COMBUSTION SPONTANÉE DU CHARBON

(Mémoire lu devant à: Canadian Mining Institute, mars 1910, par Edgar Stansfeld, M.Se., Université McGill, Montréal.)

Introduction.

Je m'étais proposé d'entreprendre, après l'achèvement des travaux se rapportant aux essais des charbons, des recherches sur la combustion spontanée du charbon. Pour me préparer à ces recherches, j'avais étudié tout ce qui avait été écrit sur ce sujet et j'avais préparé le résumé suivant destiné à être présenté au congrès annuel du Canadian Mining Institute, tenu à Toronto, en mars 1910, Je fus malheureusement empéché de conduire moi-même ces recherches, et ce fut le Dr J.-B. Porter et ses assistants qui firent les travaux nécessaires pendant ces deux dernières années. Nous pensons pouvoir en publier les résultats, accompagnés d'une introduction historique plus détaillée, d'ici quelques mois en même temps que le vol. VIT du présent rapport.

Ce mémoire qui paraît ici, après autorisation, a été publié d'abord dans le volume XIII des Transactions du Canadian Mining Institute. Quelques petits changements ont été apportés, mais on n'a pas essayé de le mettre à jour. Si on veut des renseignements plus complets et plus récents, on devra consulter le volume VII.

La détérioration du charbon en tas est un très grave ennui pour tous les gros marchands ou Consommateurs, et le besoin de renseignements plus complets et plus précis se fait vivement sentir. L'étude de la littérature abondante qui traite de la combustion spontanée montre que si on a travaillé beaucoup, :! reste encore beaucoup plus à faire. Cette littérature! n'est pas très accessible et bien qu'on en ait publié d'excellents résumés, ces derniers ne traitent surtout que de l'expédition du charbon par bateaux. de sorte qu'il semble qu'il manque une étude d'ensemble de ce que nous savons, aussi bien en faits qu'en théorie, sur l'emmagasinage à terre du Charbon. C'est pour essayer de remplir ce besoin que nous avons écrit le présent mémoire.

La combustion spontanée du charbon peut s'envisager de trois façons: combustion dans les mines, combustion dans les soutes de bateaux, combustion dans les tas à terre. Toutes ces combustions peuvent prendre, à l'occasion, de très grandes proportions; elles ont causé des pertes d'argent considérables, et les deux premières ont amené de nombreux accidents mortels.

! L'auteur désire exprimer sa reconnaissance pour l'aide qu'il a trouvée, en rédigeant son mémoire et en établissant s°s diagrammes, dans le Rapport de la Commission Royale de la Nouvelle Galles du Sud (1897), et dans le mémoire du prof. R. Threlfall “L'Échauffement spontané du charbon particulièrement dans les transports" (J. Soc. Chem. Indust., 31 juillet 1909, pp. 759-773.) J'ai également beaucoup puisé dans ‘La combustion spontanée du charbon et les moyens de la prévenir'" par le prof. Vivian-L. Lewes (J. Soc. of Arts, vol. 40, 1892, pp. 352, 365) et ‘La combustion spontanée des charbons dans les soutes de bateaux‘ par le Commandant W.-F. Caborne, C.B., R.N.R., (J. Roy, United Services Inst., XLVI, p. 285, et publié à nouveau dans le Mining Jourat LXXIH, 1902, p. 124 et suiv.)

Quelques exemples montreront l'importance du sujet:

Aux houillères d'Hamstead, dans le South Staffordshire, Angleterre, on exploite une couche d'environ 20 pieds de puissance, connue sous le nom de ‘’Thick Coal Seam." Cette couche n'a pas de gaz, mais elle prend feu spontanément avec grande facilité. En 1895 il n’y eut pas moins de 200 incendies, dans les 20,000 pieds de galeries de retour d'air. En 1896 il y en eut 250. En novembre 1898, un incendie se déclara si soudainement et avec une telle intensité qu'on dut abandonner la mine, et cela en dépit de minutieuses précautions et d’une surveillance presque « nstante.

Dans les neuf années qui vont de 1873 à 1883, cinquante-sept bateaux chargés de charbon ont quitté les ports britanniques pour se perdre en mer à la suite d'incendies spontanés constatés. Trois cent vingt-huit autres ont disparu dans la même période, et on ne peut faire que des suppositions sur leur sort. Ces chiffres ne s'appliquent qu'à des vaisseaux réellement perdus. En 1874 seulement, soixante-dix cargos prirent feu ou chauffèrent.

