Dossier - Gestion des déchets

Charbon ou nucléaire : concentrer ou diluer les déchets ?

par Jean-Jacques Ingremeau - Science et pseudo-sciences n°324, avril / juin 2018

Nicolas Hulot, ministre de la Transition écologique, a récemment annoncé repousser l’objectif de descendre à 50 % la part d’électricité d’origine nucléaire dans le mix électrique français. Sur la base d’une étude du gestionnaire du réseau électrique RTE [1], il privilégie la fermeture des dernières centrales à charbon et la non-ouverture de nouvelles centrales thermiques, au fait de fermer des réacteurs nucléaires.

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Werk Ludwigshafen, Robert Friedrich Stieler (1847-1908)

Cette décision est l’occasion de revenir sur une comparaison des déchets et rejets issus de ces deux modes de production d’électricité. Cette comparaison est intéressante, car le charbon est la première source d’électricité dans le monde (39 % selon l’Agence internationale de l’énergie, ou AIE, en 2015 [2]). Au niveau européen, il représente 26 % de la production d’électricité et plus de 44 % pour l’Allemagne. Aux États-Unis, 34 % de l’électricité provient du charbon, et c’est plus de 70 % en Chine [2]. À l’échelle mondiale, les déchets issus de la production d’électricité sont avant tout ceux provenant du charbon, à l’exception de la France où les trois quarts de l’électricité sont d’origine nucléaire.

Énergie concentrée, déchet concentré

La contestation

du projet Cigéo

Le projet de stockage profond des déchets radioactifs français dans la Meuse, nommé Cigéo, fait actuellement l’objet d’une opposition militante importante. Ces opposants réclament l’arrêt du projet, et l’arrêt du nucléaire en général. Indépendamment de la question des choix énergétiques français, se pose dans tous les cas le problème de la gestion des déchets de haute activité à vie longue (HA-VL) déjà produits. Car indépendamment des opinions sur la technologie nucléaire, ces déchets existent. C’est un fait. Et il faut les gérer de façon responsable, pour protéger l’environnement et les générations futures.

En alternative au projet Cigéo, ses opposants (par exemple le projet BURESTOP) suggèrent de « garder les déchets sur les sites de production », de «  les stocker en surface pour ne pas les oublier, et pouvoir les récupérer si ça fuit », ce qui suppose un suivi et un maintien de capacité technologique pour plusieurs dizaines de milliers d’années, pour chaque zone de production, ce qui est difficilement démontrable. La stratégie française de gestion des déchets consiste à les concentrer tous au même endroit. Ces opposants veulent les laisser répartis dans les différents sites français. Deux visions irréconciliables.

D’un côté, le nucléaire produit, entre autres, des déchets dits de « haute [radio]activité à vie longue » (HA-VL). Pour gérer ces déchets, la solution française, actée par la loi de 2006, consiste à les concentrer dans une couche d’argile à 500 m de profondeur. Cela vise à les protéger des agressions extérieures et les isoler de la biosphère sur le long terme sans nécessiter d’action humaine au-delà de sa phase d’exploitation (environ 120 ans).

Un élément fondamental pour appréhender ce type de déchets produits est le fait que l’énergie nucléaire est une énergie extrêmement dense. Pour fixer les idées, un kilogramme d’uranium naturel, « brûlé » dans un réacteur nucléaire actuel1, permet de produire autant d’énergie que dix tonnes de charbon [3]. Ainsi, lorsqu’une centrale nucléaire consomme quelques dizaines de tonnes de combustible par an, une centrale à charbon équivalente en a besoin de quelques millions de tonnes.

C’est parce que cette énergie est très concentrée qu’elle produit un déchet lui aussi concentré et dangereux. Mais, conséquence positive, cette concentration limite les volumes de déchets associés ; de l’ordre de la taille d’une piscine olympique pour les déchets de haute activité produits depuis le début du nucléaire français [4]. Volume qui est gérable, et compatible avec une solution de traitement.

Les déchets du charbon

À l’opposé, les centrales à charbon utilisent un combustible énergétiquement peu dense. Ses déchets (les cendres qui sont récupérées et les gaz et poussières qui sont rejetés dans l’atmosphère) sont moins concentrés. Les cendres représentent en moyenne 15 % du poids initial du charbon utilisé [5]. C’est-à-dire que pour une centrale équivalente à un réacteur nucléaire, cela représente quelques centaines de milliers de tonnes par an. Une partie de ces cendres, de l’ordre de la moitié, est recyclée, essentiellement dans les matériaux de construction. Le reste est stocké en surface, souvent à proximité du lieu de production. Or, dans ces cendres, on trouve des métaux lourds (arsenic, mercure, plomb) dont les risques sanitaires sont bien connus. Sous la forme de charbon, ils sont en relativement faibles quantités, piégés dans la matière organique. Puis la combustion enlève le carbone, ce qui libère ces métaux (ils peuvent ainsi être dissous dans l’eau) et les concentre dans les cendres. Le fait de rassembler ces cendres dans des centres de stockage concentre encore cette pollution et conduit à des inventaires importants (de l’ordre de la dizaine de millions de m3 de cendres pour certains sites).

