thumb|L'anthracite, forme du charbon au plus haut rang d'houillification.
Le charbon est une roche sédimentaire combustible, riche en carbone, de couleur noire ou marron foncé, formée à partir de la dégradation partielle de la matière organique des végétaux. Il est exploité dans des mines, appelées charbonnages. Souvent appelé houille, il était autrefois appelé charbon de terre, par opposition au charbon de bois.
Couvrant 27,8 % des besoins énergétiques mondiaux en 2023 (contre 25,5 % en 1990), le charbon est la seconde ressource énergétique de l'humanité, derrière le pétrole (30,2 %) et devant le gaz naturel (22,7 %), et la première source d'électricité avec 35,5 % de la production d'électricité en 2023 contre 37,3 % en 1990.
La consommation mondiale de charbon est concentrée en 2025 à 74,9 % dans trois pays : Chine 55,7 %, Inde 13,9 % et États-Unis 5,3 %. Elle atteint en moyenne une tonne de charbon/an/habitant.
Le charbon est responsable de 43,8 % des émissions de gaz à effet de serre dues à la combustion en 2024, contre 32,4 % pour le pétrole et 21,5 % pour le gaz naturel. La part du charbon est en hausse : elle était de 39,3 % en 1990. Les principaux pays responsables de ces émissions sont la Chine (56,9 % du total mondial), l'Inde (13,2 %) et les États-Unis (5,1 %).
Au cours de plusieurs millions d'années, l'accumulation et la sédimentation de débris végétaux dans un environnement de type tourbière provoque une modification graduelle des conditions de température, de pression et d'oxydo-réduction dans la couche de charbon qui conduit, par carbonisation, à la formation de composés de plus en plus riches en carbone : la tourbe (moins de 50 %), le lignite (50 à 60 %), la houille (60 à 90 %) et l'anthracite (93 à 97 %). La formation des plus importants gisements de charbon commence au Carbonifère, de .
Les réserves mondiales de charbon sont estimées à (exajoules) fin 2022, dont 25,0 % aux États-Unis, 16,3 % en Chine, 13,5 % en Inde, 12,2 % en Russie et 11,8 % en Australie, soit de production au rythme de 2024 ; cette production est concentrée en 2025 à 88,4 % dans six pays : la Chine (52,4 %), l'Inde (9,9 %), l'Indonésie (8,9 %), les États-Unis (6,1 %), l'Australie (6,0 %) et la Russie (5,1 %) ; elle a progressé de 94 % en (1990-2025) malgré des baisses en 2015-2016 (-8,3 %) et en 2020, où la crise liée à la pandémie de Covid-19 l'a fait chuter de 5 %.
Son extraction a rendu possible la révolution industrielle aux . Sa combustion engendre 43,7 % des émissions de dues à la combustion en 2022, contre 32,7 % pour le pétrole et 21,3 % pour le gaz naturel. Pour atteindre l'objectif des négociations internationales sur le climat de maintenir la hausse des températures en deçà de par rapport à l'ère préindustrielle, il faudrait globalement s'abstenir d'extraire plus de 80 % du charbon disponible dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050.
center|1000px|thumb|Mine de charbon (lignite) à ciel ouvert à Garzweiler, Allemagne. Panorama haute résolution, 2005. thumb|Affleurement naturel d'une veine de charbon bitumineux (sur le littoral de la Nouvelle-Écosse). thumb|Affleurement naturel de couches successives de charbon (Plage d'Austinmer ; Australie, Nouvelle-Galles du Sud). thumb|Exemple de structure d'un charbon. thumb|Convoyeurs et bâtiments de la mine de charbon de Jin Hua Gong (Datong, Shanxi, Chine).
Description Propriétés
Le charbon est une roche sédimentaire combustible composée essentiellement de carbone, d'hydrogène et d'oxygèneWorld Coal Institute (WCI), Le charbon comme ressource , mai 2005.. Ce sont les observations au microscope d'Hutton et de Link, vers 1840, qui ont permis la découverte de la composition du charbon..
Il se forme sur plusieurs millions d'années à partir de l'accumulation de débris végétaux qui se sédimentent et se carbonisent progressivement à la suite d'une modification graduelle de la température et de la pression.
