollucion grèva, especialament per lei mitans aquatics. D'efiech, contèn un nombre important de produchs persistents e cancerigèns que pòdon tocar tot un ecosistèma durant de periòdes relativament lòngs (fins a plusors decennis). Ansin, leis accidents dins lo domeni dau transpòrt d'idrocarburs entraïnan generalament de pollucions espectaclosas (marèia negra...). Dins aquò, leis emissions volontàrias, coma aquelei realizadas per lei petrolièrs, dins leis oceans son un problema pus grèu per l'environament en causa de sei frequéncias superioras.

Pollucion atmosferica 

La combustion complèta de combustibles fossils emet normalament d'aiga e de dioxid de carbòni. Pasmens, dins lei fachs, la combustion es rarament complèta car lei reglatges dei motors son sovent imperfècts, çò qu'entraïna l'emission de monoxid de carbòni e d'idrocarburs mai ò mens complèxs. De mai, leis impuretats ò leis additius presents dins lei combustibles entraïnan l'aparicion de substàncias suplementàrias coma d'oxid d'azòt NOx, d'ozòn, de particulas finas, de poussas metallicas ò de compausats sofrats (principalament lo dioxid de sofre).

En causa de l'urbanizacion creissenta de la populacion, la pollucion atmosferica es venguda un problema important dins leis aglomeracions. D'efiech, lei polluents atacan lo sistèma respiratòri. En França, en 2007, auriá entraïnat la mòrt de  personas. Dins lo mond, per lo periòde 1990-2006, èra la cinquena causa de decès après la malnutricion, lei riscs alimentars, l'ipertension arteriala e lo tabagisme. Un agravament es probable amb lo desvolopament dei país asiatics, africans e sud-americans.

Rescaufament climatic 

Lo darrier ponch environamentau problematic liat a l'utilizacion de combustibles fossils es lo rescaufament climatic entraïnat per plusors gas eissits de sa combustion. D'efiech, la concentracion de dioxid de carbòni es a aumentar dins l'atmosfèra terrèstra dempuei la Revolucion industriala en causa de l'utilizacion massisa d'aquelei combustibles. Ansin, es passada d'aperaquí 260 ppm dins leis ans 1860 a mai de 400 ppm dins lo corrent deis ans 2010. En mai d'aquò, certanei deis autrei gas formats durant la combustion de combustibles fossils son d'agents poderós de l'efiech de sèrra.

Liames intèrnes 

 Arenas bituminosas.
 Biomassa.
 Carbon.
 Carburant.
 Gas naturau.
 Idrocarburs.
 Petròli.
 Querogèn.
 Rescaufament climatic.
 Sedimentacion.
 Sistre bituminós.
 Torba.

Bibliografia

Nòtas e referéncias 

Ecologia
Quimia