Houille

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Voir « houille » sur le Wiktionnaire.

La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.

Utilisé depuis le XI^e siècle, l'extraction de ce combustible dans les mines a rendu possible la révolution industrielle au XIX^e siècle. Pendant des décennies, la houille constitua la principale source d'énergie ; aussi son nom fut décliné pour désigner des énergies naturelles potentiellement utilisables pour les besoins industriels :

• houille blanche pour l'énergie hydroélectrique des cours d'eau (moulin à eau, par exemple) ;
• houille bleue pour l'énergie marémotrice, des vagues et des courants marins ;
• houille verte pour l'énergie fournie par la biomasse (biocarburant et bois-énergie) ;
• houille d'or pour l'énergie solaire.

[modifier] Caractérisation de la houille

La houille est une qualité spécifique de charbon, terme générique qui recouvre trois catégories de combustibles solides de même origine (kérogène), mais dont les gisements sont à différents stades de transformation : la tourbe, le lignite et enfin la houille, dont l'anthracite est une variété de qualité supérieure.

Pour les besoins industriels et domestiques, un charbon se caractérise par :

• sa teneur en matières volatiles (MV) exprimée en pourcentage par rapport à la masse totale. Celles-ci sont constituées principalement de méthane et d'hydrogène ; sous l'effet d'une élévation de température, les matières volatiles se dégagent du combustible, s'enflamment facilement, et accélèrent la combustion.
• son pouvoir calorifique (exprimé en kJ/kg), quantité de chaleur fournie par la combustion d'un kg de charbon.
• sa teneur en eau exprimée en pourcentage.
• sa teneur en cendres exprimée en pourcentage. Les cendres sont les résidus solides de la combustion du charbon, et peuvent contenir des polluants, métalliques notamment, voire un peu de métaux radioactifs.
• sa teneur en soufre exprimée en pourcentage ; la présence de dioxyde de soufre dans les fumées de combustion contribue à la pollution de l'environnement.

Comparaison de 5 types de houille avec le lignite, et la tourbe

[modifier] Utilisations de la houille

L'exploitation souterraine ou à ciel ouvert du charbon (ici à Bielszowice, en Pologne) a toujours des impacts sur le paysage, l'environnement et la santé. Le charbon est aussi une source de CO₂, gaz à effet de serre, de même que le méthane qui dégaze des veines à l'air libre sous forme de grisou ou de gaz très dilué

La houille est surtout utilisée actuellement :

• dans les centrales thermiques utilisées pour la production d'électricité ou le chauffage urbain ;
• dans la sidérurgie, essentiellement pour la fabrication du coke utilisé dans les hauts-fourneaux ; entre 600 et 700 kg de charbon sont nécessaires pour produire une tonne d'acier.
• il est à noter que le chauffage individuel au charbon est en recul par rapport à d'autres sources d'énergie.

[modifier] Production d'électricité

L'utilisation du charbon dans les centrales thermiques est très importante ; ces centrales fournissent 40 % de la production mondiale d'électricité, la moitié aux États-Unis et en Allemagne. Longtemps considéré comme dépassé, l'intérêt du charbon revient quand les besoins énergétiques atteignent les capacités maximales de production de pétrole ou de gaz naturel, renchérissant leur coût. L'utilisation du charbon, notamment dans les centrales électriques, a fait et continue à faire des progrès énormes en matière de réduction des émissions de polluants tels que le soufre, les oxydes d'azote et les particules fines. Par contre rien ou presque n'a changé en matière d'émission de gaz à effet de serre. Une centrale au charbon actuelle émet sensiblement moins de CO₂ par kilowatt-heure produit qu'une ancienne (du fait du meilleur rendement) mais deux fois plus qu'une centrale au gaz. Le retour du charbon sera donc (et est déjà) un désastre en matière de réchauffement climatique. La séquestration du CO₂ apparaît comme une solution intéressante, mais elle ne sera pas disponible à grande échelle avant de nombreuses années.

États-Unis

Ainsi, les États-Unis n'avaient construit qu'une poignée de nouvelles centrales électriques au charbon au cours des années 1990, les compagnies électriques préférant construire des centrales à gaz. Maintenant que le prix du gaz augmente et devient extrêmement instable, du fait du déclin de la production américaine, une centaine de nouvelles centrales à charbon sont en projet, pour un total de quelques 60 gigawatts, sur la période 2005-2013.Mais ils se heurtent le plus souvent aux refus des populations proches et des autorités locales. C'est toutefois peu en comparaison avec la Chine. La recherche s'oriente vers une utilisation plus écologique du charbon et vers le production de carburants de synthèse fabriqués à partir du charbon. En 2003, le Département américain de l'énergie a en outre lancé le programme de recherche FutureGen, afin de répondre aux exigences environnementales^[1].

