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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Troisième partie. Les énergies fossiles

5. Filière charbon : estimation des ressources et valorisation

Geneviève Bessereau et Alain-Yves Huc

Texte intégral

1Le charbon est le combustible fossile le plus anciennement utilisé. À l’heure actuelle, il est encore la deuxième source d’énergie primaire* dans le monde, derrière le pétrole mais devant le gaz naturel. L’Agence internationale de l’Énergie estime que sa consommation devrait croître de près de 2 % par an d’ici 2030 où il devrait répondre à 29 % des besoins mondiaux contre 27 % aujourd’hui. Une telle poussée du charbon sur la scène énergétique mondiale s’explique d’abord par son utilisation massive dans les pays en plein essor économique, qui représente 97 % de cet accroissement. Un paradoxe dans le contexte actuel de réduction des émissions de gaz à effet de serre quand on sait que la combustion du charbon émet 1,3 fois plus de CO2 que le pétrole et 1,7 fois plus que le gaz. La solution passe par le développement de technologies permettant de capter le CO2 lors de la combustion du charbon puis de le transporter et de l’injecter dans un site de stockage. Un effort de recherche considérable est actuellement consenti dans ces domaines, notamment en Europe.

Les différents types de charbon

2Le charbon est une ressource naturelle complexe, résultant de l’interaction de très nombreux facteurs intervenant lors de son dépôt et de sa transformation (cf. III.1). Le contenu énergétique d’un charbon et son domaine de valorisation dépendent de tous ces facteurs. Si la teneur en cendres, la présence de soufre ou celle d’éléments en trace ont un impact sur ces deux critères d’usage, c’est le degré de maturation thermique naturelle ou «  rang » qui est systématiquement mis en avant. On définit, par rang croissant : les lignites, de faible pouvoir calorifique* (de 5,5 à 14,3 MJ/kg) dont l’usage est restreint à la production d’électricité et qui représentent 17 % des réserves mondiales ; les charbons subbitumineux (de 8,3 à 25 MJ/kg) et les charbons bitumineux (de 18,8 à 29,3 MJ/kg), tous deux adaptés à la production d’électricité ou de coke* pour hauts fourneaux et à la filière CTL (Coal To Liquids) et qui représentent 82 % des réserves mondiales ; et les anthracites, à fort pouvoir calorifique (30 MJ/kg), utilisées à des fins domestiques et industrielles, et qui ne représentent que 1 % des réserves mondiales. Plus des trois quarts de la demande en charbon proviennent des centrales électriques et des cimenteries où il est utilisé comme combustible. Il est par ailleurs indispensable dans l’industrie sidérurgique (il faut 600 kg de coke pour faire 1 tonne d’acier) et est à l’origine de sous-produits (« carbo-chimie ») utilisés dans l’industrie pharmaceutique, l’industrie des colorants, les plastiques et les produits de synthèse (textiles, engrais...). Enfin, il est également utilisé dans certains pays pour la consommation domestique (chauffage, cuisson des aliments).

Fig. 1 – Les différents types de charbon. Source : World Coal Institute, modifié IFPEN

3La production de carburants liquides à partir de charbon est une voie en développement. Le Coal to Liquids fait appel à deux procédés de liquéfaction différents, tous deux remontant aux années 1920 : la voie directe et la voie indirecte. La voie directe consiste en une application de procédés spécifiques d’hydrogénation. Sa mise en œuvre vise à enrichir le charbon en hydrogène. La voie indirecte consiste, dans un premier temps, à transformer le charbon en gaz de synthèse (mélange H2 + CO) ; et dans un second temps à faire réagir ce mélange gazeux en présence d’un catalyseur* approprié (procédé « Fischer-Tropsch ») pour former des hydrocarbures liquides. Ce procédé permet d’utiliser tous les types de charbon y compris les lignites et même la biomasse, alors que la voie directe se limite aux charbons de types bitumineux et subbitumineux (qui représentent à environ 80 % des réserves actuelles). Cependant les perspectives du CTL sont limitées pour le moment par un rendement énergétique relativement faible face au niveau des investissements nécessaires.

