To this simple question, a mischievous mind would answer "certainly not", otherwise we wouldn't use it ! In the post-Fukushima era, one might even add that it is certainly less dangerous than nuclear energy to produce electricity (the dominant use of coal in the world), since our German neighbors, though considered as the security champions in the world, want to replace nuclear by coal, as the Japanese.
The same mischievous mind will notice that our favorite paper suspects there are casulaties everywhere as soon as there is thre suspicion of an alpha particle somewhere, but turning in operation a new coal fired power plant per week in China does not seem to be such an issue. Therefore coal must not be that dangerous ?
Unfortunately, it is not the last time reality is not exactely similar to what most people think, or to what occupies the most space in our favorite paper or radio. If we look carefully, coal is, by far, the most dangerous of all the energies we use on earth, no matter whether we look at sanitary or environmental impacts.
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Let's go mining
Coal is a rock. A burning rock, indeed, but still a rock. As all rocks, it has to be extracted from the Earth crust. Depending on where it lies in the underground, it wil lbe extracted by one of the following methods :
when the coal seam is far from the surface, an underground mine is the answer. It is then necessary to dig galleries to get to the coal. These galleries have to be propped up (which means using wood or steel structures to prevent the gallery roof to collapse), drained (mine galleries often cross aquifers or underground rivers, that will pour water into the mine, and this water has to be pumped out), aerated (to prevent miners from suffocating, and to prevent firedamp explosions), lit (otherwise nobody sees anything !), and taken care of in many other ways.
When coal is close to the surface, it is generally, for geological reasons, "young" coal, that is lignite (see formation of oil and coal). The best quality coal is also, in general, the one burried the deepest. This is why lignite is most commonly obtained with open pit mines, when hard coal - with the highest carbon content - is rather extracted through underground mines.
Lignite open pit mine, in Garzweiler, in the Cologne basin (Germany). The lignite is removed by a giant excavator, which then puts it on a conveyor belt that goes to a train terminal. The lignite is then brought by train to a power plant (generally not very far). |
Another lignite mine in Germany, in Hambach, in the Cologne Bay. |
When coal is extracted through an underground mine, a number of unpleasant things can happen :
All put together, how dangerous is coal extraction ? Well, the answer is not that easy to give. What is best known is the consequences of coal mining in occidental countries, with a good focus on accidents that killed more than 5 people. But the country that dominated coal production, in 2010, was China, with almost half of the world total, and roughly 5 million miners. In this country, reliable statistics are hard to obtain, particularly for accidents in small mines (that are mostly not ran by state companies), that cause "just" several deaths, but are by far the most numerous.
The table below, done by your humble servant, gives estimates of deaths per million tonnes, for several zones and several times in history.
| Country and time interval | Deaths by million tonnes | Source for the nbumber of deaths over the time period (sometimes in French !) |
| World except China and India, average 1958-1995 | 0,2 | Huguenard et al., 1996 : Catastrophes, de la stratégie d’intervention à la prise en charge médicale ; Elsevier |
| World except China, all accidents with more than 5 deaths, average 1960 - 2000 | 0,14 | Hirshberg S., 2004 : Accidents in the Energy Sector: Comparison of Damage Indicators and External costs.Workshop on Approaches to Comparative Risk Assessment,Warsaw, Poland, 20-22 October 2004 |
| Australia, years 2000 | 0,02 | Martin-Amouroux, J-M., 2008 : Charbon, les métamorphoses d’une industrie. Editions Technip |
| USA, years 2000 | 0,03 | Martin-Amouroux, J-M., 2008 : Charbon, les métamorphoses d’une industrie. Editions Technip |
| Southern Africa, years 2000 | 0,1 | Martin-Amouroux, J-M., 2008 : Charbon, les métamorphoses d’une industrie. Editions Technip |
| USA, average 1900 - 2000 | 1,8 | Epstein, P.R.et al., 2011 - Full cost accounting for the life cycle of coal in “Ecological Economics Reviews.” Robert Costanza, Karin Limburg & Ida Kubiszewski, Eds. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1219: 73–98 |
| China, recent years | 1 to 2 | Epstein, P.R.et al., op cit |
| China, recent years | 1,5 to 4 | Martin-Amouroux, J-M., 2008 : Charbon, les métamorphoses d’une industrie. Editions Technip |
On the basis of these figures, we can estimate that for China and India combined, that is 3.8 billion tonnes of coal produced in 2010, there has been about 7000 deaths in mines. Then we can count roughly 100 deaths in OECD countries. Then, depending on what happens in Indonesia, Ukraine, Russia, etc, We can add anything between 100 and 3000 deaths, depending on what basis we extrapolate. Overall, accidents in coal mines are probably responsible for something like 10,000 deaths per year.
