Centrale au charbon dans la Nièvre à Lucenay-Cossaye ?

De l’utilité de la centrale

Tout le monde le sait aujourd’hui, les sources d’énergie sont la base même de l’économie et de l’équilibre mondial. Les graphiques ci-dessous illustrent la consommation mondiale en énergies primaires de 1965 à aujourd’hui pour la France et le monde. La demande en énergie croît sans cesse, notamment par l’augmentation de la population mondiale ou le développement des pays émergents. Face à cela, la production d’énergie est restreinte par des ressources souvent non renouvelables, aussi l’équilibre n’est pas toujours facile, d’autant qu’il s’agrémente souvent d’une sauce de géopolitique. Du coup, le prix des énergies ne cesse de grimper et certains gisements qui étaient jugés non rentables le deviennent très vite, comme c’est le cas aujourd’hui du gisement Nivernais.




Source: BP statistical review of the World Energy 2006

Le charbon, un mot, une énergie, qui font peur, mais qui pourtant occupe une part nécessaire dans la production d’énergie actuelle. Supprimer la part du charbon reviendrait à augmenter la part des autres énergies en compensation, notamment le pétrole. Les réserves d’or noir disparaîtraient alors encore plus rapidement menaçant le transport mondial d’une extinction précoce.


Le tableau suivant résume en quelques chiffres les caractéristiques du gisement :

Capacité du gisement Nivernais: 60 000 000 Tonnes
PCI (Energie par kg de charbon brûlé): 36 MJ/kg
Energie totale théorique: 2 160 000 000 000 MJ
Rendement de l’installation: 45%
Energie totale pratique: 1 101 600 000 000 MJ
Puissance de la centrale désirée: 1 000 MW=MJ/s
Temps d’utilisation correspondant (100% d’activité): 31 années
Consommation d’énergies primaires en 2005 en France: 260 MTEP
Consommation de charbon de ce gisement par an: 1,1 MTEP
Part du gisement dans la consommation française: 0,4%


Une centrale thermique classique, comment çà marche ?

Le principe général consiste à transformer l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique grâce à une turbine puis en énergie électrique via l’alternateur. On appelle fluide de travail le fluide qui va, par modification successives de ses propriétés thermodynamiques (température, pression, état), transporter et échanger l’énergie avec les différents organes nécessaires au fonctionnement de la centrale.
L’eau est généralement le fluide de travail et effectue un cycle fermé lors duquel elle reçoit l’énergie chimique sous forme de chaleur issue de la combustion du charbon pour la restituer sous forme de travail à la turbine et sous forme de chaleur à la rivière.


Plus précisément, l’eau à basse pression et basse température est en premier lieu compressée jusqu’à la haute pression par la pompe. Dans la chaudière, elle est d’abord chauffée jusqu’à température d’ébullition, puis vaporisée et enfin surchauffée pour atteindre sa température maximale, le tout à pression constante. La vapeur d’eau à forte pression entraîne alors la turbine jusqu’à retrouver son niveau basse pression. Puis elle traverse le condenseur qui soutire de la chaleur et la ramène à l’état d’eau liquide. Elle est donc de nouveau dans le même état qu’avant son entrée dans la pompe et peut refaire un cycle. L’arbre de la turbine est relié à celui du rotor de l’alternateur et à la pompe et permet ainsi leur rotation. Enfin, c’est l’eau de la rivière qui permet de retirer la chaleur au fluide de travail dans le condenseur


Centrale supercritique

Quand de l’eau bout dans une casserole sur notre cuisinière, on peut distinguer aisément l’eau liquide, qui reste dans la casserole, de l’eau vapeur, qui s’échappe de celle-ci. Or il est bon de rappeler que l’eau ne bout pas toujours à 100°C ; la température d’ébullition dépend en effet de la pression (principe de la cocotte minute). En étudiant l’eau en fonction de sa température et de sa pression (diagramme de phase), il est possible de distinguer une phase eau vapeur et une phase eau liquide jusqu’à une certaine limite appelée point critique, correspondant à une température de 374 °C et une pression de 221 bar. Au-delà, gaz et liquide forment un mélange fluide homogène.
Dans le cas de notre centrale, l’eau atteint une pression de 285 bar en sortie de pompe puis est chauffée à 600°C et évite ainsi la phase de vaporisation, ce qui permet de gagner de l’énergie. Comme les conditions de température et de pression sont au-delà ce celles du point critique, on qualifie ces centrales de supercritiques.

Rendement

L’énergie qui nous intéresse, ou l’énergie utile, est l’énergie électrique à la sortie de l’alternateur. Si l’on répartit l’énergie en pourcents de l’énergie théorique que l’on obtiendrait à l’issue d’une combustion parfaite du charbon, on constate ainsi que seulement environ 45% est récupérée sous forme de travail sur l’alternateur. 40 % de l’énergie est perdue sous forme de chaleur à la rivière, le reste étant des pertes dues à différents rendements (fonctionnement non isentropique de la turbine et de la pompe, pertes thermiques dans les conduites, frottements mécaniques…)


