L'univers de la géologie

Histoire de la Terre et de la vie – Actualités géologiques

Energies et climat

Les inconvénients du charbon

Mine de charbon à ciel ouvert au Kosovo. @ Arian Selmani / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0.

Le charbon est une source d’énergie qui paraît inépuisable et que l’on pourra utiliser pendant au moins 150 ans. Pourtant, elle est extrêmement polluante et cause chaque année un grand nombre de décès. Elle est de plus un réel danger pour notre environnement. J’ai pourtant l’impression que le grand public n’est pas suffisamment informé des nuisances de la production et de la consommation du charbon, c’est pourquoi j’ai rédigé ce bref article. D’abord, il faut rappeler que le charbon résulte d’une accumulation de végétaux morts qui ne se sont pas décomposés à l’air libre. Il n’y a donc pas eu d’oxydation de la matière organique.

Chaque veine de charbon est une ancienne forêt. Son enfouissement a provoqué, par élévation de température, des transformations qui ont augmenté son taux de carbone. La houille en possède en moyenne 80 %. Les végétaux n’y sont normalement plus reconnaissables. Elle comporte des grains visibles au microscope qui jouent le même rôle que les minéraux des roches et qu’on appelle des macéraux. Ceux du groupe de la vitrinite sont composés de matériaux ligno-cellulosiques gélifiés. Dans l’exinite, on observe des spores et pollens, des cuticules, des écorces, des huiles végétales, des résines, etc. Il y a aussi en moyenne 15 % de particules minérales qui ne peuvent être brûlées : grains de quartz, argiles, phosphates ou carbonates. Ils se transforment en cendres libérées par la combustion du charbon. On y trouve de la silice, des oxydes d’aluminium et de fer. Dans les centrales thermiques, le charbon est broyé pour être réduit en une poudre qui est brûlée à 1 400 °C. La technique du « lit fluidisé » permet de réinjecter dans la chaudière des particules qui n’ont pas totalement brûlé et d’obtenir une combustion complète.

Exploitation du lignite en Allemagne. Alf van Beem, Wikimédia commons.

Accidents

On sait que l’extraction de charbon dans les mines est dangereuse. Ce que les mineurs craignent le plus est le coup de grisou : l’inflammation d’un gaz composé à plus de 93 % de méthane. Ce ne sont pas les flammes en elles-mêmes qui sont mortelles, mais la propagation d’une onde de pression à une vitesse pouvant atteindre 250 m/s et causer l’effondrement de galeries. En France, la plus grande catastrophe a été celle de Courrières, le 10 mars 1906. Elle a causé 1 099 morts. Son caractère dévastateur est surtout dû à un coup de poussier : l’inflammation de poussières de charbon soulevées par un coup de grisou. Des mesures ont été prises pour éviter ces tragédies mais des accidents ont continué à se produire. Même aux USA, durant la dernière décennie, l’extraction du charbon a causé entre 30 et 50 décès. Mais c’est en Chine et en Inde que le bilan est le plus lourd. Il est mal connu car l’exploitation sauvage de mines est un facteur d’accidents. On estime que dans le monde entier, il y aurait entre 10 000 et 15 000 morts par an. Mais les mineurs sont le plus souvent victimes d’affections respiratoires dont la silicose, due à l’inhalation de poussières de silice tels que des grains microscopiques de quartz. Elles seraient la cause d’environ 400 000 morts par an.

Particules fines et cendres

La combustion du charbon émet des gaz, des particules fines et des cendres. Le plus connu de ces gaz est le dioxyde de carbone CO₂, mais il y a aussi le monoxyde de carbone CO, le dioxyde de soufre SO₂ et les oxydes d’azote NOₓ. Les deux derniers sont toxiques à des concentrations dépassant les 400 à 500 microgrammes par mètre cube d’air. D’autres gaz, comme l’ozone O₃, résultent de la réaction secondaire des produits de combustion dans l’atmosphère. L’azote et le soufre sont des composants ordinaires de la matière organique, de même que le carbone. L’émission d’oxydes d’azote et de soufre par la combustion du charbon est donc inévitable. Il se trouve que le charbon comporte également une grande variété de métaux. Leur concentration est parfois telle qu’ils en deviennent exploitables. Des charbons du Pérou, par exemple, sont également des minerais d’argent et d’antimoine. Ces métaux se sont fixés dans la matière organique quand elle était enfouie.

Lors de la combustion du charbon, ces métaux sont incorporés dans les cendres et libérés avec elles, or certains sont connus pour leur toxicité : l’arsenic, le cadmium, le mercure ou le plomb. Ces cendres sont récupérées à la sortie des cheminées et une moitié d’entre elles est utilisée comme matériaux de construction. Elles présentent des ressemblances avec des cendres volcaniques appelées les pouzzolanes. La fraction non recyclée est stockée dans des terrils ou dans des bassins sous forme de boues. Mais ces poudres et ces boues sont riches en métaux et il existe des risques de fuite. En 2008 à Kingston dans le Tennessee, un bassin s’est rompu et a libéré dans l’environnement quatre millions de mètres cubes de boue ayant une forte teneur en arsenic. Des cendres fines échappent au filtrage et sont rejetées dans l’atmosphère. La combustion du charbon libère chaque année 1 470 tonnes de mercure.

