Houille - Définition

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.

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

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.

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. 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.

Production de Gaz par récupération

Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel dégazant naturellement des veines d'exploitations souterraines abandonnées. Ce gaz est naturellement poussé vers le haut par les remontées de nappe. Dans le nord de la France les installations de Méthamine et Gazonor le récupèrent (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 importante de méthane (gaz à effet de serre important) ne rejoignent l'atmosphère sans être brulées et transformées en CO₂.

Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés

Le charbon peut servir à la fabrication de produits chimiques et de carburant de synthèse, et cet usage pourrait s'intensifier.

Depuis 1931, on sait transformer du charbon en carburant grâce à sa liquéfication suivant divers procédés (notamment le procédé Fischer-Tropsch). Toutefois, cette production est restée marginale puisque les carburants dérivés du pétrole coûtaient beaucoup moins cher. En 2005, seule la société Sasol, en Afrique du Sud produisait des hydrocarbures en quantité industrielle selon ce procédé.

De même, on sait gazéifier le charbon et produire avec le gaz obtenu des produits pétrochimiques comme du méthanol, de l'ammoniac, de l'hydrogène, du propylène, mais on préfère utiliser le gaz naturel ou le pétrole.

Face à des approvisionnements en pétrole comme en gaz qui deviennent plus difficiles, nombre de pays recommencent à prendre ces filières de production au sérieux, et notamment les États-Unis et la Chine.

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. 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.

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 mourrait 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 affaissement minier, 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.