As 66% of coal (that is 4.5 billion tonnes) will be burnt to produce 8000 TWh of electricity in the world (one TWh = one billion kWh), it means that each TWh coming from a coal fired power plant has caused 0,8 death from mining, in average.
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Tous sortis de la mine
Une fois sortis de la mine, nos braves mineurs ne sont hélas pas tirés d'affaire pour autant. En effet, pendant leur travail ils sont confrontés à l'inhalation chronique de tout un tas de substances pas spécialement sympathiques pour leurs poumons, qui provoquent à long terme (après 20 ans pour la principale d'entre elles) des maladies pulmonaires souvent mortelles, regroupées sous le nom de pneumoconiose.
Plus encore que pour les accidents de mine, il est difficile de disposer d'une évaluation fiable de la mortalité mondiale qui découle de ces maladies professionnelles, car il s'agit d'effets différés, donc qui surviennent pour partie à un moment où les mineurs ne sont plus en activité, ou plus en activité dans le domaine minier. Seuls des suivis de cohorte et des études épidémiologiques permettent d'y voir clair. Par exemple, une autopsie systématique conduite sur une cohorte de mineurs décédés aux USA, entre 1972 et 1996, a montré que 23% avaient une silicose pulmonaire (mais ils pouvaient être morts d'autre chose), et plus 50% une silicose des ganglions lympathiques. Mais les autopsies systématiques ne sont pas la règle partout ! En France, 34 000 morts par silicose ont été enregistrées de 1946 à 1987, ce qui, rapporté à la production de 1926 à 1967 (pour tenir compte de l'effet différé), représente environ 60 morts par million de tonnes extraites.
Comme les conditions d'exploitation des pays émergents sont assez similaires à celles des pays occidentaux au début du 20è siècle, l'effet de ces maladies professionnelles (essentiellement anthracose et silicose) doit s'y situer dans une fourchette de 50 à 100 morts par million de tonnes extraites, avec un effet différé de 20 ans environ. La production de charbon de 2010 - 7 milliards de tonnes environ - occasionnera ainsi à 250.000 à 500.000 morts prématurées "plus tard", au sein d'une population de mineurs de 10 millions de personnes environ cette année là.
A nouveau, ramenée à la production électrique correspondante, cela signifie qu'un TWh électrique au charbon est à l'origine, en moyenne mondiale, d'environ 20 morts différées de mineurs par silicose, anthracose, et autres bricoles sanitaires.
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Respire !
Qu'il s'agisse de production électrique, de chauffage, ou d'industrie, utiliser du charbon, c'est le faire brûler. A l'occasion de cette combustion, divers composés, soit présents dans le charbon, soit formés par la combustion, vont être libérés. La première partie de cette série concerne des composés qui ne sont pas propres à la combustion du charbon, mais qui ne sont pas non plus exclus en pareil cas !
Ensuite, on va trouver la libération de composés plus "exotiques", contenus dans le charbon, comme de l'arsenic, du fluor, du thallium, du sélénium, du plomb, du cadmium, du mercure, et encore quelques bricoles, dont... de l'uranium. Ces éléments forment des composés plus ou moins toxiques (chimiquement), pouvant causer des lésions des os, des dents, du système nerveux central, de la peau...
