Le paysage changeant de l'énergie charbonnière dans une ère de énergies renouvelables

Le système énergétique mondial connaît une transformation fondamentale, à mesure que les sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire, éolienne et hydroélectrique, deviennent de plus en plus dominantes, le rôle des centrales au charbon, une fois le socle des économies industrielles remis en question comme jamais auparavant. Le charbon a toujours fourni une électricité de base fiable et expéditable à un coût relativement faible, alimentant la croissance économique dans le monde développé.

La domination historique de l'électricité au charbon

Pendant plus d'un siècle, le charbon était le moteur du secteur mondial de l'électricité. Pendant la Révolution industrielle, les moteurs à vapeur alimentés au charbon, les chemins de fer et les navires. Au milieu du XXe siècle, les grandes centrales au charbon étaient devenues la norme pour la production centralisée d'électricité aux États-Unis, en Europe et dans d'autres pays industrialisés. Au début des années 2000, le charbon représentait environ 40 % de la production mondiale d'électricité.

L'affaire de l'environnement et de la santé humaine contre le charbon

La combustion du charbon pour l'électricité est l'une des plus grandes sources d'émissions de dioxyde de carbone (CO2) à l'échelle mondiale, ce qui contribue à environ 30 % du CO2 total lié à l'énergie2. Selon l'Agence internationale de l'énergie , le charbon est la principale source d'augmentation de la température mondiale.Au-delà du CO2, les centrales au charbon émettent du dioxyde de soufre (SO2), des oxydes d'azote (NOx), des particules (PM) et des métaux lourds, y compris du mercure.Ces polluants causent des maladies respiratoires, des problèmes cardiovasculaires et des décès prématurés.Le fardeau sanitaire est énorme : une étude de 2023 dans La recherche environnementale a estimé que la pollution atmosphérique causée par l'énergie charbonnière entraîne des centaines de milliers de décès prématurés chaque année dans le monde.

L'augmentation inarrêtable des énergies renouvelables

Si les responsabilités environnementales du charbon sont connues depuis longtemps, c'est la réduction spectaculaire des coûts des énergies renouvelables qui a véritablement brisé la viabilité économique du charbon. Le coût de l'électricité (LCOE) à échelle électrique a diminué d'environ 85 % depuis 2010, tandis que les coûts de l'énergie éolienne à terre ont diminué de plus de 60 %. Dans la plupart des régions du monde, les nouvelles centrales solaires et éoliennes sont désormais moins coûteuses à construire et à exploiter que les nouvelles centrales au charbon, et dans de nombreux cas, moins chères que les centrales au charbon existantes sur une base marginale.

Le rôle de l'efficacité et du progrès technologique

Les systèmes de stockage d'énergie, les panneaux solaires bifacial, les rotors éoliens plus grands et plus efficaces, les batteries au lithium-ion et à débit avancés rendent les systèmes renouvelables plus productifs et plus résilients. Les opérateurs du réseau apprennent à gérer les pénétrations élevées des énergies renouvelables variables par une meilleure prévision, une meilleure gestion de la demande et une meilleure interconnexion.

Momentum politique et réglementaire

L'Accord de Paris sur les changements climatiques, signé par 196 parties, engage les pays à limiter le réchauffement de la planète à un niveau bien inférieur à 2°C, avec des efforts pour le maintenir à 1,5°C. Pour atteindre ces objectifs, il faut réduire considérablement et rapidement la production de charbon.De nombreuses économies développées, dont le Royaume-Uni, l'Allemagne, la France et le Canada, ont annoncé des échéances d'élimination progressive du charbon entre 2030 et 2038. Le système d'échange de quotas d'émission (SCE) de l'Union européenne impose un prix du carbone qui rend la production de charbon de plus en plus peu rentable. La Chine, le plus grand consommateur de charbon au monde, s'est engagée à plafonner les émissions de CO2 avant 2030 et à parvenir à la neutralité carbone d'ici 2060, ce qui implique une réduction significative de l'utilisation du charbon.

