Charbon bitumineux – Tableau des matériaux – Applications – Prix

À propos du charbon bitumineux

Le charbon est une roche issue de la décomposition de la vie végétale. Il est principalement composé de carbone, avec de nombreux autres oligo-éléments. Le charbon bitumineux ou charbon noir est un charbon relativement mou contenant une substance semblable à du goudron appelée bitume ou asphalte. Il est de meilleure qualité que le lignite et le charbon sous-bitumineux, mais de moins bonne qualité que l’anthracite. 

Résumé

Nom	Charbon bitumineux
Phase à STP	solide
Densité	1400kg/m3
Résistance à la traction ultime	20 MPa
Limite d’élasticité	N / A
Module d’élasticité de Young	N / A
Dureté Brinell	2 mois
Point de fusion	1127 °C
Conductivité thermique	0,2 W/mK
Capacité thermique	1380 J/g·K
Prix	0,03 $/kg

Composition du charbon bitumineux

Le charbon est composé de macéraux, de minéraux et d’eau. La composition exacte du charbon dépend fortement du temps pendant lequel la conversion de la matière végétale en minéral final a eu lieu. Plus le charbon est ancien, plus le pourcentage de carbone est élevé et moins la composante végétale d’origine est apparente, c’est-à-dire le fossile, les restes de tissus végétaux, la résine, etc. Et, en particulier, ce charbon est de meilleure qualité et est plus demandé. Cependant, outre que la coalification et la représentation des impuretés dépendent d’autres circonstances, en particulier de la composition spécifique des plantes à partir desquelles le charbon a été formé, du caractère du gisement, de l’histoire géologique. Le charbon bitumineux est une roche sédimentaire organique formée par compression diagénétique et sous-métamorphique de matériaux de tourbière. Ses principaux constituants sont des macéraux : vitrinite, et la liptine. La teneur en carbone du charbon bitumineux est d’environ 45 à 86 % ; le reste est composé d’eau, d’air, d’hydrogène et de soufre, qui n’ont pas été chassés des macéraux. L’analyse élémentaire donne des formules empiriques telles que C137H97O9NS pour le charbon bitumineux et C240H90O4NS pour l’anthracite à haute teneur. 

Applications du charbon bitumineux

La densité énergétique élevée du charbon et les vastes réserves que l’on trouve dans la nature le rendent utile comme combustible pour la production d’électricité dans les centrales électriques au charbon et, dans certains endroits, pour le chauffage. Environ 8 000 tonnes de charbon sont produites chaque année, dont environ 90 % de houille et 10 % de lignite. En 2018, un peu plus de la moitié provenait de mines souterraines. Les utilisations les plus importantes du charbon sont la production d’électricité, la production d’acier, la fabrication de ciment et comme combustible liquide. 

Propriétés mécaniques du charbon bitumineux

Force du charbon bitumineux

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.

La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la  loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.

Voir aussi : Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du charbon bitumineux

La résistance à la traction ultime du charbon bitumineux est de 20 MPa.

Limite d’élasticité du charbon bitumineux

La limite d’élasticité du charbon bitumineux  est N/A.

Module d’élasticité du charbon bitumineux

Le module d’élasticité de Young du charbon bitumineux est N/A.

Dureté du charbon bitumineux

En science des matériaux, la  dureté  est la capacité à résister à  l’indentation de surface  ( déformation plastique localisée ) et  aux rayures . Le test de dureté Brinell  est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un  pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

L’  indice de dureté Brinell  (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :

La dureté du charbon bitumineux est d’environ 2 Mohs.

Voir aussi : Dureté des matériaux

Propriétés thermiques du charbon bitumineux

Charbon bitumineux – Point de fusion

Le point de fusion du charbon bitumineux est de 1127 °C .

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la  fusion  est un  changement de phase  d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le  point de fusion  d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le  point de fusion  définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Charbon bitumineux – Conductivité thermique

La conductivité thermique du charbon bitumineux est de 0,2 W/(m·K) .

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la  conductivité thermique , k (ou λ), mesurée en  W/mK . C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par  conduction . Notez que  la loi de Fourier  s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La  conductivité thermique  de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire  k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Charbon bitumineux – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique du charbon bitumineux est de 1380  J/g K .

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique,  est une propriété liée à l’énergie interne  très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives  c _v  et  c _p  sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’  énergie interne  u(T, v)  et de  l’ enthalpie  h(T, p) , respectivement : 

où les indices  v  et  p  désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés  c _v  et  c _p  sont appelées  chaleurs spécifiques  (ou  capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont  J/kg K  ou  J/mol K .

Propriétés et prix des autres matériaux

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