Les émissions

La composition précise des émissions dépend de la composition chimique du charbon. Le charbon est essentiellement composé de carbone auquel s’ajoutent les matières volatiles (essentiellement de l’hydrogène et du méthane), de l’eau, des hydrocarbures et des cendres. On peut classer les différents types de charbon selon l’âge du gisement (tourbe, lignite, houille), la composition brute étant variable d’un gisement à un autre. Lors de la combustion du charbon, ces différents composés vont réagir chimiquement avec l’oxygène de l’air.
Ainsi les émissions d’une centrale thermique au charbon sont composées essentiellement de gaz non toxiques : l’azote, la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone, qui est le principal produit de combustion. (Pour rappel, le CO2 est un gaz à effet de serre mais n’est pas dangereux pour la santé dans les concentrations où on le rencontre). S’ajoutent à cela des émissions secondaires, à savoir notamment les particules, les fumées, les poussières, les monoxydes de carbone (CO), les oxydes de soufre (SOx) et les oxydes d’azote (NOx) formés à partir de l’azote de l’air et du soufre contenu dans le charbon, et qui elles sont réputées dangereuses pour la santé, d’où une réglementation Européenne.
La majorité de ces composants se retrouvent aussi à la sortie des moteurs thermiques de nos voitures et c’est pour cela qu’il existe des systèmes de post-traitement des gaz d’échappement, les pots catalytiques ou les filtres à particules. Il en est de même pour les applications industrielles et des systèmes de dépollution sont mis en œuvre pour ces centrales avec des efficacités proches de 100% (Par exemple le procédé de réduction catalytique sélective pour les NOx, le filtrage électrostatique pour les fumées, le dry ou le wet scrubbing pour les SOx…).


Le problème du CO2

Les installations industrielles de type cimenteries, centrales électriques, raffineries,... sont responsables de plus de 60% des émissions mondiales de CO2. Pour réduire ces émissions, ou plutôt pour les « camoufler », le choix du captage puis stockage géologique est le plus prometteur. Il vise à récupérer le CO2 à la source (dans les fumées générées par les applications industrielles) et à l’injecter dans le sous-sol, par exemple dans d’anciens gisements déjà exploités. Le captage est réalisé par des procédés permettant de séparer le CO2 des autres constituants tels que l’azote ou la vapeur d'eau, ce qui nécessite un apport énergétique significatif et donc un coût élevé.
Des solutions aujourd’hui à l’étude pour réduire le coût de ce procédé et le rendre viable, notamment le Projet Castor coordonné par l’IFP (Institut Français du Pétrole).
Attention cependant lorsque l’on parle de diminution des émissions de CO2 de 20% pour les nouvelles centrales. En fait, une tonne de charbon va toujours générer plus ou moins les mêmes quantités de CO2 lors de sa combustion. Par contre, le travail que l’on récupère sur l’alternateur est plus important grâce à des rendements plus élevés donc si l’on raisonne à iso énergie récupérée, ces émissions sont en effet 20% meilleures.

Le réchauffement de la rivière

Comme expliqué ci-dessus, une forte proportion de l’énergie ne peut être récupérée sur la turbine. Elle est perdue sous forme de la chaleur qui est transférée à la rivière. Il s’ensuit une élévation locale de la température de l’eau.
On obtient l’élévation de température par la relation DeltaT=Q/(m*Cp)
Q : chaleur à céder en Joules, 40% de la puissance d’installation de 1000 MW, soit 400 MW
m : débit de la rivière en kg/s, par exemple 20 m3/s
Cp : capacité calorifique de l’eau, 4190 J/K/kg
On obtient une différence de température inférieure à 5°C.
Si cette pollution thermique est trop importante, on peut bien sûr laisser se refroidir naturellement l’eau avec l’air ambiant avant de la faire reprendre le cours de son lit. Donc, le réchauffement de la rivière n'est pas un problème pour l'écosystème s'il est bien étudié.


La Cogénération

La cogénération consiste tout simplement à utiliser la chaleur normalement cédée à la rivière pour une autre application. Le principal problème est qu’il est difficile de transporter de la chaleur brute sur de longues distances. Il faut donc qu’une entreprise ou toute autre installation (serres…) qui pourraient utiliser cette source de chaleur s’installe à proximité de la centrale.

Conclusion

Ne précipitons pas les choses. Si ce gisement est rentable maintenant, il le sera encore davantage demain. Dans un contexte de prise de conscience d’économies d’énergie, de réchauffement climatique et de développement durable, il convient d’apporter à ce projet les solutions dont il a besoin pour satisfaire tout le monde, c’est-à-dire trouver une application pour la cogénération et trouver une solution pour le stockage du CO2.
Pourquoi ne pas réfléchir aussi à l’utilisation de la biomasse comme combustible complémentaire du charbon (co-combustion). ?
Pourquoi somme toute ne pas faire de se projet une vitrine technologique, montrer l’exemple et par là même l’engagement de la France dans le combat contre le réchauffement climatique ? Certes, pour le moment les technologies ne sont pas encore toutes au point et l’investissement serait actuellement trop important mais on a déjà attendu 20 ans alors pourquoi pas quelques années de plus avant de l’exploiter : le plus grand gisement de France, il ne va pas s’envoler !

Si la Nièvre pouvait éviter d'être la poubelle du reste de la France...

D'autres projets sont en étude notamment le site d'enfouissement de Rémilly.

Et encore d'autres ont été évités de justesse (notamment la porcherie aux alentours de Saint Benin d'Azy.

L'exposé est très intéressant.

Mais je me pose la question des conditions de travail des personnes dans la centrale...

Et l'on parle de 1000 emplois créés à terme. Peut-être mais avec quelles contrepartie pour les nivernais?

Je n'arrive vraiment pas à trouver de positif dans cette centrale, vraiment.