Ses propriétés physicochimiques dépendent donc essentiellement du « lithotype », qui reflète le degré de carbonisation du charbon (le rang du charbon) ; Plus le rang est élevé, plus sa teneur en eau est faible et sa teneur en carbone est forte, plus son pouvoir calorifique est important. Les charbons de rang supérieur sont donc des combustibles de meilleure qualité. Les charbons de rang inférieur sont plus brunâtres, plus ternes et plus friables, tandis que les charbons de rang supérieur sont plus noirs, plus durs et plus résistants.
Formation
thumb|Reconstitution d'une forêt tropicale du Carbonifère. Les principaux gisements datent du Carbonifère, environ de -360 à -295 Ma, plus particulièrement d'une période de climat chaud et humide favorable à la croissance de vastes forêts luxuriantes en bordure de zones marécageuses, appelées forêts équatoriales du Carbonifère.. Les gisements de charbon sont issus d'un processus de « carbonification » ou « houillification » qui prend environ 300 à d’années pour transformer un végétal (feuilles, branches, arbres) mort en anthracite (le charbon ayant le plus grand pourcentage de carbone).
Quelques conditions géologiques sont nécessaires : une très grande quantité de débris végétaux doit s'accumuler dans une couche d'eau peu profonde et faible en dioxygène (environnement de type tourbière), ce qui permet à une partie de la matière organique d'échapper à l'action des décomposeurs. Au cours de plusieurs millions d'années, l'accumulation et la sédimentation de ces débris végétaux provoquent une modification graduelle des conditions de température, de pression et d'oxydoréduction dans la couche de charbon qui conduit, par carbonisation, à la formation de composés de plus en plus riches en carbone : la tourbe (50 à 55 %), le lignite (55 à 75 %), la houille (75 à 90 %) et l'anthracite (plus de 90 %). La qualité du charbon, appelée « maturité organique », dépend donc des conditions physico-chimiques, ainsi que de la durée de sa formation.
Selon une étude ayant comparé l'horloge moléculaire et le génome de de basidiomycètes (agaricomycètes : « pourriture blanche », groupe qui contient aussi des champignons ne dégradant pas la lignine (pourriture brune) et des espèces ectomycorhiziennes), l'arrêt de formation du charbon à la fin du Carbonifère semble pouvoir être expliqué par l'apparition de nouvelles espèces de champignons capables de dégrader la totalité de la lignine grâce à des enzymes (les lignine peroxydases) D Floudas & al. The Paleozoic Origin of Enzymatic Lignin Decomposition Reconstructed from 31 Fungal Genomes Science, 336, 1715, 2012 (résumé).
Friedrich Bergius a tenté vers 1913 de transformer en laboratoire du bois en charbon. Il lui était possible de reproduire le facteur pression, par contre, il lui était impossible de recréer le facteur temps..
Classification
thumb|Principaux types de charbons. Il existe de nombreuses variétés de charbon, que l'on distingue selon plusieurs critères dont les principaux sont l'humidité, la teneur en matières minérales non combustibles (cendres), le pouvoir calorifique, et l'inflammabilité, liée à la teneur en matières volatiles. La plupart de ces critères sont corrélés avec l'âge du charbon : les charbons les plus récents (lignite) sont assez humides et contiennent relativement beaucoup de matières volatiles inflammables, tandis que les plus vieux (anthracites) se sont naturellement dégazés au cours du temps ; ils sont difficiles à enflammer, mais plutôt secs et constitués de carbone presque pur, ils ont un fort pouvoir calorifique.
Un autre critère important, bien qu'il n'intervienne pas dans les classifications, est la composition des matières minérales. Certains charbons (par exemple, charbons indonésiens) ont des cendres majoritairement composées d'oxydes de calcium ou de sodium, dont le point de fusion est assez bas ; ces cendres emportées dans les fumées de combustion auront tendance à se coller sur les parois des fours ou chaudières et les colmater. D'autres charbons (par exemple, charbons australiens) ont des cendres très abrasives composées essentiellement de silice et d'alumine ; la conception des fours ou chaudières où seront brûlés ces charbons devra donc être adaptée.