Chine

En 2003, la République populaire de Chine produit 79% de son électricité à partir du charbon^[2]. Pékin prévoit d'ajouter environ 70 nouvelles centrales à charbon par an ; en 2006, cinq centrales à charbon étaient construites par semaine^[3]. Ce pays devrait devenir le plus gros émetteur de dioxyde de carbone d'ici à 2009^[4]. En effet, la plupart des centrales électriques thermiques sont vétustes et très polluantes, car elles fonctionnent grâce à la technique de pulvérisation du charbon. En 2007, la Chine possède 13 % des réserves mondiales de charbon soit 118 milliards de tonnes^[5]. Les plus importantes entreprises charbonnières sont Shenhua Group et Yankuang.

[modifier] Production de gaz par récupération du grisou

Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel minier (dit « grisou ») dégazant naturellement des veines d'exploitations souterraines abandonnées. Ce gaz est naturellement poussé vers le haut par les remontées de nappe, suite à l'arrêt des pompages. Dans le nord de la France les installations de Méthamine et Gazonor récupèrent ce grisou (sauf dans les extrémités est et ouest du bassin minier) et le réinjectent dans le réseau de Gaz de France. C'est aussi un moyen de faire en sorte que des quantités importantes de méthane (gaz à effet de serre important) ne rejoignent l'atmosphère sans être brûlées et transformées en CO₂.

[modifier] Gazéification et liquéfaction du charbon

Vieux synthétique essence-usine (Hydrierwerke Pölitz – Aktiengesellschaft) - ruine à Police (Pologne)

Des procédés permettent de convertir le charbon en gaz ou en hydrocarbures liquides.

La gazéification du charbon consiste, avec un apport d’oxygène, à transformer le charbon en gaz composé de monoxyde de carbone et d’hydrogène, appelé gaz de synthèse ou « syngas ». Ce mélange est en général brûlé pour produire de l’électricité comme dans les centrales de type IGCC. Il peut également être converti en hydrocarbures liquides comme indiqué dans la suite.

La liquéfaction du charbon, plus connue sous le terme anglo-saxon « Coal-To-Liquids » ou « CTL » consiste en la conversion du charbon en hydrocarbures liquides comme les carburants ou des produits de la pétrochimie.

Deux familles de procédés existent :

• La voie directe consiste en la dissolution de charbon pulvérisé dans le fluide qui tourne en boucle en présence d’hydrogène. Le produit est alors traité et purifié pour l’obtention de naphta et de diesel.
• La voie indirecte consiste, dans un premier temps, à gazéifier le charbon. Le gaz obtenu est un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène. Deux techniques permettent de le convertir en hydrocarbures liquides : le procédé Fischer-Tropsch, polymérisation en présence de catalyseurs, et la conversion en méthanol, intermédiaire classique du raffinage et de la pétrochimie.

Les deux voies ont été inventées en Allemagne. La voie directe par Friedrich Bergius en 1913, la voie indirecte par Franz Fischer and Hans Tropsch en 1923. Ces deux procédés ont été appliqués industriellement en Allemagne, notamment pendant la seconde guerre mondiale.

Le pétrole bon marché a ensuite remplacé le charbon comme matière première.

Après les chocs pétroliers des années 70, le CTL a connu un regain d’intérêt, qui a conduit à la création d'unités pilotes notamment aux États-Unis et au Japon. Le niveau du prix du pétrole dans les années 90 a provoqué un ralentissement de ces efforts.

L’Afrique du Sud cependant a développé plusieurs unités. Sasol produit aujourd'hui à partir du charbon environ 30% de la consommation en hydrocarbures liquides du pays, par la voie indirecte et la synthèse Fischer-Tropsch.

En 2008, le chinois Shenhua démarrera sa première unité de liquéfaction du charbon, celle-ci avec un procédé direct.

Le CTL est fortement producteur de gaz carbonique. D’important travaux portent sur la réduction de cette production et la séquestration du CO2.

Les enjeux économiques du CTL sont considérables. Le coût d’une unité industrielle est de plusieurs milliards d’euros. L’indicateur économique du coût de revient d'une unité est le « prix équivalent de pétrole brut », dont les valeurs disponibles dans la littérature sont extrêmement variables.

