Les centrales thermiques au "charbon propre" : écologiques ou non ?
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Les centrales thermiques au « charbon propre » : écologiques ou non ?

A l’heure où le changement climatique occupe tous les esprits, le charbon, énergie fossile la plus polluante, veut redorer son image. C’est sous l’appellation « charbon propre » qu’il fait son retour en force, avec une mission capitale : réduire les émissions de gaz à effet de serre. Mais le charbon peut-il vraiment être propre ? Derrière cette ambition écologique se cachent des nouvelles technologies, et le lot de risques environnementaux qui vient avec.

Le charbon, une énergie polluante mais attractive

Le charbon, cette source d’énergie polluante dont le monde a du mal à se passer, sert de combustible dans les centrales thermiques. Celles-ci produisent de l’électricité à partir de la chaleur fournie par la combustion, ici du charbon, qui permet de faire bouillir de l’eau, et la vapeur d’eau fait ensuite tourner une turbine. Mais certaines centrales utilisent comme matière première du fioul ou encore du gaz naturel.

Le charbon est la deuxième énergie la plus consommée. En 2016, sa part dans le mix énergétique mondial était de 28,1%, derrière le pétrole. Il couvre ainsi environ 40% des besoins en électricité à l’échelle mondiale.

Les plus gros consommateurs sont les Etats-Unis et la Chine, et de manière générale les pays qui possèdent les plus grosses réserves de cette énergie fossile dans leur sol, comme la Russie, la Pologne, ou encore l’Australie. La part du charbon dans le mix énergétique chinois culmine à 64,4%, même si le pays est sur la bonne voie vers sa transition énergétique. Aux Etats-Unis, 30% de la production électrique provient du charbon.

Par contraste, le charbon tient une part de 4% seulement dans le mix énergétique français. Le Plan climat du ministre de la transition écologique et solidaire, Nicolas Hulot, prévoit la sortie du charbon d’ici 2022, avec la fermeture des dernières centrales thermiques.

Abondante, accessible, économique, mais désastreuse pour l’environnement, cette énergie fossile n’a pas fini de faire parler d’elle. La demande en charbon est globalement en hausse de 2% par an et le restera pendant les vingt prochaines années, selon les estimations.

 

© Apphim

Tandis que les réserves de pétrole s’épuisent, celles de charbon peuvent encore supporter 150 ans d’exploitation, voire 200 ans pour certains pays. Cette énergie est aussi 6 fois moins cher que le gaz naturel et le pétrole. Elle est donc particulièrement attractive dans les pays en développement. Le charbon menace même de rattraper le pétrole, en termes de consommation, tant il est compétitif. Plus de mille centrales sont en projet dans soixante pays du monde.

En Chine, on construit une centrale thermique par semaine. Mais ce sont des centrales dites « propres », et les centrales les plus polluantes ont déjà été fermées. D’après les experts, la Chine ne pourra pas sortir si facilement du charbon car elle en dépend trop fortement. On parle néanmoins de réduire la part du charbon à 50% en 2035, et plus encore d’ici 2050.

Dans les pays développés également, le charbon demeure une source d’énergie majoritaire, presque indispensable pendant la transition énergétique et le processus de sortie du nucléaire. Ainsi, l’Allemagne, qui a décidé d’abandonner le nucléaire suite au choc de Fukushima en 2011, doit s’appuyer sur le charbon en attendant de développer le parc d’énergies vertes. Le pays espère atteindre 35% d’énergies renouvelables en 2035.

Dans notre pays, qui a fait le choix du nucléaire, il ne reste que cinq centrales au charbon encore en activité, aux côtés de quelques centrales au fioul et au gaz. Mais ces centrales ont encore un rôle décisif, car elles fournissent de l’énergie lors des pics de consommation et des périodes de grand froid.

Or, le charbon est la source d’énergie fossile la plus polluante, ceci à tous les niveaux de son exploitation, depuis l’extraction jusqu’à la combustion. Fortement décrié pour sa large contribution au changement climatique, le charbon émet effectivement 1,7 fois plus de dioxyde de carbone (CO2) que le gaz naturel, et 1,3 fois plus que le pétrole. Sa combustion rejette également dans l’air des particules fines, dont le dioxyde de soufre (responsables des pluies acides) et le dioxyde d’azote. Ce sont tous deux des gaz à effet de serre.

usine charbon

Le « charbon propre » : deux technologies sous un même nom

Continuer à exploiter le charbon en supprimant son impact environnemental, c’est le défi du « charbon propre ». On doit cette expression à l’industrie du charbon elle-même, aux compagnies d’énergie et à la sphère politique. Elle englobe un ensemble de techniques, qu’on peut distinguer en deux catégories : les technologies qui améliorent les performances des centrales, et les technologies de captage et de stockage du dioxyde de carbone, appelées technologies CSC.

