"Charbon" est un terme générique qui désigne un ensemble de combustibles solides de compositions et de pouvoirs calorifiques très variés. Le charbon a été le combustible quasi unique de la révolution industrielle du XIXè siècle avec le développement des machines à vapeur et les besoins de l’industrie sidérurgique. Première source mondiale d’électricité, le charbon est irremplaçable pour la réduction du minerai de fer en hauts-fourneaux ou la carbochimie. Si au siècle dernier le pétrole lui a volé la vedette, le charbon effectue en ce début de siècle, et notamment en Chine, un retour en force spectaculaire et préoccupant quant à ses conséquences sur le climat.

 

Le charbon est une roche qui contient beaucoup de carbone qui a commencé à se former à la fin de l'ère primaire, qu’on appelle pour cela le carbonifère (360 à 290 millions d'années). Le charbon provient de l’accumulation de matière végétale: déposée sur place ou après transport. Les bassins d’accumulation sont souvent des zones qui se sont enfoncés régulièrement, permettant à la forêt de continuer à prospérer sur de longues périodes. Les sédiments ont été enfouis jusqu’à des profondeurs variables de quelques 100 m pour les lignites, jusqu’à plusieurs kilomètres pour les anthracites. Durant cet enfouissement le carbone organique s’est transformé en carbone minéral par action des micro-organismes, l’eau a été expulsée en forte proportion et la roche s’est durcie. On range le charbon en plusieurs catégories selon le degré de transformation des dépôts végétaux.

Le charbon au sens strict est la partie de couleur noire et d’origine organique. Sa composition chimique est caractérisée par une teneur en hydrogène (4 %) moitié de celle des pétroles. La teneur en carbone après séchage varie de 55 % pour les lignites, à 90 % pour les anthracites.
Plus il reste d’eau dans le charbon, plus bas est son pouvoir calorifique. A la pression atmosphérique, les gaz se dégagent, notamment le méthane, que les mineurs appellent grisou.

 

On distingue le pouvoir calorifique supérieur PCS, quantité totale de chaleur de combustion et le pouvoir calorifique inférieur PCI, dont on a soustrait les calories prises par la vaporisation de l’eau, qui ne sont pas récupérables dans une chaudière. Ces valeurs sont exprimées en kilocalories par kilogramme et déterminées expérimentalement. Pour calculer le pouvoir calorique moyen des charbons on définit la "tec" : tonne équivalent charbon dont le PCI est de 7000 kcal/Kg, ou, conventionnellement 0,7 tep. Compte tenu de l’humidité des charbons et de leur pouvoir calorifique respectif, le pouvoir calorifique réel des charbons varie dans des proportions considérables. A poids égal, un lignite peut donner deux à trois fois moins de chaleur qu’un anthracite.

Le "charbon vapeur" utilisé par les centrales électriques correspond en gros aux charbons flambants. Par la suite, nous ignorerons la tourbe et ne parlerons que de "charbon" et de "lignite".

 

Les ressources ultimes de charbon avoisinent sans doute les 5 000 milliards de tonnes, dont 900 sont qualifiées de "réserves". En regroupant par grandes régions, on obtient le tableau suivant des réserves de charbon. Elles sont assez bien réparties géographiquement à l’exception notable du Moyen Orient qui, en revanche, dispose d’autres ressources !

Ces réserves de charbon équivalent à 375 milliards de tonnes équivalent pétrole.

 

La production mondiale de charbon s’est fortement accrue depuis 2000 pour dépasser les 5 milliards de tonnes auxquelles s’ajoutent 900 millions de tonne de lignite. Ce retour du charbon paraît durable, vu les prix des hydrocarbures et leurs réserves relativement limitées. 50 % du charbon produit sert à la production d’électricité, 16 % à la sidérurgie, 5 % aux cimenteries. Le solde, 29 %, au chauffage et aux autres industries, dont la carbochimie. Contrairement aux hydrocarbures, le charbon voyage peu (et le lignite, pas du tout). Les quantités importées/exportées ne représentent que 15 % de la production totale.

Avec une contribution de 40 %, le charbon est de loin la première source d’électricité mondiale, malgré ses nuisances. Des solutions existent, et sont progressivement mise en œuvre, pour réduire de façon très significative les rejets polluants (mais pas encore le gaz carbonique. On ne peut donc qu’être très préoccupé par le fait que la Chine a commandé, depuis trois ans deux centrales à charbon chaque semaine !

 

Grisou et silicose

L’industrie minière du charbon souffre d’une mauvaise image en raison des explosions de grisou et "coups de poussière", qui continuent à faire de nombreuses victimes, et de la silicose.

Le grisou (méthane) constitue un mélange explosif avec l’air lorsque sa concentration est comprise entre 6 et 16 %. Dans la plupart des mines, une bonne ventilation suffit généralement à éliminer le risque d’explosion, mais il existe des mines "grisouteuses" où le risque de dégagement spontané est réel. Dans le monde des explosions se produisent chaque année causant des milliers de victimes.

La silicose a frappé quasiment toute la génération de mineurs français employée avant 1945. Depuis, l’abattage systématique des poussières a fait progressivement disparaître cette maladie professionnelle des mines françaises – désormais fermées. Mais ailleurs dans le monde ses ravages continuent : entre 1991 et 1995 la Chine a enregistré 500000 cas de silicose et 24000 décès.

Pollution atmosphérique "classique"

C’est surtout au stade de l’utilisation, notamment dans les centrales électriques, que le charbon occasionne des pollutions atmosphériques : émissions d’oxydes de soufre et d’azote, d’hydrocarbures et d’aérosols de "cendres volantes". En présence de poussières et d’eau, une partie des oxydes de soufre est à l’origine de retombées d’acide sulfurique, particulièrement corrosif dans l’environnement des centrales à charbon (les fameuses pluies acides). Les autres effluents gazeux et aérosols sont des produits toxiques irritants pulmonaires et les hydrocarbures sont cancérigènes.

Toute cette pollution "classique" est fortement réduite dans les centrales à charbon modernes grâce à l’adjonction de véritables petites usines chimiques appelées "scrubbers", mais il reste encore beaucoup de vieilles installations très polluantes de par le monde. Bien entendu ces techniques ont un coût complet par tonne de charbon brûlé, comme le montre le tableau ci-dessous :

Vers le "Charbon propre"

Au-delà des pollutions classiques listées ci-dessus, la combustion du charbon émet chaque année dans l’atmosphère 12 milliards de tonnes de CO2, le principal gaz à effet de serre. Même les centrales à charbon les plus modernes ne résolvent pas aujourd’hui ce problème : quoiqu’on en dise, il n’y a pas de "charbon propre". Or, compte tenu de l’abondance de ses réserves et de leur distribution géographique, le charbon est promis à un bel avenir. Face à ce retour en force du charbon, on n’évitera la catastrophe climatique que si l’on pratique à grande échelle la capture du CO2 à la sortie des installations qui en émettent de grandes quantités (centrales à charbon, cimenteries, aciéries, raffineries), et le stockage de ce CO2 pour éviter sa fuite dans l’atmosphère (voir chapitre "environnement").