L’enjeu essentiel du CTL est géostratégique. Nombreux en effet sont les pays riches en charbon et relativement pauvres en pétrole, comme les trois géants que sont les États-Unis, la Chine et l’Inde. C’est dans ces pays que l’on trouve l’essentiel de la trentaine de projets à l’étude en 2008.

Le prix international de la Liquéfaction du charbon (World CTL Award) sera remis, pour l’année 2008, au Dr Sadao Wasaka, du NEDO (Japon), en conclusion de la conférence World CTL 2008.

[modifier] Exploitation de la houille

Jusque vers l'an 2000, la production mondiale de houille était globalement relativement stable, en augmentation dans les pays en développement, mais en diminution dans les pays occidentaux riches en raison de son caractère polluant et moins pratique que les carburants gazeux ou liquides, ou en raison de l'épuisement des ressources. Le bassin minier du Nord-Pas-de-Calais a exploité, de 1850 à 1990, la partie occidentale d'un filon charbonnier s'étirant de la France à la Belgique et à l'Allemagne. Néanmoins, ces dernières années, la production a fortement augmenté, principalement sous l'impulsion de la Chine, qui représentait 45% de la production en 2005, contre 19% en 1990.

Production :

• 3564 millions de tonnes en 1990 (houille seulement) ;
• 3650 millions de tonnes en 2000 ;
• 4973 millions de tonnes en 2005, plus 900 Mt de lignite.

Voici les huit premiers pays producteurs de charbon en 2005, selon l'Agence Internationale de l'Energie, la production incluant charbon "noir" et lignite :

Contrairement au pétrole, le charbon est majoritairement consommé dans le pays qui le produisent, quelques 15% de la production mondiale, seulement, sont exportés. Les premiers sont l'Australie (231 Mt), l'Indonésie, la Russie et l'Afrique du Sud. Les exportations chinoises ont diminué ces dernières années, la production, malgré une hausse de 50% en trois ans, ne parvenant pas à maintenir le rythme de la gigantesque demande des centrales électriques chinoises.

[modifier] Santé

Outre que les risques d'accidents (effondrements et coups de grisou) restent important dans les mines de charbon, l'exposition chronique à poussière de houille et au radon dans les mines ou à leurs abords est un facteur de silicose et de risque de cancer du poumon, retenu par les tableaux de maladies professionnelles. Les mineurs utilisaient autrefois un canari en cage, qui quand il mourait donnait le signal d'une remontée urgente en raison du manque d'oxygène ou d'une surabondance de CO₂ et/ou CO.

En aval, les fumées issues de la combustion de la houille sont également acides et polluantes, contenant notamment des traces de vapeur de mercure et de quelque métaux lourds et/ou radioactifs dans certains charbons. Les cendres de centrales thermiques au charbon sont également parfois chargées en métaux lourds, avec des traces, parfois significatives de radioactivité, de HAP ou d'autres polluants. Ces cendres souvent accumulées sur plusieurs mètres de hauteur sur des crassiers sont pour partie emportées par le vent ou la pluie. on les utilise parfois comme fond de couche routière, matériaux de remblai ou de construction au risque de polluer la nappe.

Le radon peut continuer à dégazer dans les mines ou le sol fracturé par des affaissements miniers, longtemps après la fin de l'exploitation.

Le charbon a, dès le XIX^e siècle été associé à des activités industrielles lourdes et très polluantes, dont la carbochimie et la métallurgie, souvent en bordure de fleuve, canal ou sur le littoral pour des raisons de transport. Des séquelles environnementales persistent longtemps après l'arrêt de ces activités, avec des impacts graves sur la santé. Par exemple dans le bassin minier du nord de la France, la durée moyenne de vie était de dix ans inférieure à la moyenne nationale, et elle restait de cinq ans inférieure dans les années 1980-1990.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Notes

[modifier] Bibliographie

• "Charbon propre : mythe ou réalité ?.- par la Délégation interministérielle au développement durable. Paris, 2006 : ministère de l'écologie et du développement durable, 2006. - 119p. N° 11464.

[modifier] Liens internes

• Affaissement minier ;
• Carbone fossile ;
• Catastrophe minière & industrielles
• Code minier ;
• Mine (gisement) et mines en France ;
• Pétrole ;
• Contenu CO2 ;

[modifier] Liens externes

• European Association for Coal and Lignite
• Une brusque fin du charbon vers 2050 ?
• Les derniers mineurs de charbon en France ;
• Usage médical du charbon.
• Le charbon liquéfié.

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