Les technologies améliorant l’efficacité énergétique des centrales

Une première solution pour rendre le charbon plus propre est tout simplement de moderniser le parc de production actuel grâce aux nouvelles technologies. En effet, deux tiers des centrales du monde sont âgées de 20 ans et leur rendement moyen atteint seulement 29% à 33%.

Les centrales de dernière génération, ou à haut rendement, affichent des performances gonflées. Plus modernes et plus efficientes, elles relâchent moins de CO2 par rapport aux vieilles installations. Par exemple, doubler le rendement d’une centrale conduit nécessairement à réduire de moitié les émissions de gaz à effet de serre, car pour une même quantité de combustible utilisé, la quantité d’énergie produite est plus grande.

Même sans disposer d’unités de capture du carbone, ces centrales sont donc déjà moins polluantes. C’est pourquoi l’industrie parle aussi dans ce cas de « charbon propre.

Quelques nouvelles technologies incluent :

  • Les centrales « supercritiques », ou à cycle vapeur supercritique, où la vapeur d’eau est portée à une température et une pression supérieure aux conditions des centrales traditionnelles, soit 565 à 585°C, pour une pression de 221 bars. Le système permet d’augmenter le rendement jusqu’à 45%. C’est la technologie favorisée par la Chine. L’industrie parle aussi de centrales « ultra-supercritiques », avec des conditions de température et de pression encore plus grande, pour atteindre un rendement de 50% d’ici 2020.

  • La gazéification du charbon, qui consiste à produire un gaz naturel synthétique à partir du charbon en faisant passer ce dernier à l’état gazeux. Après filtration, le gaz est « propre » et peut être exploité, c’est-à-dire brûlé dans une centrale thermique à gaz. Le rendement de cette technologie est de 55%, mais son coût très élevé dissuade.

  • La polygénération, qui valorise une source d’énergie unique en fabriquant une grande variété de produits à partir d’elle. Des centrales correctement équipées pourraient ainsi produire avec du charbon non seulement de l’électricité et de la chaleur, mais aussi des produits pétrochimiques et de l’hydrogène.

Les technologies CSC de captage et stockage du CO2

Ce second type de technologies, dites CSC pour captage et stockage du carbone, vise à supprimer les émissions de gaz à effets de serre engendrées par la combustion du charbon dans une centrale. Ces technologies fonctionnent sur un principe de piégeage du dioxyde carbone puis de séquestration de ce gaz en couches géologiques profondes. Ces sites de stockage sont notamment d’anciens gisements de gaz naturel et de pétrole (ou champs pétrolifères) épuisés.

Le dioxyde de carbone est capté dans la centrale. Il circule sous forme de gaz comprimé dans des conduits jusqu’à son lieu de stockage dédié, où il est injecté très profondément dans le sol. Le gaz devient liquide dans ces conditions de température et de pression, ce qui serait un moyen de stockage sûr et empêcherait qu’il n’aille polluer l’atmosphère. Pour rappel, l’océan, les arbres, ou encore les tourbières, stockent naturellement du CO2.

Le stockage en couches géologiques profondes pourrait réduire les émissions mondiales de CO2 à hauteur de 4 milliards de tonnes en 2050. Cela correspond au 10% de réduction promis par les accords internationaux. Le prix à payer pour cette prouesse, soit 900 milliards d’euros, est cependant rédhibitoire.

Les technologies CSC se déclinent en trois méthodes :

  • Le piégeage du carbone contenu dans les fumées grâce à un liquide. Le liquide une fois chauffé relâche le gaz, qu’on peut ensuite capturer et stocker.

  • La capture du CO2 avant la combustion du charbon, par gazéification. On obtient un gaz de monoxyde de carbone et d’hydrogène. En traitant ce gaz avec de la vapeur d’eau, on peut récupérer le dioxyde de carbone.

  • L’oxycombustion, c’est-à-dire la combustion du charbon avec de l’oxygène à la place de l’air. Cela produit un mélange gazeux de vapeur d’eau et de CO2, qu’on sait ensuite séparer par refroidissement et compression du gaz.

Ces technologies concernent aussi bien les centrales thermiques au charbon que celles fonctionnant au gaz naturel et grâce à la biomasse. Elles peuvent également réduire les émissions de gaz polluants dans des secteurs plus variés, dont l’industrie du ciment, du pétrole et de l’acier.