Les dimensions économiques et sociales de la transition

L'élimination progressive du charbon n'est pas seulement un défi technique ou réglementaire, mais aussi un grave problème économique et social. L'exploitation minière du charbon et les centrales au charbon fournissent des emplois directs à des millions de personnes dans le monde entier, et beaucoup d'autres emplois dépendent indirectement de la chaîne de valeur du charbon. Les communautés construites autour de l'extraction et de la production du charbon risquent d'être saccagées par la fermeture des mines et la retraite des centrales. La notion de « transition juste » a gagné en traction, exigeant des politiques qui soutiennent les travailleurs et les communautés touchées par le recyclage, les filets de sécurité sociale, les investissements dans les infrastructures et la diversification économique.

Le charbon dans les économies en développement: la sécurité énergétique par rapport aux objectifs climatiques

Dans des pays comme l'Inde, l'Indonésie et le Vietnam, le charbon demeure l'épine dorsale de la production d'électricité en raison de son faible coût, de sa disponibilité intérieure et de l'infrastructure existante.Ces pays doivent faire face à la difficile tâche de répondre à la demande d'électricité en croissance rapide tout en passant à des sources plus propres.Le financement des nouvelles centrales au charbon est en train de se dessècher, mais les installations existantes continuent de fonctionner.

Innovations technologiques : le charbon peut-il être nettoyé ?

La principale option est le captage et le stockage du carbone (SCC), qui consiste à prélever le CO2 des gaz d'échappement des centrales électriques et à le stocker sous terre dans des formations géologiques. Bien que le CSC ait été démontré à l'échelle de quelques installations, comme l'usine de barrage de Boundary au Canada et le projet Petra Nova au Texas, son déploiement généralisé se heurte à des obstacles importants. Les coûts demeurent élevés, ajoutant généralement de 50 à 100 % au coût de l'électricité à niveau. La disponibilité des sites de stockage, la responsabilité à long terme et l'acceptation par le public ne sont pas résolus. Le scénario de zéro émission nette de l'Agence internationale de l'énergie dépend du rôle joué par le CSC, mais le rythme de déploiement a été beaucoup plus lent que nécessaire.

Capture de carbone : potentiel et limites

Le projet de Petrona Nova, qui a permis de récupérer du CO2 d'une usine de charbon du Texas pour améliorer la récupération du pétrole, a été fermé en 2020 en raison de la faiblesse des prix du pétrole et des problèmes techniques, bien qu'il ait été relancé après des changements de propriétaire. Le projet Gorgon GNL en Australie, l'un des plus grands projets de CSC au monde, a constamment sous-performé ses objectifs d'injection.Les analystes du Carbon Brief notent que le CSC n'a pas répondu à plusieurs reprises aux attentes, et que de nombreux projets ont été annulés ou réduits à leur échelle. La technologie demeure controversée, certains groupes environnementaux faisant valoir qu'elle détourne l'attention et les ressources du passage nécessaire aux énergies renouvelables.

Réparer la flotte de charbon pour une nouvelle ère

Même à la sortie des centrales au charbon, leurs actifs physiques - terrains, réseaux, infrastructures de refroidissement et main-d'œuvre qualifiée - peuvent être précieux pour les projets d'énergie propre. Une tendance émergente est la conversion des centrales au charbon en gaz naturel, qui réduit les émissions de CO2 d'environ 50 % et fournit une énergie flexible qui complète les énergies renouvelables. Plus ambitieux, certains sites sont réaffectés à des exploitations photovoltaïques solaires, des installations de stockage de batteries, voire à de petits réacteurs modulaires nucléaires (RMR). L'interconnexion du réseau et la capacité de transmission des centrales au charbon existantes sont souvent bien adaptées aux pôles d'énergie renouvelables.

Condenseurs et services de grille synchrones

Une autre option consiste à convertir les unités de charbon retirées en condenseurs synchrones, des machines rotatives qui assurent l'inertie et le support de tension du réseau sans brûler de combustible, ce qui peut aider à maintenir la stabilité du réseau à mesure que des énergies renouvelables plus à base d'onduleurs se mettent en ligne.

