- Gaz de houille
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Article principal : Gaz manufacturé.
Le gaz de houille, à ne pas confondre avec le gaz de couche désorbé des couches de charbon, est un gaz manufacturé produit lors de la transformation de la houille en coke. Le gaz de houille, fut utilisé comme gaz d'éclairage et gaz de ville avant d'être détrôné par l'électricité et l'exploitation du gaz naturel.
Sommaire
Histoire
Article détaillé : histoire du gaz manufacturé.On connaît des usages anciens du gaz de houille.
La propriété de la découverte du gaz de houille, aux alentours de 1800 a fait débat à l'époque. Elle se trouve partagée entre le français Philippe Lebon, l'anglais William Murdoch, l'allemand Frédéric-Albert Winsor, le limbourgeois Jan Pieter Minckelers qui est le seul à ne lui a pas avoir donné de suites industrielles. Il semblerait que sa fabrication et son exploitation comme éclairage avaient été réalisées bien avant à l'Abbaye de Culross (en:Culross Abbey), en Écosse où l'on s'en servait dans des vases[1].
La distillation[2] de la houille (qui permettra d'obtenir le gaz de houille) est pratiquée dans un premier temps pour obtenir le coke.
À partir de 1812, la diffusion du gaz de houille comme gaz d'éclairage se fait à Londres d'abord, à Paris ensuite, sous l'impulsion de Frédéric-Albert Winsor à une époque où l'on s'éclaire encore à l'huile. Dans la foulées, diverses sociétés sont fondées dans le but d'équiper les grandes villes européennes, parmi lesquelles la société anglaise Imperial Continental Gas Association, qui seront à l'origine des grands groupes énergétiques modernes.
L'arrivée du gaz de houille se heurta dans un premier temps à la méfiance entièrement fondée des gens qui craignaient qu'il soit source d'incendie, ou par les vendeurs d'huile de baleine qui craignaient de perdre leur marché (l'huile de baleine était alors le combustible utilisé dans les lampes à huile en Angleterre). Ainsi Charles Giraud écrivit il en 1817 :
« L'éclairage par le gaz est aujourd'hui répandu à un tel point en Angleterre, pour les rues, les boutiques, les ateliers, les spectacles, les fabriques et les temples, que l'on a craint que cette invention, en diminuant l'usage de l'huile de baleine, ne nuisît aux pêcheries anglaises[3]. »
Lebon qui en 1785 avait choisi le gaz de bois plutôt que le gaz de houille dans ses applications, avait nommé son gaz gaz hydrogène. Le gaz de houille sera appelé gaz hydrogène carburé, gaz light par Murdoch, ensuite gaz d'éclairage lorsque toutes les grandes avenues d'Europe seront éclairées par des becs de gaz. Le gaz d'éclairage sert par la suite de combustible pour les turbines et moteurs, pour le chauffage ainsi que la cuisson. L'appellation gaz de ville, provient du fait que le gaz d'éclairage est essentiellement distribué dans les villes et ne sert désormais plus seulement à s'éclairer. Les dénominations gaz manufacturé et gaz de cokerie rappellent que le gaz d'éclairage et ensuite le gaz de ville seront fabriqués dans des usines à gaz et dans des cokeries (Par opposition au gaz naturel, au gaz de couche ou au grisou, présents à l'état naturel dans le sous-sol).
Le gaz de ville sera progressivement remplacé dans ses applications d'éclairage par l'électricité à partir de 1880, et dans ses applications de chauffage, par le gaz naturel, à partir de la crise de 1929, plus largement à partir de la fin de seconde guerre mondiale.
La transformation du charbon en gaz suscite un regain d'intérêt avec la découverte en 1926 du procédé Fischer-Tropsch (permettant de générer un carburant liquide synthétique appelé synfuel ). A l'occasion l’appellation gaz de synthèse ou syngas (abréviation de synthetic gas) fait son apparition qui englobe les gaz manufacturés ainsi que les expériences modernes pour créer des gaz synthétiques.
Milieu années 1980, les hydrocarbures (gaz naturel ou coupes pétrolières) sont la source principale des gaz de synthèse. L'utilisation du charbon, devient totalement marginale[4].
En France, La dernière usine à gaz de ville, celle de Belfort, en Franche-Comté fermera en 1971[5].
Fin XXe siècle, le coke ne sert plus que comme combustible en métallurgie, et le gaz extrait lors de la cokéfaction sert à chauffer le four.
