Les charbons sont les résidus de l'évolution physico-chimique (houillification) de débris végétaux, au cours de l'enfouissement par compaction puis diagenèse. On appelle rang un stade déterminé de cette houillification .Ainsi les charbons ne constituent qu'une seule lignée dont les termes tourbe, lignite, houille et anthracite caractérisent les rangs successifs.
Les stades initiaux de la houillification les tourbes et les lignites
Des qu'une plante meurt, elle pourrit et la matière organique est oxydée .Cependant, cette dégradation est ralentie dans les eaux stagnantes pauvres en oxygène. Les composés organiques primaires des végétaux qui sont soumis a la dégradation sont :
* La lignite: composé hautement polymérisé à noyaux aromatiques qui constitue la charpente et les tissus vasculaires des végétaux supérieurs .Sa résistance chimique est élevée et elle n'est généralement pas attaquée par les bactéries.
* La cellulose : qui forme le constituant de la majeure parties des parois cellulaires .Plus fragile que la lignite, elle est détruite par les bactéries en donnant soit du CO2 C H 4 et H 2 (milieu oxique ) soit des acides humiques(milieu anoxique).
*Les tanins: qui imprègnent certains tissus végétaux (écorces, racines , leur composition voisine de celle des acides humiques explique leur résistance à l'altération. On peut ajouter les chlorophylles, les huiles, les cires cuticulaires et les résines.
Il existe deux phases successives de dégradation :
*l’humification : correspond à la transformation des composés organiques en acides humiques. Selon les conditions du milieu (oxygénation, pH, Eh), on distingue la tourbification et la putréfaction.
*La tourbification : qui se produit en milieu oxique dans les 50 premiers centimètres de l’accumulation organique à sec ou en présence d’eau courante. Dans ce cas, la cellulose est détruite et la lignine se transforme partiellement en acides humique.
*La putréfaction : qui s’opère en conditions anaérobies généralement en eaux stagnantes ; la cellulose donne ici des acides humiques et la lignine est préservée.
C’est à ces deux processus que l’on attribue les variations de composition des vitrinites qui peuvent être plus ligneuses ou plus cellulosiques.
L’humification se développe au cours du stade des tourbes et elle est pratiquement achevée au stade des lignites tendres. Elle conduit dans les tourbes, à une concentration en carbone de 50 à 60%(par élimination d’oxygène et à une perte d’eau de 70à 90% (essentiellement par compaction)
Les tourbes se caractérisent par la présence de cellulose libre qui disparait sans le premier stade des lignites.
Les lignites sont riches en acides humiques mais perdent leurs radicaux OH et COOH et donnant des humines dont la disparition totale manque le passage à la houille.
La gélification : marque une seconde phase de dégradation au cours de laquelle les matières humiques prennent une forme colloïdale. Elle s’effectue eu deux étapes successives.
*Une gélification biochimique : contrôlée par le milieu de dépôt qui se produit au stade tourbe /lignite tendre.
*Une gélification géochimique : qui marque le passage lignites mat/brillant. Cette dernière transformation qui nécessite une évolution thermique ainsi qu’un certain enfouissement s’appelle la vitrification
La houillification stricto sensu: les charbons (houilles et anthracites)
Composition des charbons on peut distinguer une fraction organique(les macéraux) et une fraction inorganique(les cendres)
1.1 la fraction organique des charbons: les maceraux
Elle est scindée en une série complexe de restes figurés plus ou moins dégradés, les maceraux, qui évoluent en fonction du rang de l'houillification, ils sont répartis en trois grands groupes à partir de leurs propriétés optiques(pouvoir réfracteur)
*l'exinite(ou liptinite):formée à partir des spores pollens résines et cuticues est peu réfléchissante.
*la vitrinite ( huminite pour les tourbes et lignites)composée essentiellement de bois a un pouvoir réflecteur moyen.
*l'inertinite résidu oxydé de débris de plantes est le maceral le plus réfléchissant.
L'étude de maceraux peut apporter des renseignements sur les conditions de dépôt. Ainsi l'abondance de fusinite (variété d'inertinite tissus ligneux à structure cellulaire bien visible) peut suggérer les périodes sèches répétitives pendant lesquelles les incendies de forets voire de tourbières elles- mêmes, étaient fréquentes. Au contraire l'absence de fusinite peut souligner des précipitations régulières et un niveau élevé de la nappe.
Les charbons sont regroupés en deux grands types: les charbons humiques qui proviennent principalement de débris de plantes macroscopiques et les charbons sapropeliques qui sont issus de débris microscopiques (spores et/ ou pollens Bogheads)
1.2 la fraction inorganiques des charbons: les cendres
Elle comprend des sulfures de fer, du quartz, des carbonates et des minéraux argileux. Ces minéraux peuvent être d'origine détritique (apport éoliens, accumulation des sédiments fluviatiles dans les marécages des crues) dérivés de la fraction inorganique des végétaux (contenu des plantes) ou résultat d'autogenèse(qui se forment dans la roche)
II La houillification
La houillification ou carboniofication correspond à un enrichissement en carbone et une élimination des éléments O,H,N(matières volatiles, Mv),sous forme de gaz (H,O,CO,CH4,N)depuis la tourbe jusqu'au graphite. Corrélativement, on observe un accroissement du pouvoir de reflectance des vitrinites (PRV).De ce fait, le rang d'un charbon peut être évalué à partir de l'état des macéraux de constituant.
D. Les milieux favorables
Dans les modèles classiques, la tourbe s'accumule dans des marécages situés à proximité des cours d'eau. Les digitation des couches organiques résultent des intrusions de sédiments clastiques des dépôts de levées ou de crevasses. La fréquence des crues est primordiale vis à vis du développement de couches exploitables car le taux d'accumulation de la tourbe est très lent (0,2 à0, 01 mm/an)
On distingue en général deux types de charbons en fonction du mode d'accumulation de la tourbe:
les charbons allochtones: transport des plan, tes et des résidus sur une distance certaine) correspondent souvent à l'accumulation dans des lacs ou des estuaires, de testes de tourbes en voire de dégradation. Ils donnent alors des charbons sapropétiques dont peu sont économiquement exploitables.
Les charbons autochtone:(accumulation in situ ou avec faible transport de restes de végétaux, attestée par la présence de racines ou de troncs en place) correspondent à la majorité des charbons ayant une valeur économique. Suivant les relations avec les apports clastiques on distingue trois grands types de tourbières;
*Les marécages flottants (floating swamp);s'observent dans les lacs de faible profondeur ou des chenaux abandonnés. Ce type de marécage ne conduit pas à la formation de couches de charbons épaisses car elles sont exposées à la dégradation aérienne.
*Les marécages en contrebas (low moors-low lying swamps);se développent sur une morphologie en creux. Généralement inondés, ces marécages possèdent une surface plane. Ils peuvent donner des accumulations épaisses et de bonne qualité dans les zones à l'abri des apports clastiques.
*Les marécages surélevés (high moors-raised swamps);présentent une surface supérieure convexe qui ne reflète pas la topographie préexistante. Cette forme courante aussi bien dans les climats frais que tropicaux suppose des précipitations annuelles supérieures à l’évaporation, elle conduit à la formation de tourbes zonées. La morphologie de ces marécages joue un rôle important en stabilisant l'environnement (divagation réduite des chenaux) et en contribuant ainsi à l'accumulation d'épaisses couches de tourbe.