Dans ces deux ou trois dernières années j'ai vu ou entendu parler de plusieurs incendies spontanés de charbons du Cap Breton ou de Pensylranie emmagasinés à Montréal. Voici un extrait d'une lettre que le D" Porter a reçu du président d'une maison de l'Ontario qui employait du charbon en vrac de Pensylvanie: “Quant aux ennuis que nous causent ici nos charbons en tas, j'ai le regret de vous apprendre que la situation a beaucoup empiré depuis ma lettre du 24 septembre, et je me suis rendu compte que la plus grande partie de mon tas commençait à chauffer. . . . Le seul lot de charbon qui ne semble pas avoir chauffé est celui qui forme un tas relativement petit et isolé. . . . J'avoue que ce qui s'est passé cette année m'a découragé d'essayer de mettre en tas de grosses quantités de charbon tout venant; c'est très malheureux car c'est là le moyen le plus économique et le plus satisfaisant de manipulation, attendu que nous avons nos propres bateaux et tout l'espace nécessaire pour faire les tas. De plus en hiver, quand le temps est mauvais, nous avons toujours plus ou moins de difficulté à avoir des wagons d'une façon régulière."

Ce sont là des cas de combustion plus ou moins ouverte; mais, comme on verra plus loin, tous es charbons, même sans élévation perceptible de température, sont dans un état de combustion lente pendant certainement plusieurs mois après leur sortie de la mine et cette combustion entraîne naturellement une détérioration.

Les accidents sur cargos ont beaucoup diminué dans ces dernières années, grâce surtout à la grande rapidité des voyages et à une meilleure connaissance des précautions à prendre. Mais à terre, et notamment au Canada, les accidents dûs au chauffage des charbons augmentent probablement.

Dans tous les grands pavs industriels, toutes les grosses entreprises sont plus où moins obligées d'avoir de grandes réserves de charbon. Les

amirautés ont des réserves de guerre; les industriels ont des stocks pour parer aux ennuis amenés par les grèves des mines ou des chemins de fer, ou plus simplement pour avoir un volant contre les variations de prix ou de livraise,

\u Cinala, ïà nature de nos hivers nous oblige presque absolument à en magasiner de gra’: les quantités de charbon, surtout dans les villes comme M air. où le char oon arrive relativement à bon marché en été par bateaux, mais «4 son prix devient presque prohibitif en hiver, quand il arrive par wagons.

Une compagnie de chemin de fer emmagasine à elle seule à Montréal, 200,000 à 250 000 tonnes de charbon chaque hiver; elle dépense des sommes considérables pour éviter les incendies: elle a beaucoup d'ennuis et les pertes par détériorations sont énormes. Toutes les compagnies de chemins de fer, tous les marchands de charbon, tous les gros consommateurs doivent aussi emmagasiner du charbon.

Tout cela suffit pour montrer la grande importance de la question et pour montrer aussi que tout renseignement nouveau qui amènerait la réduction des pertes en tas, ne serait-ce que d’une cent par tonne, contribuerait à augmenter la richesse nationale.

Le charbon des houillères de Hamstead dont nous avons parlé plus haut, étant extrêmement apte à s’enflammer spontanément, fournit un bon point de départ dans l'étude de la question. Messieurs Haldane et Meachem ont donné beaucoup d'excellents renseignements à cet égard.!

Ils signalent que la température moyenne de l'air est de 60° F au pied du puits d'entrée d'air et de 77° F dans la galerie de retour d'air. La température naturelle de la couche vierge au fond du puits n’est que de 68 F, de sorte que cette élévation de température ne peut pas provenir entièrement de la chaleur naturelle de la couche; au contraire la couche s'échauffe graduellement dans la mine. “Le charbon qui se trouve derrière une face exposée à l'air, s'échauffe graduellement d'un mois à l’autre et d'une année à l'autre. C'est ainsi qu'en deux endroits à côté d'une galerie maîtresse, la température au fond des sondages de 10 pieds était de 66° F en 1894 et de 83° F et 90° en 1898."

Ces auteurs calculent que chaque pied cube d'air qui sort de la mine enlève une unité de chaleur (British Thermal Unit). Dans cette quantité de chaleur, les hommes chevaux et chandelles figurent pour 7 pour cent; les tassements de couches susjacentes pour 10 pour cent et les frottements de l'air pour 2 pour cent. Il reste donc 80 pour cent à expliquer. ‘La seule autre source possible de chaleur dans la mine est l'action chimique de l'air sur le charbon et les autres matériaux exposés.”

On prit les températures en divers endroits des galeries d'aérage et on

! “Observations on the Relation of Underground Temperature and Spontaneous Fires in the Coal to Oxidation and to the Causes which F "par J2S. Haldane, MD, FRS, et F.G. Meachem, M.i.M.E., Trans. Inst. M.E., 1898, vol. XVI, pp. 457-492,

fit l'analyse des échantillons d'air qu'on préleva aux mêmes endroits. Les analyses montrent qu'au fur et à mesure qu'on avance dans la mine, l'air perd son oxygène et se charge de gaz carbonique, la perte moyenne étant d'environ 3:13 fois le gain (dans la plupart des houillères le rapport est d'environ 1:6). Le tableau XX, ci-dessous, montre clairement la relation intime qui existe entre les élévations #e température et les pertes en oxygène :—