Le gaz de houille
« De toutes les matières que l'on emploie, les plus propres sont les huiles grasses, les résines, les schistes bitumineux ; mais la houille est celle qui a présenté le plus d'avantages sous le rapport de l'économie : elle donne jusqu'à 20 % de son poids en produits gazeux, et laisse pour résidu du coke dont la valeur compense en partie l'achat des matières premières. Les procédés relatifs à la distillation de la houille sont donc ceux qui présentent le plus d'intérêt[6]. »
La houille est loin de n’être que du carbone. Pour 10 atomes de carbone on y compte 8 atomes d’hydrogène en moyenne provenant d’hydrocarbures aromatiques condensés dérivés du naphtalène, de l’anthracène, du phénanthrène et de leurs homologues supérieurs. En outre elle renferme toujours plus ou moins de soufre qui conduit, lors de la cokéfaction, à un gaz particulièrement toxique et malodorant, le sulfure d'hydrogène (H2S)[7].
Lors de sa découverte, la distillation de la houille dans des cornues, permettait d'obtenir un gaz brut riche en hydrogène(H2), méthane(CH4), monoxyde de carbone(CO), du goudron de houille, ainsi que 75 % carbone impur, le coke, l’inévitable sulfure d'hydrogène et des traces de mercaptans et autres impuretés[8],[7]. Le monoxyde de carbone (CO), bien que très toxique, participe activement à la combustion en ne donnant que du gaz carbonique. Le goudron de houille liquide riche en composés aromatiques et polyaromatiques alors utilisé pour le calfatage, deviendra le produit de base de la carbochimie (sa distillation à 400 °C permet d'obtenir du benzène, toluène, xylène, aniline, phénol, naphtalène et anthracène).
Murdoch retirait environ 250 litres de gaz par kilogramme de charge. La vente du coke à elle seule couvrait le prix d’achat de la houille. Le gaz, stocké dans des gazomètres, était acheminé à sa destination via un réseau local de canalisations.
Les défauts du gaz de houille
En 1807, Le gaz de houille avait des défauts multiples[7]:
- le monoxyde de carbone (CO) et le sulfure d'hydrogène (H2S) sont toxiques.
- l’excès de dioxyde de carbone (CO2) tend à diminuer le pouvoir éclairant.
- non content de dégager une odeur pestilentielle, le sulfure d'hydrogène ou son produit de combustion le dioxyde de soufre (SO2) attaquent les métaux et les noircissent; les peintures contenant de la céruse ( PbCO3), sont ainsi altérée (de cet inconvénient naîtra toutefois un progrès: le développement modeste des peintures à base de blanc de zinc, beaucoup moins toxiques et ne noircissant pas). Dans les théâtres où le gaz de houille est utilisé, il flétrit toutes les peintures, et peut, « dans le cours d'une année, gâter et détruire toutes les décorations et les ornements les plus coûteux »[9]; dans les magasins ou bibliothèques, on signale des effets corrosifs sur les tissus, les reliures ainsi que sur les couleurs[10].
- les résidus de goudron ont pour effet d’encrasser les canalisations.
- la présence d’aérosols et d’une manière générale de condensables qui, avec les fluctuations de température, présentent la fâcheuse propriété de se rassembler, en phase liquide, dans les parties basses de l’installation, provoquent de graves perturbations dans le fonctionnement général du réseau. L’expression populaire « Y’a d’l’eau dans le gaz » nous est restée pour signifier une situation assez conflictuelle.
D'une manière générale, la présence de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène, nécessiteront une épuration physique et chimique du gaz qui sera longtemps imparfaite: au début du vingtième siècle des utilisateurs se plaignent encore de mauvaises odeurs, de céphalées et de vomissements causés par le gaz.
L'épuration
Les opérations de transformations d'épuration du gaz de houille seront quasi entièrement mise au point par l'anglais Samuel Clegg.
Dans une usine en 1970
En 1970, peu de temps avant que sa productions ne soit arrêtée au profit du gaz naturel, le gaz de houille obtenu dans une usine à gaz a un pouvoir calorifique entre 5000 et 5800 calories/m3 (ce qui signifie qu'un m3 de gaz peut élever d'un degré la température de 5200 à 5800 litres d'eau). Le gaz est alors mélangé à une certaine quantité de gaz à l'air et de gaz à l'eau. Comme ces gaz ont un pouvoir calorifique plus faible, l'ensemble donne au gaz de ville un pouvoir calorifique plus faible entre 4000 et 5000 calories/m3. Le gaz épuré est incolore.
Voici détaillé sa composition[11]:
En volume En poids dihydrogène (H2) 50 % 8,4 % méthane (CH4) 32 % 41,6 % monoxyde de carbone (CO) 8 % 18,8 % éthylène et autres hydrocarbures 4 % 9,4 % diazote 3 % 7,1 % gaz carbonique 2 % 7,4 % benzène et produits aromatiques 1 % 7,3 % Toxicologie, santé au travail
L'opération de Gazéification du charbon est considérée comme une circonstance ayant fait l'objet de « preuves humaines suffisantes pour le cancer du poumon »[12]
Au début de l'exploitation du gaz de houille, les conditions de travail dans les usines étaient épouvantables. Le procédé de fabrication étant discontinu, le déchargement du coke des cornues et le chargement de la houille avaient lieu à chaud. À sa sortie le coke s’enflammait ; il fallait l’éteindre avec des seaux d’eau. Tout y était, chaleur, poussières, vapeurs irritantes, toxiques et cancérigènes[7].
