Charbon

Origine du charbon

Le charbon est un combustible fossile d’origine organique. Il est le résultat de la transformation de biomasse (résidus de forêts notamment) enfouie dans le sol au cours des temps géologiques.

Par enfouissement, sous l’effet des pressions et des températures croissantes avec la profondeur (gravité, gradient thermique), les végétaux ensevelis sont en effet décomposés puis transformés en une matière solide et combustible à haute teneur en carbone : le charbon.

Les plus anciens et les plus recherchés des charbons datent de près de 300 millions d’années (ère carbonifère). Mais on trouve aussi des charbons plus récents, déposés jusque dans l’ère tertiaire (lignite) ou quaternaire (tourbe).

Les gisements de charbon se situent sous terre et sous les planchers continentaux des océans. Ils peuvent être enfouis à plusieurs kilomètres de profondeur ou affleurer à la surface du sol.

Composition du charbon

Le charbon est composé d’hydrogène, de soufre, d’oxygène et surtout de carbone. Selon la teneur en carbone, la profondeur et la température du gisement, il en existe plusieurs catégories.

Les charbons de rangs inférieurs ont une faible teneur en carbone :

• le lignite est composé de 50% à 60% de carbone ;
• les sous-bitumineux sont constitués entre 60% et 70% de carbone.

Les charbons de haut rang sont composés à plus de 70% de carbone et sont souvent désignés par le terme de « houille » :

• les bitumineux sont composés de 70% à 90% de carbone. Ils peuvent être utilisés comme « charbon-vapeur », c'est-à-dire comme combustible pour produire de la vapeur, ou comme « charbon à coke » que l’on carbonise dans un four chauffé à 1 000°C à l’abri de l’air pour produire du coke ;
• l’anthracite a encore une qualité supérieure puisqu’il est composé à plus de 90% de carbone.

Chaque type de charbon correspond à un stade de maturité. Dans les tourbières, les végétaux se décomposent pour devenir de la tourbe (constituée à 50% de carbone) ; les zones boisées produisent du lignite. Puis, par enfouissement, ces dépôts carbonés se transforment progressivement en houille.

Les charbons de haut rang se forment à plus de 10 km de profondeur. À la suite des mouvements tectoniques et de l’érosion, la houille peut affleurer à la surface. Compte tenu du gradient géothermique moyen (3°C par 100 m), les mines de charbon actuellement exploitées ne se trouvent pas à plus de trois kilomètres de profondeur.

L’exploitation du charbon se décline en deux phases.

En amont : prospection et extraction

Les techniques d’exploitation sont déterminées par les connaissances géologiques du sous-sol qui permettent de préciser l’existence, la nature et la forme des gisements.

Outre les forages de reconnaissance, les techniques géophysiques permettent de préciser l’extension des couches et de localiser les failles. La bonne connaissance de la géologie des gisements est essentielle avant d’entreprendre une exploitation.

• Les mines souterraines : les gisements peuvent s’étendre sur des milliers de km², à plusieurs kilomètres sous la surface. Il s’agit d’abord de déterminer la qualité et la forme du gisement, puis de définir les techniques à utiliser pour l’abattage (l’extraction). Des puits d’extraction et d’aération et des galeries sont creusés pour atteindre le gîte, là où se trouve le charbon. Un site industriel (le carreau) est créé en surface pour trier le charbon.
   
• Les mines à ciel ouvert : cette forme d’exploitation n’est possible que lorsque les gisements ne sont qu’à quelques dizaines de mètres de profondeur. L’exploitation s’effectue en couches successives. Les mines à ciel ouvert sont structurées en étages et ressemblent à de grands amphithéâtres ou à des carrières. Au fur et à mesure de l’exploitation, les déblais du front de taille sont utilisés pour combler les espaces exploités.

En aval : traitement et usages par type de charbon

Le charbon extrait est lavé et trié selon sa teneur en carbone.

Le lignite et les sous-bitumineux sont principalement utilisés pour produire de l’électricité. Les bitumineux répondent souvent à des usages industriels (ex : production de chaleur et d'électricité, cimenterie). Le charbon à coke est par exemple utilisé pour la sidérurgie. L’anthracite répond aux besoins industriels et domestiques (ex : caoutchouc synthétique, sidérurgie, filtration d’eau, chauffage, etc.)

