Charbon

On appelle charbon des roches sédimentaires d’origine organique contenant au moins 50% de carbone.

Les origines du charbon remontent à l’époque du Carbonifère, il y a 250 à 300 millions d’années. Le charbon renferme quatre constituants : du carbone, de l’eau, des composants (soufre, azote, hydrogène…) donnant lieu au dégagement de matières volatiles et des éléments (sodium, calcium, potassium…) qui se transforment en cendres pendant la combustion.

Les trois principaux critères permettant de caractériser un charbon sont :

  • L’indice de matières volatiles, qui détermine la rapidité de la combustion ; plus le charbon est riche en composants volatils, plus il a une combustion rapide ;
  • Le pouvoir calorifique, qui indique la quantité de chaleur dégagée par la combustion d’une masse définie de charbon ; il varie de 3 000 kcal/kg pour certains lignites à 8 000 kcal/kg pour les anthracites ;
  • La teneur en cendres, qui est un indice essentiel pour les usages thermiques du charbon, c’est-à-dire essentiellement la production d’électricité.

D’une façon générale, on distingue au niveau international (International Coal Classification of the Economic Commission for Europe) deux principales catégories de charbon :

  • Les houilles et les anthracites (hard coal en anglais) sont des produits dont le pouvoir calorifique dépasse 23,9 GJ/t. Ce sont les seuls susceptibles d’être transportés en quantité notable loin de leur lieu de production. On distingue les charbons à coke, dits charbons métallurgiques, destinés à la sidérurgie et les charbons vapeur, destinés à être brûlés dans des chaudières pour produire de la vapeur et de l’électricité.
  • Les charbons bruns (brown coal) sont des produits non cokéfiables dont le pouvoir calorifique est inférieur à 23,9 GJ/t. Ils incluent les lignites, dont le pouvoir calorifique est inférieur à 17,4 GJ/t. Ils sont à plus de 90% transformés sur place en électricité.

Les usages du charbon aujourd’hui

Après avoir été au cœur de l’histoire du XIXe siècle et de la révolution industrielle, l’industrie charbonnière européenne a poursuivi son développement jusque dans les années 1960. Extrayant essentiellement le charbon dans des exploitations souterraines et employant une main-d’œuvre très importante, elle a subi depuis lors la concurrence de nouvelles sources d’énergie (pétrole, gaz naturel, énergie nucléaire) ainsi que celle des charbons importés. Elle s’est alors rationalisée en se modernisant, en mécanisant sa production et en améliorant ses méthodes d’exploitation. Mais, malgré de fortes augmentations de productivité, le ralentissement de la production est inévitable, entraînant la réduction des effectifs des houillères et la reconversion des régions minières. Déjà très avancée dans les pays de l’Europe de l’Ouest (Grande-Bretagne, France, etc.), celle-ci est engagée dans les pays de l’Europe de l’Est (Pologne, République tchèque, Ukraine) qui connaissent les mêmes problèmes de compétitivité face à des charbons importés produits dans des exploitations à ciel ouvert et avec des coûts salariaux souvent inférieurs. En effet, hors de l’Europe, que ce soit en Chine, en Inde ou aux États-Unis, le charbon reste la principale source d’énergie, essentiellement grâce à des coûts de production très bas.

Le principe de fonctionnement des centrales thermiques au charbon est simple : le charbon est brûlé dans des chaudières. Il chauffe ainsi l’eau, qui, transformée en vapeur, fait tourner des turbines. Celles-ci sont couplées à des alternateurs produisant de l’électricité.

Pour utiliser le charbon dans l’industrie sidérurgique, il faut d’abord le transformer en coke. Certains charbons, dits charbons à coke, chauffés à l’abri de l’air, ont la propriété de fondre vers 600 0C puis de se solidifier à nouveau en un produit poreux et résistant, constitué essentiellement de carbone, que l’on appelle coke. Il est utilisé essentiellement dans les hauts-fourneaux, où il a un triple rôle : il apporte du carbone en tant qu’agent réducteur, il agit comme un combustible pour fondre le minerai de fer et il est le support poreux de la charge de minerai à travers lequel s’échappent les gaz résultant de la réduction du minerai.

Le charbon peut aussi être brûlé dans des chaudières pour produire simplement de la vapeur, qui sera utilisée pour les divers procédés industriels et pour le chauffage.

L’industrie chimique, la sucrerie, la papeterie sont des secteurs qui ont d’importants besoins de vapeur pour leurs activités ; elles utilisent souvent le charbon pour la produire malgré la concurrence sévère des autres combustibles, comme le fioul et surtout le gaz.

Certains industriels, dans des installations appelées « de cogénération », produisent à partir du charbon à la fois de la vapeur et de l’électricité, qu’ils utilisent pour leurs besoins propres et dont ils revendent le surplus au réseau national.

La majorité des cimenteries dans le monde utilise le charbon comme combustible pour produire le clinker.

Le charbon, et plus particulièrement l’anthracite, est aussi la matière de base de la fabrication des électrodes, essentiellement pour l’industrie de l’aluminium. Enfin, dans les secteurs résidentiel et tertiaire, le charbon alimente des réseaux de chauffage urbain.

L’utilisation domestique du charbon, en forte régression dans la plupart des pays de l’Europe de l’Ouest, reste cependant encore importante dans tous les pays de l’Europe centrale ainsi que dans les États issus du démantèlement de l’Union soviétique. Elle concerne essentiellement le chauffage et la cuisson des aliments. Ce sont surtout des charbons maigres (anthracite) ou des briquettes (charbon aggloméré avec un liant puis défumé) qui sont utilisés.