Si des technologies pour stocker ces cendres sont bien en place, des accidents ou défauts de mise en œuvre peuvent arriver. Par exemple, sur le millier de sites de stockage américain, 38 étaient identifiés en 2013 par l’EPA (Environmental Protection Agency) comme ayant des fuites et contaminant l’environnement (notamment les nappes phréatiques) [6]. En décembre 2008, à Kingston (Tennessee), un bassin de stockage de cendres s’est rompu, conduisant à une coulée de boue et contaminant notamment la rivière à l’arsenic [7].

Néanmoins, ces cendres sont la partie la mieux traitée des déchets du charbon. Étant relativement concentrées, elles peuvent être manipulées et stockées dans des conditions adaptées. Ce qui n’est pas le cas des gaz et poussières, trop peu denses pour être retenus dans les filtres, qui sont rejetés à la cheminée puis dilués dans l’atmosphère. On y retrouve des cendres sous forme de particules fines, des métaux lourds, des oxydes de soufre (conduisant à des pluies acides), des dioxines (cancérigènes), de l’ammoniac, des goudrons (cancérigènes), du monoxyde de carbone, de l’oxyde d’azote, etc. [8] Cette pollution est transportée au gré des vents et peut impacter la santé des populations à des centaines voire des milliers de kilomètres de son lieu de production. À l’échelle européenne par exemple, la pollution des centrales polonaises et allemandes est largement distribuée dans les pays environnants. La mortalité attribuable actuellement à cette pollution atmosphérique en Europe est évaluée à quelques dizaines de milliers de morts par an [9,10]. En Allemagne, la réduction d’espérance de vie pour la dizaine de milliers de victimes est alors estimée à environ 15 ans [9].

À titre de comparaison, l’accident de Tchernobyl aura tué, directement ou du fait des cancers induits, quelques milliers de personnes selon l’OMS [11]. Les ordres de grandeur sont les mêmes, entre l’impact sanitaire annuel d’une partie des déchets émis en fonctionnement normal par les centrales à charbon européennes et l’accident nucléaire le plus grave de l’histoire. Rapportée à la quantité d’énergie produite, la seule pollution atmosphérique des centrales à charbon actuelles tue de l’ordre de cent fois plus par kWh produit que le nucléaire historique [9]2.

De la radioactivité dans les cendres de charbon ?

Dans les cendres du charbon, on retrouve également de l’uranium et du thorium radioactifs (plusieurs tonnes par an pour une centrale à charbon de forte puissance) [1,2]. À tel point que les centrales à charbon peuvent parfois rejeter dans l’environnement de l’ordre de dix à cent fois plus de radioactivité qu’une centrale nucléaire de puissance équivalente en situation normale [1,3]. Ces niveaux restent cependant loin de présenter un risque sanitaire du point de vue radiologique. Néanmoins, les quantités d’uranium en jeu sont telles qu’une société canadienne (Sparton) a réussi à produire, à un coût réaliste, de l’uranium pour la filière nucléaire à partir de cendres de centrales à charbon chinoise [4].

[1] Gabbard A, “Coal Combustion, Nuclear Resource or Danger ?”, Oakridge National Laboratory Review (ORNL) – Summer/Fall 1993, 26, sur nrc.gov
[2] Association Robin des bois, « La radioactivité naturelle technologiquement renforcée », décembre 2005, étude demandée par l’ASN.
[3] Hvistendahl M, “Coal Ash Is More Radioactive Than Nuclear Waste”, Scientific American, 13 décembre 2007, sur scientificamerican.com
[4] “Novel sources of uranium – Rising from the ashes : Coal ash, fertiliser and even seawater may provide nuclear fuel”, The Economist, 8 avril 2010, sur economist.com

L’impact sanitaire à l’échelle mondiale

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Le retour de la mine, Constantin Meunier (1831-1905)

