Hydrocarbures Fossiles

L’énergie joue un rôle important dans la société moderne d’aujourd’hui, elle alimente nos vies et réchauffe nos foyers. Avec la demande quotidienne d’électricité qui augmente à un rythme alarmant dans le monde entier, due à une forte croissance industrielle et à l’utilisation extensive d’équipements électriques et de gadgets dans les foyers modernes, la disponibilité de l’énergie provenant des combustibles fossiles n’a jamais été aussi cruciale.

Cette demande accrue en électricité et la diminution des ressources en combustibles fossiles signifient que les énergies alternatives et les carburants écologiques sont en cours de développement pour alimenter nos voitures. Mais avant de pouvoir discuter plus en détail de ces « énergies alternatives », nous avons besoin de plus de faits sur l’énergie charbonnière et de comprendre ce que sont les combustibles fossiles, tout en examinant la situation actuelle dans laquelle nous nous trouvons aujourd’hui.

Comprendre la situation énergétique actuelle

Le monde moderne repose fortement sur l’énergie obtenue par la combustion de combustibles fossiles. Sans l’énergie des combustibles fossiles, les machines ne fonctionneraient pas et l’électricité ne serait pas produite. L’électricité est nécessaire pour tout, de l’éclairage dans nos maisons à la gestion des derniers réseaux ferroviaires modernes à grande vitesse à l’échelle mondiale. Notre consommation d’énergie et nos besoins ont rapidement augmenté au cours des 250 dernières années suivant l’avènement de la révolution industrielle.

De l’ère de la vapeur jusqu’à aujourd’hui, cette augmentation rapide de l’utilisation de l’énergie a créé ses propres problèmes d’offre et de demande. Cette demande mondiale croissante en énergie a conduit à une augmentation de l’utilisation et de la combustion des combustibles fossiles et des sources d’énergie non renouvelables, simplement pour générer de l’électricité et maintenir la lumière allumée.

Environ 80 % de l’énergie que nous utilisons aujourd’hui provient des combustibles fossiles. La liste des combustibles fossiles est courte, les trois types de combustibles fossiles étant le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Nous utilisons ces types de combustibles fossiles en quantités énormes et pour de bonnes raisons. Ils sont facilement disponibles, faciles à stocker et simples à transporter à travers le monde.

L’énergie fossile stockée peut être rapidement libérée par combustion pour la cuisine, le chauffage et le transport. Le problème est que les combustibles fossiles sont une ressource finie, c’est une source d’énergie non renouvelable, ce qui signifie que le charbon bon marché (que nous brûlons pour produire de l’électricité), le gaz naturel bon marché (que nous utilisons pour cuisiner et chauffer nos maisons) et le pétrole bon marché (qui alimente nos voitures et camions) seront finalement épuisés dans les 50 prochaines années environ.

Que signifie : Énergie non renouvelable

En gros, une ressource non renouvelable est une ressource naturelle qui a été formée par mère nature au cours de millions d’années à partir de matériaux organiques. Ces sources d’énergie sont généralement appelées « combustibles fossiles », mais que sont donc les combustibles fossiles ? Les combustibles fossiles sont ainsi nommés en raison de leur mode de formation. Comme leur nom collectif l’indique, les combustibles fossiles proviennent de fossiles, les restes préservés de plantes et d’animaux disparus, enfouis profondément sous terre.

Comment les combustibles fossiles sont-ils formés ? Pendant plusieurs centaines de millions d’années, ces dépôts organiques à base de carbone ont été convertis, grâce à la chaleur et à la pression immenses de la Terre, en différentes sources d’énergie fossile telles que le pétrole, le charbon et le gaz naturel.

Tous les combustibles fossiles sont des sources d’énergie non renouvelables qui sont utilisées à un rythme plus rapide que le processus naturel par lequel la terre peut les remplacer. En d’autres termes, ils ne peuvent pas être recréés ou régénérés à une échelle comparable à leur consommation. Les combustibles fossiles sont une « ressource non durable ». La plupart des ressources énergétiques utilisées aujourd’hui pour produire de l’électricité sont non renouvelables, les sources d’énergie non renouvelables les plus couramment utilisées étant les hydrocarbures.

