Le charbon et ses impacts environnementaux

Le charbon et ses impacts environnementaux
1. Matière première
On appelle charbon différents produits issus de la carbonisation de matières organiques : le
charbon de bois (issu de la carbonisation du bois), le noir animal (issus de la carbonisation d'os), le
charbon activé (préparé à partir de charbon de bois ou d'os) et la houille (roche carbonée issue de
la décomposition de matière végétale).
C'est cette dernière forme qui a marqué le XIXème siècle avec la révolution industrielle (machine
à vapeur, chemin de fer, premières usines...) et qui est utilisée aujourd'hui dans le domaine de
l'énergie (pour produire de l'électricité principalement, mais aussi du chauffage) et de la
sidérurgie (sous la forme de coke). Il existe également des procédés, très coûteux, pour la
transformer en gazole ou en essence.
C'est la source d'énergie fossile la moins chère et la plus polluante, ce qui explique les réticences
à son exploitation alors que ses réserves sont relativement importantes par rapport au autres
énergies fossiles (durée de vie de 165 ans d'après une étude de 2004) et mieux réparties. Elle
représente tout de même un tiers de la consommation mondiale d'énergie (deuxième rang après
le pétrole), et 13% de la production d'électricité en France.
2. Impacts environnementaux
LORS DE L'EXTRACTION :
Impact sur le milieu:
L'extraction du charbon se fait dans des mines souterraines ou à ciel ouvert ; l'exploitation à ciel
ouvert étant moins coûteuse, plus rentable et moins dangereuse, mais aussi bien plus dévastatrice
des sites (les plus grandes mines font plusieurs kilomètres de long et des centaines de mètres de
profondeur) et polluante localement.
Les sites miniers sont toutefois très affectés dans les deux cas : dévastation des forêts et
bouleversement de la biodiversité lors de l'implantation, pollution des sols par les eaux de
drainage notamment, dont la teneur en métaux lourds peut atteindre des niveaux dépassant les
seuils de toxicité. Cette pollution continue après l'arrêt de l'exploitation de la mine, et certains
impacts sont irreversibles (diminution et pollution de la nappe phréatique).
De plus, les risques d'effondrement dans le cas des mines souterraines menacent également les
constructions en surface : des habitations ont été fissurées, voire englouties.
Illustration 1: Mine de charbon désaffectée de Longyearbyen.
Au premier plan est visible un monticule de déblais dont les teintes rouilles traduisent une
précipitation d’oxydes et d’oxyhydroxydes de fer en réponse à l’oxydation des sulfures,
notamment de la pyrite.
Pollution atmosphérique :
Lors de l'extraction, il se dégage plusieurs gaz : du souffre et de l'oxyde de souffre, responsables
des pluies acides, du méthane et du dioxyde de carbone ; et de la poussière.
Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel minier (le grisou) dégazant naturellement des
veines d'exploitations souterraines abandonnées. Dans le nord de la France, certaines installations
récupèrent ce grisou et le réinjectent dans le réseau de Gaz de France : c'est un moyen de réduire
l'émission de méthane.
Le grisou représente aujourd'hui un risque maîtrisé pour les mineurs, mais il a été responsable d'un
grand nombre d'accidents. Un autre risque pour les mineurs, dénoncé par l'OMS, est la silicose des
poumons : de très fines particules de silice cristalline libres sont ingérées et occasionnent des
troubles de la respiration plus ou moins graves suivant la quantité (fibrose pulmonaire,
emphysème, tuberculose). Ils sont également exposés, dans le cas d'exploitations souterraines, à
l'irradiation au radon provenant des roches, à l'asphyxie par manque d'oxygène et à l'intoxication
par les différents gaz et le brouillard d'huile provenant des appareillages.
LORS DE LA TRANSFORMATION :
Après son extraction, le charbon est lavé et trié. Selon ses caractéristiques, il sera brûlé
(chauffage domestique, chaudières industrielles, centrales électriques à charbon) ou transformé
en coke.
3. Centrales thermiques
3.1. Fonctionnement
La centrale thermique à flamme utilise l'énergie fournie par la combustion du charbon pour
chauffer de l'eau dans le générateur de vapeur. Cette vapeur, sous pression, fait tourner à grande
vitesse une turbine qui entraîne elle-même un alternateur qui produit une tension alternative
sinusoïdale. A la sortie de la turbine la vapeur est refroidie par une réserve d'eau pour se
condenser, puis renvoyée dans la chaudière.