Projets et difficultés

Les procédés couverts par l’appellation « charbon propre » sont complexes, mais ils marchent. Ils sont prouvés par des projets pilotes, à petite échelle. L’industrie doit maintenant les reproduire à grande échelle, ce qui réclament des investissements énormes. Ces technologies devraient arriver à maturité d’ici 2020. Les modules et unités de captage du carbone seront installés sur les centrales et les usines existantes.

On décompte une vingtaine de projets en cours autour du globe, qui permettront d’évaluer l’impact du « charbon propre ». Dans le cas des technologies CSC par exemple, la surveillance du comportement du CO2 injecté en couches profondes revêt une importance cruciale.

Côté européen, Total mène un tel projet CSC en France, aux environs du gisement de Lacq en Nouvelle-Aquitaine. 50 000 tonnes de CO2 ont été injectées dans le sous-sol au cours de ces derniers années, dont on surveille maintenant l’évolution. Au Royaume-Uni, le projet White Rose consiste à capter 90% des émissions de la centrale de Drax, située dans le Yorkshire. Les sites de stockage du gaz sont en pleine mer du Nord.

L’Allemagne a choisi la centrale Schwarze Pumpe, dans le Brandebourg, pour être la première centrale pilote utilisant le procédé de l’oxycombustion. La centrale, exploitée par Vattenfall, fonctionne au lignite, un type de charbon particulièrement riche en carbone (65 à 75% de carbone) et qui est donc le plus polluant des charbons. Les fumées produites sont très riches en CO2, ce qui facilite le captage de ce gaz.

Sur le territoire américain, une unique centrale à technologie CSC fonctionne pleinement. C’est la centrale de Petra Nova, au Texas. Le gaz capturé est injecté dans les nappes de pétrole voisines encore en exploitation. Ce processus facilite l’extraction de l’or noir en le poussant dans une direction où on puisse le récupérer plus aisément.

Le projet Weyburn dans le Dakota du Nord est une centrale CSC à gazéification du charbon. Le gaz est transporté par-delà la frontière canadienne pour être injecté dans les champs pétrolifères de Saskatchewan. Une autre centrale ultra moderne et productive, mais sans technologie CSC, tourne à plein régime dans l’Arkansas. Elle est cependant très coûteuse.

Au Canada, dans la province du Saskatchewan justement, s’élève depuis 2014 la centrale thermique de Boundary Dam. La compagnie Saskpower en charge de son exploitation affirme que cette centrale à technologie CSC n’émet pratiquement pas de dioxyde de carbone. Le gaz est capté dans les fumées générées par la combustion avant que celles-ci ne s’échappent par les cheminées. La compagnie Saskpower revendique une réduction de ses émissions de CO2 de l’ordre d’un million de tonnes par an.

La centrale au charbon Boundary Dam de SaskPower, en 2008. Own work (Original text: I (Wtshymanski (talk)) created this work entirely by myself.)
 © Wtshymanski

La Chine, très active dans le secteur du « charbon propre », est à la pointe des avancées technologiques. Ces efforts sont reconnus par l’Agence internationale de l’énergie et par les entreprises, qui sont nombreuses à lancer des projets de développement dans le pays.

Le français Alstom a ainsi ouvert une usine de fabrication de chaudières pour centrales thermiques à Wuhan. Cette technologie contribue à augmenter de 50% le volume d’électricité produite avec une même quantité de charbon, réduisant donc d’autant les émissions de gaz à effet de serre. L’américain General Electric et le géant chinois Shenhua se sont associés pour travailler sur les techniques de gazéification du charbon et de capture du carbone.

La mise en place des technologies du « charbon propre » souffre de deux handicaps majeurs : un coût trop élevé et une surconsommation d’énergie. Une centrale dotée de technologies CSC est 75% plus chère qu’une centrale classique. De même, le prix du mégawatt d’électricité par heure 40 à 60% plus élevé pénalise les consommateurs tout comme le fournisseur.

Plusieurs projets ont été avortés pour cause de dépassement de budget, tels FutureGen et Kemper County Energy Facility, alors que des milliards de dollars ont été invertis. La centrale de Kemper dans le Mississipi, exploitée par la Southern Company, suscitait pourtant de grands espoirs. Le projet initié en 2010 devait prouver la viabilité du « charbon propre ». Il représentait le futur de la production électrique aux Etats-Unis.