Utilisation
Le gaz, fabriqué dans des usines à gaz était stocké dans des gazomètres et acheminé localement par des canalisation à des fins d'éclairage et de chauffage.
- d'abord comme gaz d'éclairage
- ensuite comme gaz de chauffage et comme gaz de cuisson.
- dans les turbines et les moteurs
Le premier moteur à explosion à deux temps imaginé et réalisé par Jean-Joseph Étienne Lenoir en 1860, utilisait un gaz d'éclairage[13].
Les ballons à gaz utiliseront principalement du gaz d'éclairage en remplacement du dihydrogène. Quoique plus lourd que l'hydrogène, le gaz de houille était disponible à souhait et présentait de manières qualités osmotiques. A noter que c'est en cherchant des gaz à destinations des ballons à gaz, que Jan Pieter Minckelers découvrit les applications du gaz de houille comme éclairage en 1784.
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Bec Bengel (plan et coupe)
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Moteur à gaz d'Étienne Lenoir au Musée des arts et métiers à Paris
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L'Hippomobile à gaz d'Étienne Lenoir
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Départ d'un ballon à gaz à l'usine à gaz de la Villette
Voir aussi
Articles connexes
- Gaz à l'eau
- Gaz combustible
- Gaz manufacturé
- Gaz d'éclairage
- Gaz de ville
- Gazomètre
- Histoire du gaz manufacturé
- Innovation en Europe à la Belle Époque
- Usine à gaz
Notes et références
- Désiré Magnier Nouveau manuel complet de l'éclairage au gaz, ou Traité élémentaire et pratique à l'usage des ingénieurs, directeurs, etc. LIBRAIRIE ENCYCLOPÉDIQUE DE FORET 1849 (Livre numérique Google)
- Les opérations de distillation décrites dès le XVIIIe siècle doivent plus justement être appelées pyrolyse, craquage thermique ou Cokéfaction (Distillation sèche, en anglais: Distillation destructive (en)).
Dans l'acceptation moderne, la pyrolyse est la décomposition d'un composé organique par la chaleur pour obtenir d'autres produits (gaz et matière) qu'il ne contenait pas. La distillation est lui un procédé de séparation constituants d'un mélange homogène dont les températures d'ébullition sont différentes. - Pierre Claude François Daunou, Pierre Antoine Lebrun, Charles Giraud, Gaston Bruno Paulin Paris, Barthélemy Hauréau, Léopold Delisle, Académie des inscriptions & belles-lettres (France), Institut de France, René Cagnat, Alfred Merlin. Journal des Savants Éditions Klincksieck, 1817 (Livre numérique Google)
- MAZAUD Jean-Paul. Production des gaz de synthèse. Sur le site cat.inist.fr du CNRS
- Géopolitique de l'énergie: besoins, ressources, échanges mondiaux Par Jean-Pierre Favennec. Editions TECHNIP, 2009 books.google
- Robert d'Hurcourt. L'éclairage au Gaz. LIBRAIRES DES CORPS ROYAUX DES PONTS ET CHAUSSÉES ET DES MINES, Paris 1845 (Livre numérique Google)
- LES DÉBUTS OBSCURS DU GAZ D’ÉCLAIRAGE sur un site consacré à la chimie
- Ibrahima Sakho. Guide pratique du lycéen - Chimie Première S. Éditions Publibook 2010Livre numérique google
- Jacques-Auguste Kaufmann, V. Le Blanc, Ollivier, Adam. Architectonographie des théatres: seconde série: théatres construits depuis 1820. Détails et machines théatrales. Mathias, 1840(Livre numérique Google)
- Charles Adolphe Wurtz, Jules Bouis. Dictionnaire de chimie pure et appliquée: comprenant la chimie organique et inorganique, la chimie appliquée à l'industrie, à l'agriculture et aux arts, la chimie analytique, la chimie physique et la minéralogie, Volume 2. Hachette, 1870(Livre numérique Google)
- Tout l'Univers. Volume 13. Hachette/Le livre de Paris 1975
- (IRC 2009, vol. 100F), voir aussi Liste des cancérogènes du groupe 1 du CIRC
- Bertrand Gille (s. dir.), Histoire des techniques, Gallimard, coll. « La Pléiade », 1978
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