Hydrocarbures des combustibles fossiles

Nous savons que le pétrole brut, le gaz naturel et le charbon sont tous des combustibles fossiles, et que l’expression « combustible fossile » est utilisée pour décrire tout type de matériau « hydrocarbure » qui peut être brûlé ou utilisé comme carburant en libérant son énergie sous forme de chaleur. Ils sont appelés hydrocarbures parce que leur structure chimique est basée sur une combinaison d’atomes d’hydrogène et de carbone.

Sous une chaleur et une pression extrêmes, ces atomes se lient ensemble et créent de longues chaînes de molécules composées d’atomes d’hydrogène reliés à une structure de carbone. Une fois formés, les hydrocarbures peuvent exister sous une presque infini variété de combinaisons, chacune ayant ses propres propriétés uniques, allant du solide au gaz.

Les trois formes les plus courantes d’hydrocarbures correspondent aux trois états de la matière : solide, liquide et gaz. Le charbon est solide, le pétrole brut est liquide et le gaz naturel est, eh bien, un gaz. Ces combustibles fossiles peuvent être raffinés pour produire des sous-produits d’hydrocarbures tels que le goudron, l’essence (gazoline) ou le kérosène à partir du pétrole, ou le propane, le butane, et le méthanol à partir du gaz naturel.

Pétrole brut en tant que combustible fossile

En raison de la facilité relative de son extraction, de sa polyvalence et de la facilité avec laquelle il peut être transporté et stocké, le pétrole est devenu le combustible fossile numéro un qui alimente le monde moderne, des voitures aux camions en passant par le chauffage de nos maisons et la fabrication.

Le pétrole est un liquide épais et noir formé naturellement sous terre et résulte de millions d’années de décomposition de matières végétales et animales soumises à de fortes pressions et à des températures élevées dans la croûte terrestre. Aucun autre substance unique ne peut égaler l’énorme impact que l’utilisation du pétrole a eu sur tant de personnes dans le monde entier.

Il existe de nombreuses utilisations pour le pétrole et tôt ou tard, ces réservoirs de pétrole souterrains seront complètement épuisés. Bien qu’il soit estimé qu’il reste suffisamment de pétrole brut pour environ 40 à 50 ans dans la croûte terrestre au rythme actuel de consommation, à terme, le coût pour récupérer ces dernières gouttes de pétrole sera supérieur à sa valeur. Cela est dû au fait que le pétrole brut est un liquide noir épais pompé de sous terre à la surface de la Terre par un étroit pipe et doit d’abord être raffiné avant que nous puissions l’utiliser comme carburant pour nos voitures ou pour le chauffage.

Bien que le pétrole ait un rendement énergétique net élevé et puisse nous être très utile de différentes manières, il peut également être très nuisible. L’un des principaux problèmes liés au pétrole est la pollution de l’air qu’il crée lors de sa combustion. Le pétrole est l’une des principales causes du brouillard, qui est un type de pollution de l’air. Ce brouillard est créé lorsque des huiles sont brûlées dans des endroits comme les centrales électriques, les usines industrielles et les voitures, libérant des toxines telles que le dioxyde de carbone dans l’atmosphère, qui est lui-même classé comme un type de gaz à effet de serre nuisible.

De plus, la pollution par le pétrole dans les océans et les mers provenant des fuites de pétrole de nos voitures et autres machines, qui peuvent ensuite être lavées dans l’océan par les égouts ou des déversements d’huile provenant de navires, de pétroliers et de plates-formes pétrolières directement dans les mers, peut causer un préjudice immense à la vie océanique.

Charbon en tant que combustible fossile

Le charbon est le combustible fossile le plus abondant sur la planète aujourd’hui et est de loin la source de combustible fossile la moins chère disponible, coûtant en moyenne moins de la moitié du prix du pétrole et du gaz naturel. Mais bien que le charbon fossile soit très bon marché, il est à la fois sale à brûler et à transporter, tout en étant moins efficace énergétiquement par rapport à l’énergie stockée de l’huile et du gaz. Avec l’invention des machines à vapeur, le charbon fossile est devenu le combustible numéro un au monde.

