Four à coke. (©SunCoke Energy)
Définition
Le coke désigne un combustible obtenu par pyrolyse de charbon, après élimination des composés volatils. Ce résidu solide poreux et fissuré est constitué uniquement de carbone et de matières minérales calcinées.
Précisons que tous les types de charbon ne sont pas « cokéfiables » : les charbons « à coke » (« coking coal » en anglais) sont les charbons dits « bitumineux » qui contiennent entre 70% et 90% de carbone. Ceux-ci possèdent la faculté de se ramollir à une température d’environ 350 à 400°C, puis de se resolidifier en une masse poreuse à coke aux environs de 500°C.
Mode de production
Dans une « cokerie », un mélange de charbon est broyé et lavé avant d’être « cokéfié » dans un four. Il peut est mélangé avec du fioul dans une proportion de 1% à 5% de la masse afin d’obtenir une « pâte à coke ».
Le coke est ensuite produit par pyrolyse du mélange de charbon, c’est-à-dire par décomposition de ce dernier à très haute température (jusqu’à 1 000 à 1 100°C) et en l'absence d'oxygène dans des fours à coke pendant une vingtaine d’heures en moyenne (cette « cuisson » peut durer 12 à 36 heures selon l'organisation FutureCoal).
L’opération de « cokéfaction » du charbon consiste ainsi à en éliminer les matières volatiles dans des fours, à l’abri de l’air afin d’éviter sa combustion en présence d’oxygène. Dans une « cokerie », des dizaines de fours sont généralement réparties en batteries(1).
La plupart de ces usines de coke sont situées au même endroit que des installations de production de fer et d'acier.
Les différentes étapes de la production de l'acier (infographie de la World Steel Association)
Chiffres clés
- Le coke est un combustible au pouvoir calorifique élevé : environ 8,8 kWh/kg.
- Environ 770 kg de charbon sont nécessaires pour obtenir 600 kg de coke.
- Pour produire 1 tonne d'acier brut, il faut approximativement 1,37 tonne de minerai de fer, 780 kg de charbon, 270 kg de calcaire et 125 kg de ferraille d'acier, selon la World Steel Association(2).
- La demande mondiale de charbon « métallurgique » (coking coal) s'est élevée à 819 millions de tonnes en 2023 selon la Critical Raw Materials Alliance(3).
Usages
L’utilisation du coke varie selon la qualité du charbon utilisé pour le produire et la durée de cuisson dans les fours des cokeries : entre 16 h et 20 h pour le coke « métallurgique » utilisable dans les hauts-fourneaux (« blast furnace » en anglais), jusqu’à 40 h pour le coke domestique.
Il est aujourd’hui principalement utilisé dans la sidérurgie et la métallurgie. Dans les hauts-fourneaux, il permet d’atteindre des températures très élevées (contrairement au bois ou à la houille) et de réduire le minerai de fer pour produire de la fonte, qui est elle-même transformée en acier.
Histoire
Historiquement, le coke s’est substitué au charbon de bois à la suite des découvertes de grands gisements charbonniers (houille) au début de la révolution industrielle. Il a notamment été utilisé dans les forges et pour le chauffage domestique.
La production de coke s’accompagne de celle de sous-produits tels que des gaz (autrefois utilisés pour le gaz d’éclairage), du goudron de houille, du sulfate d’ammonium ou encore du benzène. Ces produits étaient dans le passé valorisés par la carbochimie qui a disparu au profit de la pétrochimie.
Qu'est-ce que le coke de pétrole ?
Le « coke de pétrole » (« petroleum coke » ou « petcoke » en anglais) est un coproduit des raffineries de pétrole issu du procédé de cokéfaction (qui vise à extraire des hydrocarbures légers de coupes très lourdes de pétrole).
Il est principalement utilisé comme combustible ou comme matière première dans la fabrication d'électrodes.