Une centrale thermique à flamme fournit une puissance électrique de l'ordre de quelques
centaines de mégawatts. Les centrales en service en France ont des puissances variant de 100 MW
à 700 MW.
3.2. Impacts environnementaux
Ces centrales sont la source d'importante pollution atmosphérique, mais pas uniquement : les
eaux usées et les résidus solides polluent les sols et les eaux ; et leur implantation entraîne une
importante dégradation du site (migration de la faune, défrichement, puisement important d'eau
pour l'approvisionnement).
La pollutions atmosphérique est due aux émissions de cendres et de gaz nocifs (SOx, NOx, CO, CO2,
HCl et HF). A l'heure actuelle, on est parvenu à réduire de 90% les émissions de souffre et de 80%
celles d'oxyde de souffre, mais reste le problème des gaz à effet de serre : plus de 900 g de C02
par kWh ! Des moyens sont développés pour séquestrer le CO2, qui présentent eux-mêmes de
grands risques écologiques (ANNEXE).
Une grande partie des pollutions associées à une centrale thermique à charbon est issue des
cendres qu'elle produit. On en distingue deux sortes : celles qui s'échappent des cheminées,
chargée de métaux qui peuvent être lourds et/ou radioctifs (uranium, thorium, arsenic, cuivre,
barium, calcium, chrome, plomb, mercure, nickel, cadmium) et de souffre (responsables des
pluies acides) ; et celles qui sortent des fours, moins polluantes, qui sont enfouies.
Pour parvenir à réduire jusqu'à 90% l'émission de souffre, on pulvérise d'eau ces suies acides afin
de les alourdir, puis on les capte au sol : une fois l'eau évaporée, elles forment des étangs de
résidus miniers. Généralement mal confinés, ils sont non seulement responsables de la pollution
des sols et des eaux mais aussi d'accidents graves : en 2008, une digue s'est effondrée aux EtatsUnis, libérant 4,3 m3 de boue de cendres, endommageant de nombreuses habitations et
contaminant les populations.
Ces résidus sont réutilisables : on s'en sert surtout pour faire du ciment composite (utilisé
principalement pour les remblais de route), et des études ont été menées en Australie pour
l'utiliser comme engrais économique (apparemment sans effet sur la faune et la flore).
COKÉFACTION
Le coke, utilisé dans la sidérurgie est du charbon concentré, d'où ont été extraites les matières
volatiles. Ce procédé est une source de nombreux facteurs de pollution atmosphérique et de
contamination des eaux, voire de la nappe phréatique. Celle-ci subit généralement une diminution
notable, les cokeries nécessitant un apport d'eau de 200 à 500 m 3 par heure.
En effet, une cokerie actuelle reçoit 6 à 10 mille tonnes de charbon par jour pour produire 4500 à
7500 tonnes de coke en émettant 80 à 150 mille m 3 de gaz par heure et rejetant entre 80 et 150
m3 d'eaux résiduaires par heure.
Suite aux exigences environnementales appliquées aux industries, de nombreuses mesures
préventives ont été prises pour réduire les pollutions. Notamment, le traitement des gaz de
pyrolyse par refroidissement et avec des solvants permet de récupérer des goudrons, des essences
et du méthane, envoyé dans le réseau de gaz après l'avoir épuré en relâchant de l'hydrogène
sulfuré et de l'ammoniac.
Produits toxiques émis
Réduction
Poussières
50,00%
Anhydride sulfureux (SO2)
20 à 40%
Sulfure d'hydrogène (H2S) – uniquement en
voie humide
Oxydes de l'azote (NOX)
20 à 40%
Monoxyde de carbone (CO)
30 à 35%
Benzène, Toluène, Xylène (BTX)
>95%
Hydrocarbures
(HAP)
Aromatiques
Benzo(a)Pyrène (BaP)
Polycycliques 90,00%
90,00%
Les mesures préventives mises en place, permettant de réduire mais pas de supprimer les
pollutions, ont un coût : 30% à 40% de l'investissement.
4. Conclusion
En résumé, le charbon a beau être peu cher et ses réserves relativement importantes ; il n'en
reste pas moins très polluant, et finira bien par s'épuiser : ne vaut-il pas mieux consacrer les
efforts déployés pour diminuer son impact environnemental au développement d'énergies
renouvelables ?