La centrale de Kemper a été initialement construite pour mettre à l’épreuve le procédé de gazéification du charbon, en particulier du lignite. Les émissions de gaz à effet de serre devaient être réduites de 65%, ce qui aurait rendu l’exploitation du charbon aussi propre que celle gaz du naturel. Au final, le projet s’est soldé par un échec. Kemper a été transformée en centrale thermique au gaz naturel classique pour éviter plus de pertes.

Par ailleurs, les technologies CSC consomment énormément d’énergie. Entre 20 et 40% de l’électricité produite par une centrale alimente les unités de captage dont elle est équipée. Pour la centrale canadienne de Boundary Dam, un tiers de l’énergie qu’elle produit sert au captage du dioxyde de carbone. De plus, le transport du gaz comprimé jusqu’aux sites de stockages est lui aussi très complexe et gourmand en énergie.

Les technologies du « charbon propre » ne sont pas encore compétitives et manquent de soutien financier de la part des institutions gouvernementales. La Commission européenne, par exemple, ne suit pas l’évolution du secteur et sa demande grandissante en financement.

Pour encourager les industries à investir dans le « charbon propre », il faudrait une réforme du marché des émissions de CO2, avec l’instauration d’une taxe carbone pour punir les plus gros émetteurs de CO2, ou bien de directives sur le climat. De telles mesures sont encore absentes aux Etats-Unis, pourtant grand consommateur de charbon.

Risques environnementaux : santé, écosystèmes et climat

Le « charbon propre », au sens d’une centrale modernisée émettant moins de gaz à effet de serre ou au sens d’une centrale équipée en technologies CSC, est toujours plus polluant que les énergies renouvelables et le nucléaire. Son adoption encouragerait à poursuivre l’exploitation de cette énergie fossile, qui est polluante dès l’extraction.

Les mines de charbon polluent les rivières et l’air avec des poussières et des métaux lourds, tels le sélénium et le manganèse, qui sont toxiques. Ces particules sont responsables de nombreuses maladies, dont des des cancers du poumon, des maladies cardiaques, ou des maladies respiratoires comme l’asthme. Il va sans dire que les mines détruisent, littéralement, l’environnement. Dans les Appalaches par exemple, on ouvre des mines en faisant exploser le sommet des montagnes. Les débris rocheux sont déversés dans les vallées et les rivières alentours.

 

La mine de charbon à ciel ouvert de Hunter Valley, Nouvelle-Galles du Sud, Australie, en 2011. https://www.flickr.com/photos/beyondcoalandgas/9304143669
Credit: Max Phillips (Jeremy Buckingham MLC)

Si les centrales à « charbon propre » réduisent les émissions de dioxyde de carbone, elles ne les suppriment pas totalement. On parle souvent d’une réduction de l’ordre de 50%. D’autre part, les technologies CSC ne capturent en général que le carbone, mais pas les autres polluants et gaz à effet de serre.

Les risques de pollution de l’air existent toujours, avec des conséquences pour la santé ou encore pour l’environnement : pluies acides, pollution atmosphérique, etc. En 2014, la pollution émise par les centrales thermiques aurait provoqué plus de 7 500 décès prématurés, d’après l’organisation Clean Air Task Force.

Les techniques de piégeage et de séquestration du carbone soulèvent beaucoup d’autres inquiétudes. D’une part, la pratique consistant à réinjecter le CO2 dans des gisements de pétrole pour faciliter son extraction annule tout le bénéfice environnemental de ces technologies.

A défaut, on craint des fuites de dioxyde de carbone dans les sols, les eaux souterraines et en surface. Car les sites de stockage permanents sont effectivement des anciens gisements d’énergies fossiles, qui ont été parsemés de trous et de puits pour les besoins de leur exploitation.

De telles fuites peuvent altérer l’écosystème en surface, ou dans le sous-sol proche de la surface, et mettre en danger les plantes, les animaux et les hommes. Le dioxyde de carbone, stocké sous forme liquide, peut s’infiltrer dans les nappes d’eau souterraines, entraînant leur acidification. Des métaux lourds présents dans le sol, dégradés par l’acidité, peuvent également contaminer l’eau.

Des échappements gazeux en surface peuvent produire un véritable drame sanitaire, car le gaz est toxique, voire mortel. Pour preuve, en 1986, une bulle de dioxyde de carbone libérée après une éruption volcanique à Nyos, au Cameroun, a coûté la vie à 1 700 personnes et a tué des milliers d’animaux dans un rayon de 25 km.