Lorsque l'utilisation du charbon est domestique (poëles), l'essentiel des dommages sanitaire vient du contact des habitants avec les fumées, ou de la contamination des aliments chauffés ou séchés avec la chaleur du poële. Et, comme les photos ci-dessous le montrent, le charbon peut ainsi engendrer des difformités... que d'aucuns petits malins pourraient faire passer pour des conséquences du nucléaire ! (car si j'avais écris que les deux malformations de droite sont dues à Tchernobyl, je suis sûr qu'une partie de la presse aurait acheté sur facture...).
Hyperkeratosis due to arsenic poisoning in China. Arsenic is disseminated in food and indoor air through coal combustion in domestic stoves. Source : Health Impacts of Coal, Robert B. Finkelman, US Geological Survey, 2003 |
Bone deformation due to chronic poisoning by fluorine - coming from coal - in China. Source : Health Impacts of Coal, Robert B. Finkelman, US Geological Survey, 2003 |
Combined effect of a lack of vitamin D and chronic poisoning by fluorine - coming from coal - on a Chinese child. Source : Health Impacts of Coal, Robert B. Finkelman, US Geological Survey, 2003 |
Dans le cas des centrales à charbon, qui mobilisent les deux tiers du charbon consommé sur terre, ces émanations sont le plus souvent à peu près correctement traitées par les divers dispositifs d'épuration, par contre il y a création d'un autre rejet significatif : des cendres. Quand on parle de cendres, il y a en fait deux catégories :
Une centrale à charbon ayant un rendement de 33% (ce qui est le rendement moyen des centrales à charbon dans le monde) va consommer environ 400 kg de charbon pour produire 1 MWh électrique. Avec 20% de cendres sur poids entrant, il sortira environ 80 kg de cendres. 1 TWh électrique (donc un million de MWh, ou un milliard de kWh) signifie donc 400.000 tonnes de charbon consommées, et 80.000 tonnes de cendres produites. Une centrale de 500 MW tournant "en base" (7000 heures dans l'année), et qui fournira 3,5 TWh électriques, va quant à elle :
Avec une centrale de 1 GW, soit l'équivalent d'un réacteur nucléaire, c'est le double ; avec un ensemble de centrales de 3 GW, soit l'équivalent de 2 EPR, c'est le quadruple. L'Allemagne, qui produit 300 TWh d'électricité au charbon (avant son abandon annoncé du nucléaire), dont un partie de lignite (avec une teneur en cendres plus élevées) produit donc environ 25 millions de tonnes de cendres par an (100.000 fois plus de poids que nos déchets nucléaires !), et envoie environ 30.000 tonnes de particules fines dans l'air.
Les cendres non volantes peuvent elles aussi être source d'inconvénients divers. Avant d'être éventuellement évacuées pour être utilisées comme matériau de remblai (ce qui est leur utilisation la plus fréquente), ces cendres sont généralement entreposées près des centrales sous forme de terrils, ou dans des bassins de rétention, et peuvent donner lieu, par lixiviation (action de l'eau qui entraîne les éléments solubles), à des pollutions locales plus ou moins gênantes. Il y a même eu, aux Etats Unis, un bassin de rétention qui contenait des boues formées par des cendres et de l'eau dont la digue a rompu, faisant des centaines de morts !
Mais ce sont les cendres volantes et les particules fines non arrêtées par les dispositifs de filtration (taille inférieure à 10 microns ; à titre de comparaison un cheveu a une épaisseur de plusieurs dizaines de microns), qui ont les effets sanitaires potentiellement les plus négatifs. Le tableau ci-dessous, issu d'une publication médicale, donne par exemple une évaluation de l'effet d'une augmentation du taux de particules fines (PM10) sur la mortalité immédiate.
| Zone | % of increase of mortality |
| Europe average | 0,60% |
| Cities with low NO2 concentrations | 0,19% |
| Cities with high NO2 concentrations | 0,80% |
| Cold climate | 0,29% |
| Hot climate | 0,82% |
Increase of mortality due to PM10 in Europe. The % represents the increase of mortality for each increase of 10 µg/m3 of PM10 in the ambiant air.. Source Katsouyanni et al., "Confounding and effect modification in the short term effects of ambient particles on total mortality: results from 29 European cities within the APHEA2 project". Epidemiology, vol.12(5):521-31.