Intégration du réseau et changement du rôle de la puissance de base

La gestion moderne du réseau évolue toutefois vers un système où la flexibilité, et non la capacité de charge de base, est la condition essentielle. Le solaire et le vent sont variables, mais leur production peut être prévue avec une précision accrue. Combinés au stockage de l'énergie (batteries à échelle d'utilité, hydro pompeux et stockage de longue durée émergent), à la réponse de la demande et au transport interrégional, les réseaux à dominante renouvelable peuvent maintenir la fiabilité sans charbon. L'opérateur de système indépendant de Californie (CAISO), par exemple, a fonctionné avec des périodes de pénétration renouvelable de plus de 60 % tout en gardant les lumières allumées. La clé est un portefeuille diversifié de technologies qui peuvent se développer rapidement. Les centrales au charbon, qui sont lentes à démarrer et à fonctionner le mieux à une production stable, sont mal adaptées à ce rôle flexible.

Perspectives régionales: Les perspectives de développement du charbon divergentes

L'avenir du charbon n'est pas uniforme dans le monde. En Europe et en Amérique du Nord, le charbon est en déclin structurel, avec de nombreuses centrales déjà retirées ou dont la fermeture est prévue. Le Royaume-Uni est passé de 40 % d'énergie charbonnière en 2012 à moins de 2 % en 2023 et prévoit de mettre fin à l'ensemble du charbon en 2024. En revanche, l'Asie, en particulier la Chine et l'Inde, représente environ 70 % de la consommation mondiale de charbon. La Chine exploite à elle seule plus de 1 000 GW de capacité charbonnière et continue de permettre de nouvelles centrales, bien que les taux d'utilisation diminuent en raison de la croissance des énergies renouvelables et du ralentissement économique.

Perspectives d'avenir: Scénarios du charbon dans un monde net-zéro

Les modèles de scénarios énergétiques de l'AIE, du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) et d'autres organismes montrent systématiquement que limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C nécessite une élimination quasi totale de l'énergie charbonnière non diminuée d'ici 2040 dans les pays de l'OCDE et d'ici 2050 dans le monde. Dans le scénario de l'AIE de l'émission nette zéro d'ici 2050, l'utilisation mondiale du charbon diminue d'environ 90 % par rapport aux niveaux de 2021 d'ici 2050. Pour ce faire, aucune nouvelle centrale au charbon ne peut être approuvée et les centrales existantes doivent être retirées tôt ou être modernisées avec le CSC à un rythme sans précédent.

L'importance des retraites anticipées et de l'absence de nouvelles pensions

Pour s'aligner sur les objectifs climatiques, la plupart des centrales au charbon existantes devront prendre leur retraite bien avant l'expiration de leur durée de vie technique, ce qui crée un risque important de défaillance des actifs pour les propriétaires et les investisseurs. Les campagnes telles que « No New Coal » et l'Alliance pour le charbon passé Powering, qui regroupe plus de 50 gouvernements nationaux et infranationaux, visent à mettre fin à de nouveaux projets de charbon et à accélérer les départs à la retraite.

Conclusion: Naviguer dans la fin de l'ère charbonnière

L'avenir des centrales au charbon dans un monde énergétique renouvelable n'est pas une histoire unique, mais un récit complexe et diversifié du déclin, de l'adaptation et de la transformation.Les impératifs environnementaux et sanitaires sont clairs : la combustion du charbon sans relâche est incompatible avec un climat stable et des communautés saines. L'argument économique du charbon s'est érodé de façon spectaculaire, les énergies renouvelables offrant maintenant des solutions de rechange moins chères, plus propres et de plus en plus fiables.Les cadres politiques et réglementaires se durcissent et les marchés financiers pénalisent l'exposition au charbon. Pourtant, la transition n'est pas sans friction. L'héritage du charbon est intégré dans les infrastructures, les moyens de subsistance et les systèmes politiques qui résistent au changement. Une transition juste exige une politique délibérée et compatissante pour soutenir les travailleurs et les communautés touchés.

Pour de plus amples informations sur les tendances et les politiques mondiales en matière de charbon, voir le Rapport de l'AIE sur le charbon 2023, le Sixième rapport d'évaluation de l'IPCC sur l'atténuation[ et le Powering Past Coal Alliance.