Pour classifier les charbons, on doit en faire l'analyse. Les propriétés des charbons (analyse, pouvoir calorifique…) sont données soit sur brut c'est-à-dire pour le charbon tel qu'il sera brûlé, soit sur sec, c'est-à-dire pour un charbon préalablement séché, soit sur pur, c'est-à-dire pour la partie réellement combustible du charbon, hors cendres et humidité. L'analyse immédiate est par définition donnée sur brut et l'analyse élémentaire généralement donnée sur pur.
ProduitsTeneur en carbone(en %)Pouvoir calorifique(en kJ/kg)Anthracite93 - 97 - Charbon maigre et houille anthraciteuse90 - 93 - Charbon demi-gras ou semi-bitumineux80 - 90 - Charbon gras ou bitumineux à coke75 - 90 - Flambant70 - 80 - Lignite50 - 60< Tourbe< 50+ Comparaison de cinq types de houille avec le lignite, et la tourbe (le pétrole brut ayant un pouvoir calorifique de )..
Analyse immédiate L'analyse immédiate détermine la composition du charbon selon les quatre composants suivants : l'humidité totale, la teneur en cendres, la teneur en matières volatiles et la teneur en carbone fixe (par différence).
Analyse élémentaire L'analyse élémentaire donne la composition chimique du charbon en carbone (C), azote (N), oxygène (O), hydrogène (H), soufre (S).
La plupart des pays exploitant (ou ayant exploité) des mines de charbon, ont développé leur propre classification. Au niveau international, c'est la classification américaine (ASTM) qui fait référence.
Classification française La classification française repose sur la teneur en matières volatiles et sur l'indice de gonflement ; elle comprend : les anthracites, dont la teneur en matières volatiles est inférieure ou égale à 8 % les maigres et anthraciteux, dont la teneur en MV est de 8 à 14 % les quart-gras, (12 % > MV > 16 %) les demi-gras (13 % > MV > 22 %) les gras à courte flamme (18 % > MV > 27 %) les gras (27 % > MV > 40 %) les flambants gras (MV > 30 %) les flambants secs (MV > 34 %)
Classification américaine La classification américaine repose sur la teneur en matières volatiles pour les charbons de plus haute qualité et sur le pouvoir calorifique supérieur (PCS) pour les autres.
Catégorie Sous-catégorie Matières volatiles PCS Anthracite Meta-anthracite < 2 % Anthracite 2 à 8 % Semi-anthracite 8 à 14 % Bitumineux Faible teneur volatile 14 à 22 % Moyenne teneur volatile 22 à 31 % Haute teneur volatile A > 31 % > Haute teneur volatile B 30,2 à Haute teneur volatile C 26,7 à Sub-bitumineux Sub-bitumineux A 24,4 à Sub-bitumineux B 22,1 à Sub-bitumineux C 19,3 à Lignite Lignite A 14,6 à Lignite B < Les teneurs en matières volatiles sont données en pourcentage de la masse du charbon « pur » (sans humidité, ni matières minérales) et les pouvoirs calorifiques supérieurs (PCS) sont donnés sur une base hors cendres et avec l'humidité naturelle.
Classification européenne Le charbon connaît plusieurs classifications, qui peuvent dépendre de sa composition chimique, de la nature des débris végétaux, ou de son utilisation pratique.
La classification européenne comprend les catégories suivantes : anthracite, bitumineux, sub-bitumineux, meta-lignite, ortho-lignite
Les principales catégories de charbon reposent sur la teneur en carbone, correspondant à l'évolution du charbon au fil du temps : tourbe (50 à 55 %) : produit de la fossilisation des débris végétaux par les micro-organismes dans les tourbières, milieux humides et pauvres en oxygène ; lignite (55 à 75 %), ou charbon brun : brunâtre, plutôt tendre ; charbon sub-bitumineux, ou lignite noir ; houille (75 à 90 %) : le charbon proprement dit ; houille grasse, ou charbon bitumineux : le type de charbon le plus courant, houille demi-grasse, houille maigre, ou houille sèche ; anthracite (90 à 95 %) : le plus haut rang ;