Il est cependant toujours difficile de savoir de combien on a raccourci la vie d'un "mort" par pollution atmosphérique. A-t-il perdu une semaine d'espérance de vie, ou 20 ans ? Quoi qu'il en soit, si l'on met bout à bout tous les effets des diverses pollutions atmosphériques engendrées par les centrales à charbon, ces dernières restent, aux dires des médecins, la plus mauvaise idée pour produire de l'électricité, même en Europe, et même sans tenir compte du changement climatique.
Number of deaths by electrical TWh (and CO2 emissions per electrical kWh) for power generation in Europe. Future casualties linked to climate change are not taken into account. Profesional diseases of coal miners in Europe are significantly less frequent than in non-OECD countries. Source : Electricity generation and health, Anil Markandya &Paul Wilkinson, The Lancet, 2007; 370: 979–90. (NB : The Lancet est la revue de référence en médecine, un peu comme Science dans le domaine des sciences physiques). |
Les valeurs du graphique ci-dessus, qui sont reprises dans la synthèse effectuée par la Commission Européenne dans le cadre du programme ExternE, débouchent sur la conclusion que la production électrique au charbon allemande, soit 300 TWh, engendre environ 10.000 morts prématurées par an dans ce pays à cause de la pollution de l'air par les particules fines. Encore une fois, ans même parler du changement climatique ou de la dépendance énergétique, remplacer du nucléaire par du gaz ou du charbon est clairement augmenter la mortalité liée à la production électrique, et pas du tout la diminuer !
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Chauffe !
Enfin, last but not least, le charbon est à l'origine d'un quart des émissions mondiales de gaz à effet de serre, et est donc un contributeur majeur aux futurs morts du changement climatique, même si leur nombre est évidemment encore plus difficile à quantifier que pour les impacts qui précèdent.
Breakdown of world greenhouse gas emissions in 2004 by a mixture of energy and use. "Lime calcination" is the process done in cement production (lime is heated over 1000 °C, and the calcium carbonate molecules are broken in calcium oxide and CO2). One will notice that coal fired and gas fired power plants together account for almost a quarter of the world emissions. Therefore considering that "running on electricity" is pollution free is a debatable conclusion !
Author's compilation on CDIAC (lime calcination), Houghton et. al 2005 (déforestation), IPCC AR4, International Energy Agency, BP statistical review
Rappelons que quand on construit une centrale électrique on en prend normalement pour 40 ans d'émissions (durée de vie de la centrale), et nous devrions donc réfléchir d'un peu plus près avant de nous (re)mettre au charbon !
The above graph represents the world CO2 emissions that will derive from the use, to their end of life, of infrastructure already built in 2010. These include boilers of buildings (residential and commercial), industrial boilers, transportations means (planes, boats, cars and trucks), and power plants and refineries (the two last are in the category "primary energy"). The decrease of each area corresponds to the decommissioning, each year, of a fraction of the infrastructure existing in 2010. One can clearly see that the largest part of the emissions "commissioned for the future" come from the existing power plants. It is therefore in this sector that decisions taken today have the greatest impact for the future. Source : Davis et al., Science vol 329, 2010 |
Quand on met tout ce qui précède bout à bout, le charbon s'avère donc être, et de loin, la plus problématique des énergies que nous utilisons. Mais ce n'est clairement pas l'avis de bon nombre de militants dits environnementaux, puisqu'ils préfèrent supprimer du nucléaire pour le remplacer par du charbon. Cela conduit logiquement sur la question suivante : au fond, être antinucléaire, est-ce être écologiste, ou est-ce juste être... antinucléaire ?
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