Si le gaz venait à s’échapper en surface et entrer dans l’atmosphère, il participerait au changement climatique. Ce que les technologies du « charbon propre » prétendaient justement éviter. C’est pourquoi le GIEC, l’instance incontournable sur les questions climatiques, réclame une meilleure évaluation des impacts des techniques du « charbon propre ».

Une autre crainte concerne le mode de séquestration du dioxyde de carbone. Comme le gaz est stocké en couches géologiques profondes sous forme liquide, il peut potentiellement provoquer des séismes. Effectivement, d’après une étude de l’OFEN (Office fédérale de l’énergie suisse), le risque sismique est accru car le procédé bouleverse les conditions de pression. C’est arrivé dans plusieurs Etats américains après injection dans le sous-sol d’eaux usées issues de l’industrie pétrolière et de l’industrie du gaz.

Enfin, il faut s’interroger sur les risques des technologies CSC à long terme. Car tout l’enjeu pour limiter l’impact du charbon sur le climat consiste à piéger le dioxyde de carbone dans le sol sur un temps très long. La sûreté du stockage doit être garantie pour plusieurs siècles ! Cette responsabilité sera donc un legs aux générations futures.

Cette dernière problématique n’est pas sans rappeler le stockage controversé des déchets hautement radioactifs en couches géologiques profondes, dans le cadre du projet CIGEO. Pour ce site, on parle d’un engagement sur 100 000 ans.

Le « charbon propre » a-t-il vraiment sa place dans la transition énergétique ?

Les avis divergent. Pour certains écologistes, le charbon serait le prix à payer pour sortir du nucléaire, comme le fait l’Allemagne. Il serait aussi indispensable le temps que les pays préparent leur transition énergétique. Le monde dépend trop fortement du charbon, et des autres énergies fossiles, pour pouvoir s’en passer du jour au lendemain.

On estime que la transition énergétique pourrait prendre plusieurs décennies. Entre-temps, les technologies du « charbon propre » offrent la possibilité de diminuer l’impact de cette source d’énergie sur le climat. Sauf qu’elles ne se sont pas développées assez vite. Il faudrait que 130 projets de centrales à technologies CSC soient opérationnels en 2020 pour rentrer sous la barre des 2°C de réchauffement global prévu par les accords de Paris. Mais on est bien loin du compte…

Pour d’autres écologistes, au contraire, le « charbon propre » détourne les investisseurs des énergies renouvelables qui, on le rappelle, restent encore à développer, surtout au niveau du rendement. Ayant constaté que le « charbon propre » peine à se mettre en place et qu’il présente des risques pour l’environnement, Greenpeace a annoncé en 2008, dans un rapport intitulé « Faux espoir », que cette technologie, pour le moins douteuse, ne sera pas au point à temps pour sauver le climat.

https://www.flickr.com/photos/lmdo/5640303719
© Linh Do

Face aux alternatives plus écologiques, à savoir le gaz naturel et les énergies renouvelables, le charbon, tout propre qu’il soit, ne se justifie pas. Le gaz naturel a l’avantage d’être moins polluant et beaucoup moins cher que les technologies CSC.

Ainsi, la centrale thermique à charbon de Bouchain, en France, a été remplacée par une centrale au gaz naturel. Inaugurée en 2016 par EDF et General Electrics, cette centrale à technologie à cycle combiné au gaz (CGG) affiche un rendement de 62% pour 55% d’émissions de CO2 en moins.

Les Etats-Unis ont privilégié une autre alternative : le gaz de schiste. Depuis qu’ils se sont tournés vers cette source d’énergie, la part du charbon dans leur mix énergétique a fortement diminué. Mais l’exploitation du gaz de schiste est très controversée, notamment en raison des risques sismiques.

Finalement, l’avenir appartient aux énergies renouvelables, qui sont les plus à même de préserver notre climat. La recherche et le développement dans ce secteur vont bon train. Les énergies renouvelables sont en vogue, leur rendement augmente et leur prix baisse. Ces sources d’énergie seront donc bientôt plus attractives sur le marché que le charbon, ce qui facilitera la transition énergétique.

 

Floriane Boyer, rédactrice EVI.

 J’ai toujours été une fervente lectrice de fantasy et de science-fiction. J’aime explorer de nouveaux univers, peuplés de héros qui sauvent le monde. Et puis, en grandissant, j’ai compris que nous avions déjà un monde à sauver, bien réel celui-là, et que nous pouvions tous être des héros, à notre façon. Je suis fière de mettre ma plume au service de cette noble cause qu’est la protection de notre planète.

 

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