Une place centrale dans les mix énergétique et électrique mondiaux

À l’origine de la Révolution industrielle, le charbon demeure au XXI^e siècle une énergie privilégiée dans le monde. Il permet d’assurer les besoins énergétiques de l'équivalent de presque un homme sur quart (le charbon a satisfait 23,5% de la consommation d'énergie primaire en 2022).

Le charbon est surtout toujours la première source d’énergie utilisée pour produire de l’électricité (environ 35,4% de l’électricité mondiale a été produite à partir de charbon en 2022).

 Souvent décrié pour son fort impact environnemental et considéré comme une énergie du passé, le charbon joue encore un rôle majeur dans le bouquet énergétique mondial (notamment en Asie du Sud-Est).

En 2023, les fortes baisses de consommation dans les « économies avancées » (avec une chute record d'environ 20% aux États-Unis et au sein de l'Union européenne) ont été plus que compensées par les hausses de la demande provenant des pays asiatiques (+ 5% en Chine, + 8% en Inde, etc.), selon l'AIE.

Un combustible accessible

Grâce à une répartition géographique abondante et équilibrée, le charbon peut être importé à un prix compétitif partout dans le monde. Facile à transporter et à stocker, il est le combustible fossile le moins cher à exploiter.

Avec de gros gisements en Chine, en Inde, en Australie, en Afrique du Sud, en Russie et en Amérique du Nord, la diversité des sources permet d’assurer un approvisionnement sûr sans forte dépendance énergétique vis-à-vis d’un pays producteur.

Des incidences environnementales et de sécurité

Les mines peuvent dénaturer localement les paysages. De plus, la combustion du charbon s'accompagne d'importantes émissions de CO₂, de soufre et d'oxydes d’azote et pollue ainsi davantage que les autres énergies fossiles.

En 2023, les émissions mondiales de CO₂ liées à l'utilisation de combustibles fossiles et à la production de ciment étaient susceptibles d'« augmenter de 1,1% en 2023, pour atteindre 36,8 milliards de tonnes (Gt CO₂) », soit un nouveau niveau record, a annoncé le Global Carbon Project lors de la COP28. Et 41% de ces émissions mondiales seraient dues au seul charbon.

Enfin, l’exploitation du charbon présente toujours des risques humains élevés.

Les leaders mondiaux de l’industrie minière sont souvent aussi les principaux producteurs de charbon. Ils exploitent également le cuivre, les diamants, l’aluminium ou bien d’autres énergies fossiles. Ainsi BHP, Rio Tinto (Australie/Royaume-Uni) et Glencore (Suisse) sont notamment d'importants producteurs de charbon.

FutureCoal est l'association représentant l'industrie du charbon (précédemment appelée World Coal Institute, puis World Coal Association jusqu'en 2023).

Tonne équivalent pétrole (tep) et tonne équivalent charbon (tec)

La tonne équivalent pétrole (tep) est une unité de mesure permettant de comparer les rendements énergétiques des différentes sources d’énergie. Une tep correspond à l’énergie produite par la combustion d’une tonne de pétrole.

L’énergie dégagée par la combustion d’une tonne de charbon de haut rang équivaut à 0,619 tep. Avec l’essor du pétrole, la tep s’est substituée à une ancienne unité, la tonne équivalent charbon (tec).

Réserves de charbon dans le monde

En 2016, la production mondiale de charbon s’est élèvée à près de 3,7 milliards de tep.

Les réserves prouvées sont les ressources disponibles jugées exploitables et rentables selon les techniques actuelles utilisées. Elles sont estimées à 1 161 milliards de  short tons » (ou tonnes courtes, unité de masse utilisée aux États-Unis. 1 short ton est égale à 907,1847 kg) à fin 2021 selon l'EIA américaine⁽¹⁾.

Cinq pays disposent de plus de 75% des réserves prouvées de charbon dans le monde :

• les États-Unis (22% des réserves mondiales selon l'EIA) ;
• la Russie (15%) ;
• l'Australie (14%) ;
• la Chine (14%) ;
• l'Inde (11%).

Le charbon est généralement consommé à une relative proximité des mines compte tenu de l’importance du transport dans le coût énergétique. Pour optimiser les coûts, le marché mondial du charbon est divisé en deux zones géographiques : la zone atlantique (Amérique, Europe) et la zone pacifique (Asie, Océanie). Le charbon est largement utilisé dans les pays d’Europe centrale et d’Asie où les ressources en gaz et en pétrole sont a priori limitées.