Bien qu’il soit moins populaire aujourd’hui, le charbon fossile est encore brûlé dans les centrales électriques pour produire de l’électricité. Le charbon fossile se trouve dans le monde entier et il y a probablement suffisamment de charbon dans la croûte terrestre pour durer plus de 200 ans au taux actuel de consommation.

Le charbon est une roche sédimentaire solide contenant des hydrocarbures combustibles qui sont brûlés dans les centrales électriques commerciales pour produire de l’électricité et dans les maisons pour produire de la chaleur. Les hydrocarbures présents dans le charbon peuvent également être extraits pour former des combustibles synthétiques liquides et gazeux. Les combustibles fossiles que nous utilisons aujourd’hui ont mis des millions d’années à se former à partir de fougères, de plantes et de restes de marécage qui sont morts et ont commencé à se décomposer au fond des lacs et marais.

Ces plantes organiques mortes ont finalement formé de la tourbe, qui est un autre type de combustible ressemblant à du bois pourri alors que les plantes se sont enchevêtrées ensemble. Au fil du temps, une haute température et une pression ont transformé cette tourbe en le charbon noir que nous connaissons aujourd’hui. Ensuite, le charbon fossile a mis des millions d’années à se former dans la croûte terrestre, donc nous ne pouvons pas produire plus de charbon en peu de temps, ce qui explique pourquoi le charbon est considéré comme une « énergie non renouvelable ».

Tous les charbons ne sont pas identiques. Le charbon est un type de roche combustible de dureté variable, de teneur en humidité et de minéraux, produisant quatre types et qualités de charbon de base. La meilleure qualité de charbon est appelée « anthracite », qui contient de grandes quantités de carbone produisant le plus d’énergie lorsqu’il est brûlé. C’est le charbon noir que nous voyons et brûlons dans les cheminées.

Le deuxième type est le charbon « bitumineux ». C’est un charbon de qualité inférieure utilisé dans l’industrie pour produire du charbon de cokage à utiliser dans les hauts fourneaux et similaires. Avec moins de carbone que le charbon bitumineux, le moins riche en carbone et en contenu énergétique est le charbon « lignite ». Le lignite est un charbon de couleur brune qui est mélangé avec d’autres formes pour être utilisé dans les centrales électriques.

Gaz naturel en tant que combustible fossile

Le gaz naturel (GN) est un hydrocarbure gazeux très inflammable qui se forme souvent avec le charbon, et puisque le gaz naturel est plus léger que le charbon, il se forme généralement au-dessus des couches de charbon. Le gaz brut est un mélange de différents gaz hydrocarbures, mais l’ingrédient principal du gaz naturel est le méthane, un composé naturel qui se forme lorsque la matière végétale et animale se décompose.

Le méthane (CH₄) est un gaz incolore, inodore et insipide qui est composé d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène. Par conséquent, le gaz naturel est un combustible fossile non renouvelable qui est pompé par des conduites étroites jusqu’à la surface où il est stocké dans de grands réservoirs ou sous terre dans d’anciennes puits de gaz.

Partout dans le monde, le gaz naturel est vendu comme un combustible propre et domestique utilisé principalement pour le chauffage et la cuisson. Comme mesure de sécurité, des odorants chimiques tels que le mercaptan sont ajoutés afin qu’un gaz échappant puisse être détecté par son odeur distinctive d’œufs pourris.

Le gaz naturel brûle plus proprement que l’huile et le charbon et émet moins de soufre, de carbone et d’azote lors de la combustion. Être un combustible propre et brûlant est l’une des principales raisons pour lesquelles l’utilisation du gaz naturel, en particulier pour la génération d’électricité, a tant augmenté au cours de la dernière décennie et devrait continuer à croître à l’avenir. Cependant, le gaz fossile n’est pas un remplacement viable pour l’huile ou le charbon car il est plus difficile à transporter et à stocker, le rendant plus comme un combustible régional.