4Autre technique d’exploitation, le Coalbed Methane (CBM) ou «  gaz de charbon » connaît un intérêt croissant dans de nombreuses régions du monde. Sous ce nom on désigne le méthane récupéré à partir du charbon, soit en forant directement les couches de charbon souterraines non exploitées, soit en le drainant dans les mines de charbon existantes. On parle alors de Coal Mine Methane (CMM), qui est le grisou bien connu des mineurs. Il permet de contribuer à l’approvisionnement en gaz naturel des pays charbonniers et ainsi de limiter leur dépendance gazière.

5Autre voie de production, la gazéification in situ, c’est-à-dire souterraine du charbon. Elle consiste à provoquer une combustion partielle du charbon en place, essentiellement du CO et de l’H2 utilisables comme sources d’énergie ou comme bases pour la fabrication de carburants. Un de ses atouts réside dans le fait qu’elle permettrait d’exploiter des veines de charbon actuellement inaccessibles techniquement ou économiquement. L’idée remonte au milieu du xixe siècle avec une mise en application dès le début du XXe siècle, mais une seule unité industrielle fonctionne encore actuellement, en Ouzbékistan. Toutefois, depuis une vingtaine d’années, l’intérêt pour cette technique se manifeste à nouveau clairement.

Ressources et réserves

6Parmi tous les chiffres qui peuvent être publiés il est fondamental de distinguer ce qui est « ressources » de ce qui est « réserves ». Suivant les définitions du World Energy Council, les ressources correspondent aux volumes de charbon encore en place à une époque donnée et considérées comme techniquement extractibles. Les réserves sont la part des ressources économiquement exploitables à une date donnée. Les ressources mondiales en charbon pourraient dépasser 1 000 milliards de tonnes (Gt) en ressources prouvées auxquelles on pourrait ajouter 1 770 Gt de ressources additionnelles estimées – mais ces chiffres sont à prendre avec précaution car les données sont souvent peu fiables. On préfère utiliser les réserves, pour lesquelles la situation est moins critique car on dispose des données provenant de plus de 70 pays. Les réserves prouvées à fin 2011 sont estimées à 861 Gt, ce qui représente environ 112 années de production au rythme actuel, soit environ 2 fois plus que le pétrole ou le gaz. Le département de l’Énergie américain (DOE) considère actuellement que ces chiffres pourraient être sensiblement augmentés par l’utilisation de la gazéification in situ.

Fig. 2 – Répartition des réserves mondiales en % en 2011 ; total des réserves : 861 Gt

7Par rapport aux autres combustibles fossiles, les réserves de charbon sont plus également réparties à la surface du globe. Elles se répartissent en trois tiers à peu près égaux entre l’Amérique du Nord, l’Eurasie et l’Asie-Océanie. Cinq pays représentent à eux seuls 75 % des réserves totales : les États-Unis (27,6 %), la Russie (18, 2 %), la Chine (13,3 %), l’Australie (8,9 %) et l’Inde (7,1 %). L’Europe totalise 8,6 % des réserves. La France a fermé sa dernière mine en 2004 et n’apparaît donc plus dans aucune statistique.

8Il est difficile de quantifier l’avenir du charbon. À son niveau actuel de consommation, les réserves de la Chine seront épuisées dans une trentaine d’années. A contrario, les États-Unis disposeraient de 240 ans au regard de leur consommation actuelle, l’Inde d’une centaine d’années, l’Australie de 184 ans, l’Afrique du Sud de 118 ans et la Russie de 470 ans ! Mais il ne faut pas oublier qu’il s’agit de projections calculées sur la base de la production actuelle, qui ne tiennent pas compte des évolutions futures et notamment de l’impact grandissant des contraintes environnementales sur l’utilisation de cette matière première.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Les différents types de charbon. Source : World Coal Institute, modifié IFPEN
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10965/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 430k
Légende Fig. 2 – Répartition des réserves mondiales en % en 2011 ; total des réserves : 861 Gt
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10965/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 29k

Auteurs

Ingénieur de Recherche, IFP Énergies nouvelles Géologie-Géochimie-Géophysique, Rueil-Malmaison.
genevieve.bessereau@ifpen.fr

Géologue, Géochimiste, Directeur Expert, IFP Énergies nouvelles, Rueil-Malmaison.
alain-yves.huc@ifpen.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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