Production de charbon dans le monde

En 2022, la production mondiale de charbon a atteint un nouveau niveau record de 8 582 millions de tonnes, selon l'Agence internationale de l'énergie⁽²⁾.

La Chine compte à elle seule pour plus de la moitié de cette production mondiale (près de 51% en 2022 avec 4 374 Mt). Suivent l'Inde (922 Mt en 2022), l'Indonésie (687 Mt), les États-Unis (539 Mt) et la Russie (444 Mt).

Le charbon à l'origine de la Révolution industrielle

Devenu à la fin du XVIII^e siècle la principale source d’énergie, le charbon est à l’origine de la Révolution industrielle. La Grande-Bretagne, la France et l’Allemagne ont ainsi bénéficié de gisements exploités à proximité des zones de consommation.

En France, l’extraction du charbon remonte au Moyen Âge, mais se développe surtout à la fin du XVIII^e siècle jusqu’à la moitié du XIX^e, notamment dans les bassins du Nord-Pas-de-Calais, de la Lorraine et de la Loire.

En 1762, la machine à vapeur créée par James Watt utilise le charbon comme combustible. Le charbon participe également au développement du transport grâce aux bateaux et aux chemins de fer (locomotives à vapeur).

Pour satisfaire les besoins en charbon, les techniques d’exploitation des mines se modernisent et des progrès sont réalisés dans la sûreté de l’extraction améliorant la sécurité des mineurs. L’exploitation du charbon a requis au cours de l’histoire d’importants efforts humains mettant parfois en jeu l’intégrité physique des mineurs.

Catastrophes liées au charbon en France

L’exploitation du charbon a causé la mort de plus d’un million d’hommes au cours des XIX^e et XX^e siècle : les causes principales en ont été le grisou, un gaz naturel se dégageant des couches de charbon causant des explosions meurtrières appelées « coups de grisou » (ex : catastrophe de Courrières en 1906, 1 099 morts), des incendies (ex : incendie de 1956 à Marcinelle, 262 morts), la silicose (une maladie pulmonaire mortelle provoquée par l’inhalation de particules de poussières de silice dans les mines), des effondrements, etc.

Malgré le danger, ces conditions extrêmes ont souvent créé une forte solidarité entre les mineurs. Aussi, cette cohésion et ce soutien ont marqué l’histoire du charbon.

Dernière mine en France fermée en France

Au cours du XX^e siècle, le charbon est progressivement délaissé en Europe au profit du pétrole et du gaz du fait de leur pouvoir calorifique plus élevé et de l’épuisement des mines locales. Au moment où la France a fermé ses dernières mines de charbon, la demande mondiale est repartie à la hausse, principalement en raison du développement économique des pays d’Asie (Chine, Inde, Indonésie) qui possèdent d’importantes réserves de charbon.

La France a fermé sa dernière mine en avril 2004 en Moselle (puits de la Houve à Creutzwald).

Le pic mondial du charbon désigne le moment où plus de la moitié des réserves seront consommées et où la production de charbon déclinera du fait de l’épuisement des réserves. En Europe, ce pic aurait eu lieu en 1982.

L’avenir de la production mondiale de charbon repose à la fois sur l’amélioration des techniques d’exploration et de transformation du charbon pour produire davantage d’énergie à partir d’une même quantité de charbon. La gestion de l’impact climatique de l’utilisation du charbon est devenu un enjeu central.

L’amélioration de l’efficacité énergétique des centrales à charbon et l’intégration des technologies de « captage et stockage géologique du CO₂ » (CSC) participent au développement du charbon dit « propre ». Avec les méthodes de CSC, le CO₂ rejeté dans l’atmosphère est récupéré puis séquestré (généralement sous terre dans des couches profondes).

La consommation mondiale de charbon pourrait baisser dans les prochaines années après avoir atteint un nouveau pic en 2023, selon les dernières prévisions de l'AIE de décembre 2023^(3). En Chine, la consommation de ce combustible pourrait chuter en 2024 et se stabiliser par la suite jusqu'à 2026 « avec une production hydroélectrique prête à se rétablir tandis que les productions solaire photovoltaïque et éolienne augmenteront considérablement ».

Au niveau mondial, les experts de l'AIE estime que la consommation globale de charbon en 2026 pourrait être inférieure de 2,3% au niveau de 2023, « même en l’absence de nouvelles annonces gouvernementales ou de politiques plus strictes en matière d’énergie propre et de climat », grâce au déploiement très important de capacités renouvelables dans les prochaines années.