De plus, comme le gaz naturel peut être comprimé en un liquide, il peut être utilisé comme un combustible alternatif pour les voitures et les camionnettes, stockant plus d’énergie dans un volume plus petit que l’essence conventionnelle. Le gaz naturel peut être utilisé sous forme de gaz naturel compressé (GNC) et de gaz naturel liquéfié (GNL) comme carburant de transport, mais les véhicules fonctionnant au gaz naturel nécessitent des modifications spéciales pour transporter en toute sécurité le gaz à haute pression.

Comme les deux combustibles fossiles précédents, des gaz à effet de serre sous forme de dioxyde de carbone (CO₂) et de dioxyde de soufre (SO₂) sont libérés dans l’atmosphère par la combustion de gaz fossiles, mais contrairement à l’huile et au charbon, la combustion du gaz naturel produit beaucoup moins de ces gaz nuisibles, en faisant un combustible fossile beaucoup plus propre.

Énergie nucléaire

Bien qu’elle ne soit pas techniquement un combustible fossile, l’énergie nucléaire peut également être classée comme une source d’énergie non renouvelable car elle utilise de l’uranium-235. L’uranium-235 ou U-235, ainsi nommé parce que chaque atome est composé de 92 protons et 143 neutrons, est un élément métal lourd exceptionnel utilisé comme combustible en raison de sa source abondante d’énergie concentrée.

Étant donné qu’il n’existe qu’une quantité limitée d’uranium disponible dans le monde, de nombreux scientifiques le considèrent comme une source d’énergie non renouvelable, car une fois utilisé, il est épuisé (bien que le thorium puisse être utilisé pour remplacer l’uranium). L’uranium est un minerai naturel dans la croûte terrestre et, tout comme les combustibles fossiles, l’uranium-235 doit être extrait et spécialement traité avant de pouvoir être utilisé comme combustible nucléaire.

L’énergie nucléaire est l’énergie présente dans le noyau (cœur) d’un atome, et l’uranium-235 produit de l’énergie par un processus appelé fission nucléaire, également appelée « séparation de l’atome ». La fission nucléaire libère de l’énergie de manière beaucoup plus efficace, qui est ensuite utilisée pour chauffer de l’eau, produisant ainsi de la vapeur utilisée pour faire tourner des turbines pour produire de l’électricité.

Comparé à l’électricité générée par la combustion de combustibles fossiles, l’énergie nucléaire est plus propre. Les centrales nucléaires ne produisent pas d’émissions, de dioxyde de carbone ou d’autres formes de polluants de l’air qui se forment lors de la combustion des combustibles fossiles, seules de petites quantités de polluants sont générées lors du traitement (enrichissement) de l’uranium pour la fabrication de barres de combustible dans les réacteurs nucléaires. Ainsi, les centrales nucléaires sont plus respectueuses de l’environnement et plus propres que les centrales à pétrole ou à charbon conventionnelles. Cependant, l’énergie nucléaire n’est pas sans controverse ou problèmes.

Les centrales nucléaires sont relativement sûres lorsqu’elles fonctionnent, mais les accidents peuvent être catastrophiques (comme ceux de Tchernobyl ou de la centrale nucléaire de Fukushima au Japon). Mais le principal inconvénient des centrales nucléaires est qu’elles produisent des déchets hautement radioactifs comme sous-produit du processus de fission, tels que les combustibles usés, autres déchets radioactifs, et chaleur. Les déchets de combustible et autres déchets radioactifs doivent être stockés et contenus pendant des milliers d’années, et personne ne sait ce qui pourrait arriver à ces sites à l’avenir.

Toutes les centrales nucléaires n’ont qu’une durée de vie d’environ 30 à 40 ans, elles doivent donc être « déclassées », ou démontées de manière systématique et soigneuse pour éviter de contaminer l’environnement environnant. De plus, la pollution thermique par l’eau utilisée pour refroidir le réacteur est renvoyée dans le système aquatique naturel coulant dans les lacs et les rivières et de nouveau dans l’océan.