Le charbon dans le bilan énergétique mondial

Dans chaque pays, la demande d’énergie est directement liée à la croissance économique et au niveau de développement. Au niveau mondial, elle a ainsi augmenté d’environ 2% par an de 1980 à 1990, puis seulement de 0,7% jusqu’en 1994. Cette tendance à la baisse est expliquée par l’importante récession connue par la C.E.I. (Communauté des États indépendants) et les pays d’Europe centrale (- 7% par an), non compensée par la forte croissance asiatique (5% par an). Depuis 1994, la croissance de la demande a repris dans la majorité des pays (+ 1,9%) et pour les quinze prochaines années, le taux de croissance annuel de la demande mondiale d’énergie devrait se situer entre 1,7% et 2,1%, en fonction des prix de l’énergie et des efforts effectués pour améliorer les rendements énergétiques.

Le pétrole reste le combustible le plus utilisé dans le monde puisqu’il couvre 38% de la consommation mondiale d’énergie. La part des combustibles solides (houille et lignite) reste stable depuis 1980 et représente 25% de la demande mondiale. Relancé par la crise pétrolière de 1973, le charbon regagne, jusqu’en 1989, des parts de marché avec une croissance annuelle de la demande de 2,6%, alors que dans le même temps la part des hydrocarbures régresse. Entre 1990 et 1993, la demande stagne, conséquence d’une baisse sensible de la consommation en Europe, toutefois compensée par la croissance rapide de la demande des pays d’Asie de la zone Pacifique. L’année 1994 marque la reprise de l’activité charbonnière, et, en 1995, à Tokyo, le Conseil mondial de l’énergie estime en effet qu’en 2020 le charbon sera la première source d’énergie mondiale, avec une part de marché de 31%.

Les atouts du charbon

Quels sont les atouts du charbon aujourd’hui face aux énergies concurrentes ?

  • En premier lieu, le charbon est la source d’énergie dont les réserves sont les plus importantes : celles qui existent et qui sont économiquement exploitables dépassent les mille milliards de tonnes, ce qui correspond, au rythme actuel d’exploitation, à plus de 230 années de consommation (valeur à comparer aux 43 ans de réserves de pétrole et aux 67 années de réserves de gaz). Ces réserves sont accessibles à faible coût, équivalant à moins de 10 dollars par baril de pétrole, en utilisant des technologies minières courantes et éprouvées. Elles ne prennent pas en compte les ressources complémentaires que la poursuite de l’exploitation minière apportera ou auxquelles les améliorations des technologies d’extraction permettront d’avoir accès.
  • Ces réserves sont également, géographiquement et géopolitiquement, bien réparties, rendant faible le risque de tension et de rupture d’approvisionnement. La plupart des nations peuvent utiliser leurs propres réserves et les pays qui n’en ont pas peuvent compter de façon sûre sur le charbon importé. Cette sécurité des importations est assurée par la compétition entre les nombreux pays fournisseurs et par le fait que le charbon est un produit facilement transportable par voie maritime à des coûts très bas et ne nécessitant pas d’infrastructure spécifique lourde (à la différence du gaz, qui demande des pipelines ou des terminaux spécialisés et des bateaux conçus pour son transport).
  • Le transport du charbon ne comporte de plus aucun risque majeur d’atteinte à l’environnement car c’est un matériau physiquement stable. Il ne présente pas les problèmes de fuites ou d’écoulements associés aux autres combustibles fossiles. Dans le monde entier, le charbon est transporté par des minéraliers de tailles diverses. Les naufrages de ce type de bateaux sont extrêmement rares et n’entraînent pas de pollution maritime. À terre, le charbon est transporté par rail, par route ou par bande transporteuse, tous moyens de transport sûrs et sans risques environnementaux pour un combustible solide.
  • Le principal atout du charbon reste cependant son prix. Le charbon est un régulateur du marché de l’énergie. Son prix international est resté stable pendant de longues années, autour de 50 dollars par tonne importée en Europe, pour diminuer sensiblement depuis 1997 : le prix moyen de la tonne de charbon vapeur importée dans les pays de la Communauté européenne puis dans les pays de l’Union européenne est passé de 52 dollars en 1977 à moins de 44 dollars aujourd’hui. Ces valeurs correspondent à moins de 12 dollars par équivalent baril et laissent donc la production d’énergie à partir du charbon à un niveau très compétitif par rapport aux hydrocarbures. Près de 60% du coût du charbon est constitué par des frais de transport (contre 17% pour le pétrole) : transport terrestre de la mine au port, frais de chargement puis de déchargement, fret maritime.

Les désavantages du charbon

Le charbon est depuis de nombreuses années fortement critiqué pour son impact sur l’environnement. De nombreux progrès technologiques ont été maintenant réalisés pour réduire les rejets atmosphériques dus à la combustion du charbon. C’est ainsi que l’on parle de « combustion propre » du charbon, car ses rejets d’oxydes de soufre ou d’oxydes d’azote ont été très fortement réduits et ne dépassent pas ceux des combustibles fossiles concurrents.

Cependant, comme le pétrole et le gaz, le charbon est un combustible fossile qui émet du gaz carbonique lors de sa combustion. Il n’existe pas encore de solution technique pour retenir le gaz carbonique produit lors de toute combustion. Il est aujourd’hui seulement possible de réduire ces émissions pour une amélioration du rendement de combustion.

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