Affleurement de charbon bitumineux du Permien sur la plage d’Austinmer en Nouvelle-Galles du Sud, Australie. Le marteau de géologue au manche bleu clair donne l’échelle. Les deux strates blanches intercalées sont des cendres volcaniques. @ Michael C. Rygel / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0.

Les particules, quelle que soit leur nature, sont classées en fonction de leur taille. On la mesure en micromètre. Les particules fines, notée PM2,5 (de l’anglais particulate matter), ont une taille inférieure à 2,5 micromètres. Elles sont susceptibles de pénétrer jusque dans les alvéoles de poumons et sont par conséquent dangereuses pour la santé. La combustion incomplète du charbon, ainsi que celle d’autres combustibles fossiles et de la végétation, est une source de particules fines. Elles constituent la suie. On y trouve des grains de carbone pur sous forme de graphite (carbone noir) et des grains de composés organiques.

Parmi les composés toxiques, figurent les dioxines et les furanes, les hydrocarbures aromatiques polycycliques HAP et les polychlorobenzodioxines. Il existe aussi des composés organiques volatils COV, qui peuvent exister à l’état gazeux. Le méthane est l’un d’eux. Les dioxines sont célèbres pour être responsables de la catastrophe de Seveso en 1976, mais on sait moins qu’elles résultent ordinairement de la combustion des végétaux, présentes dans tous les milieux en faible quantité. Le plus préoccupant des HAP est le benzo[a]pyrène, dont les propriétés cancérigènes ont été démontrées. Il faut relativiser : l’inhalation des HAP est surtout due au chauffage domestique et au tabagisme. Après tout, fumer une cigarette consiste à inhaler les produits de la combustion d’une plante. Quant aux COV, ils sont responsables de la formation d’ozone, un gaz qui nous protège des ultraviolets solaires quand il est dans la stratosphère mais qui est néfaste quand il est à basse altitude. Il affecte les muqueuses oculaires et respiratoires.

Pluies acides

Les oxydes de soufre et d’azote sont responsables de pluies acides. Elles ont fait dépérir des forêts de conifères en Europe centrale et orientale dans les années 1980. Les centrales thermiques à charbon ont été désignées comme les premières responsables, devant la consommation des hydrocarbures. Dans l’atmosphère, ces gaz sont oxydés en ions sulfate SO₄²⁻ et nitrate NO₃⁻. Ceux-ci sont solubilisés dans l’eau des nuages pour former de l’acide sulfurique H₂SO₄ et nitrique HNO₃. Les pluies acquièrent un pH aussi bas que 1,5 alors qu’il est normalement de 5,6. Toutefois, l’action des pluies dépend de la nature des sols. Leur acidité est neutralisée dans les régions calcaires. Les faunes et les flores des rivières et des lacs souffrent beaucoup plus que celles des forêts. Il existe des solutions, comme l’amélioration du filtrage des fumées, mais elles doivent être mises en œuvre par l’ensemble des pays, puisque les polluants sont transportés sur de longues distances par les vents. Les USA reçoivent des pluies acides provenant des centrales à charbon chinoises.

Forçage radiatif

Enfin, la combustion du charbon émet des gaz à effet de serre, dont le dioxyde de carbone. Les conséquences sur le climat de la Terre sont niées par les lobbies des énergies fossiles avec maints arguments. Ce faisant, ils passent sous silence les nuisances que je viens de présenter. La pollution due au charbon provoquerait 300 000 décès prématurés en Chine et 700 000 dans le monde. Sa combustion libère 35 % fois plus de CO₂ par kWh que celle du pétrole et le CO₂ contribue à 26 % de l’effet de serre (plus exactement au forçage radiatif) contre 60 % pour la vapeur d’eau. Je n’ai pas l’intention de reprendre ici tout le débat. Je rappelle seulement que l’effet de serre est un phénomène unanimement admis. Tous les gaz ayant plus de deux atomes par molécule y contribuent. Par ailleurs, le taux de CO₂ dans l’atmosphère, qui était de 280 ppm (0,002 8 %) avant l’ère industrielle, est passé à plus de 400 ppm. On pourrait logiquement s’attendre à ce que la température moyenne de la Terre ait elle aussi augmenté. Les détracteurs ne nient pas l’existence de ce réchauffement mais l’attribuent à d’autres causes, surtout à une variation de l’activité solaire. Pourtant, il n’est pas prouvé que cela puisse agir sur le climat. On peut également se demander si un réchauffement climatique est une mauvaise chose. La réponse est positive : il provoque une recrudescence des maladies dépendantes du climat comme le paludisme, la dengue et le chikungunya. Ces trois maladies sont transmises par des moustiques dont la chaleur favorise le développement. Et les deux premières sont mortelles.

Cet article fournit des informations complémentaires. Il y a notamment de nombreux chiffres que je n’ai pas donnés ici :

https://www.sauvonsleclimat.org/fr/presentation/etudes-scientifiques/3534-cout-sanitaire-de-lenergie#_ftn4

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