Inconvénients des combustibles fossiles

Voici quelques inconvénients de l’énergie des combustibles fossiles en raison de leur utilisation et combustion :

• Les combustibles fossiles mettent beaucoup de temps à se former et sont donc considérés comme des sources d’énergie non renouvelables.
• Ils ne sont pas répartis de manière égale à travers le monde.
• Production de gaz à effet de serre qui sont tous considérés comme des polluants atmosphériques, à travers la combustion de combustibles fossiles.
• Le prix des combustibles fossiles ne peut être contrôlé que par quelques pays.
• Également sous la forme de déversements de pétrole qui ont le potentiel de tuer des animaux et de la faune.

Certains gaz nocifs produits par les combustibles fossiles comprennent :

• Dioxyde de carbone, (CO₂) – « Réchauffement climatique »
• Monoxyde de carbone, (CO) – « Gaz toxique »
• Dioxyde d’azote, (NO₂) – « Brouillard photochemique »
• Méthane, (CH₄) – « Gaz à effet de serre »
• Dioxyde de soufre, (SO₂) – « Pluie acide »
• Protoxyde d’azote, (N₂O) – « Gaz à effet de serre »

En conclusion, brûler d’énormes quantités de combustibles fossiles pour générer de l’électricité ou pour le chauffage, c’est relâcher des milliers de tonnes d’hydrocarbures et de polluants sous forme de gaz dans l’atmosphère, qui ont été stockés pendant des millions d’années dans le sous-sol.

Comment conserver nos combustibles fossiles

Nous avons discuté ci-dessus des trois principaux types de combustibles fossiles utilisés pour la production d’électricité, la cuisine et le chauffage. À des taux de production actuels ou accrus, le pétrole fossile et le gaz naturel seront épuisés dans 50 ans environ, avec une augmentation du prix par unité bien avant cela. La combustion de combustibles fossiles contenant du carbone génère de grandes quantités de gaz nocifs et de polluants dans l’atmosphère, entraînant un réchauffement climatique et un changement climatique en raison des gaz à effet de serre : dioxyde de carbone, méthane et protoxyde d’azote.

La meilleure façon de réduire ces émissions nuisibles est d’éliminer l’utilisation des combustibles fossiles pour la production d’électricité et d’utiliser uniquement l’essence pour le transport et le gaz naturel pour la cuisine et le chauffage. Cependant, cela n’est pas possible, donc nous devons promouvoir la conservation de l’énergie, par exemple :

• Conservation de l’énergie en réduisant la consommation d’électricité et de gaz dans les foyers et les lieux de travail.
• Réduire notre consommation et le gaspillage d’huile actuel en conduisant moins ou à des vitesses plus lentes.
• Chercher d’autres moyens de réduire notre utilisation de combustibles fossiles et notre gaspillage.
• Utiliser d’autres formes de sources d’énergie alternatives.

La demande énergétique accrue, l’épuisement des ressources en combustibles fossiles et la pollution environnementale croissante ont conduit le monde à réfléchir sérieusement à d’autres sources alternatives d’énergie nouvelle. Le concept de base de l’énergie alternative se rapporte aux enjeux de durabilité, de renouvelabilité et de réduction de la pollution. En réalité, l’énergie alternative signifie n’importe quel moyen autre que l’énergie dérivée par la combustion de combustibles fossiles. Trouver des moyens de réduire l’utilisation de combustibles fossiles et les émissions de gaz à effet de serre tout en produisant suffisamment d’énergie pour soutenir le développement économique mondial est un défi majeur.

Maintenant que nous savons « ce que sont les combustibles fossiles », nous pouvons les définir par l’expression simple de « ici aujourd’hui, partis demain ». Il existe une variété de nouvelles sources d’énergie alternatives, y compris la production d’énergie solaire et éolienne dont nous pouvons tirer parti aujourd’hui pour réduire notre dépendance à l’énergie des combustibles fossiles.

Dans le prochain tutoriel sur l’énergie alternative, nous discuterons et examinerons des moyens de promouvoir l’utilisation de nouvelles sources d’énergie.