À l’échelle mondiale, la pollution atmosphérique liée au charbon est encore bien plus préoccupante. En Chine, les estimations des impacts de la pollution atmosphérique liée au charbon sont de l’ordre de 300 000 morts prématurées chaque année3. L’espérance de vie de l’ensemble des Chinois serait réduite de six mois, d’après le Paul Scherrer Institute [14]. À l’échelle mondiale, les différentes évaluations parlent de l’ordre de 700 000 morts prématurées chaque année4. Évidemment, ces chiffres ont été obtenus en faisant de nombreuses hypothèses et ne sont que des ordres de grandeur ; ils donnent néanmoins une idée de l’impact sanitaire de cette pollution atmosphérique. Ils ne correspondent cependant qu’aux impacts liés à la production d’électricité et ne couvrent ni les impacts de l’extraction du charbon (grisou et accidents, quelques dizaines de milliers de morts directs par an selon [5]) et à plus long terme par la silicose des mineurs (plusieurs centaines de milliers de morts par an [5]), ni l’impact sanitaire lié à la pollution de l’air intérieur induit par l’usage domestique du charbon (qui est du même ordre d’après l’OMS [16])5.

Cette pollution atmosphérique est très sensible à la technologie ou l’âge de la centrale à charbon ; une centrale récente, avec de meilleurs filtres, peut émettre jusqu’à environ cinquante fois moins de cendres que les plus anciennes. Là encore, l’objectif de filtrer les fumées est de concentrer le déchet pour réduire son impact sanitaire. La réduction du phénomène des pluies acides aux États-Unis est notamment le résultat de cette évolution [17]. Mais même si l’impact sanitaire pouvait être réduit d’un facteur 10, voire 100 par rapport à la situation actuelle, en renouvelant les centrales à charbon, à l’échelle mondiale, cela resterait, chaque année, des dizaines de milliers de morts de trop.

En cas d’accident ?

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Copenhague en feu, Christoffer Wilhelm Eckersberg (1783-1853)

Ces ordres de grandeur correspondent évidemment à une situation « normale », ne prenant pas en compte d’éventuels accidents d’exploitation (incendie, combustion lente d’un terril, rupture d’un stockage de cendre). En comparaison, l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) est tenue de démontrer, sous l’œil attentif de l’Autorité de sûreté nucléaire, qu’en fonctionnement normal, la gestion des déchets nucléaires ne conduira à aucune conséquence environnementale significative, et a fortiori aucun impact sanitaire. De même, des dispositions sont prises pour réduire le risque d’accident et leurs conséquences.

Mais supposons, juste pour poursuivre la comparaison, qu’un accident dans la gestion de ces déchets puisse conduire à des conséquences de l’ordre de celles de Fukushima (pour être largement majorant). Cela resterait un impact sanitaire de plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui de la pollution atmosphérique du charbon tous les ans à l’échelle mondiale. Cela pourrait aussi rendre dramatiquement inhabitable pour plusieurs siècles une surface de l’ordre de quelques centaines de km². Surface qui est néanmoins du même ordre de grandeur que celle qui est rendue également inhabitable par l’exploitation des mines de charbon à ciel ouvert tous les ans aux États-Unis6.

L’impact climatique

Les éléments précédents ne prennent pas en compte un autre déchet, très peu dense, du charbon, le dioxyde de carbone (ou gaz carbonique, ou CO2). La combustion du charbon (pour tous les usages) est le premier émetteur de CO2 d’origine anthropique avec un tiers des émissions totales selon l’AIE, dont le lien avec le changement climatique en cours est désormais prouvé. Il émet 35 % de gaz à effet de serre par kWh de plus que le pétrole et presque deux fois plus que le gaz naturel [18]. On parle là de dizaines de milliards de tonnes de CO2. En comparaison, le nucléaire émet de l’ordre de cent fois moins de CO2 par kWh [18] (essentiellement liés à l’extraction de l’uranium, la construction des centrales et l’enrichissement du combustible). Et là aussi, ceux qui génèrent cette pollution et profitent de cette électricité ne sont pas nécessairement ceux qui en paieront les conséquences, l’effet du changement climatique étant mondial et retardé dans le temps. Dans ce domaine, l’évaluation des conséquences est encore plus incertaine.

Déchets dilués et déchets concentrés

Il y a là, entre le déchet nucléaire de haute activité et le CO2 du charbon, deux extrêmes des déchets de l’énergie. D’un côté, un déchet nucléaire extrêmement dense, très dangereux localement, mais de faible volume, manipulable, et que l’on peut conditionner et enfouir profondément sous terre. De l’autre, un gaz, le CO2, peu manipulable, tellement dilué dans l’atmosphère qu’il est sans impact sanitaire direct, mais dont les effets sur le climat affectent l’ensemble de la planète.

C’est d’ailleurs tout l’enjeu des filières de stockage du CO2. La majeure partie de leur coût provient de l’étape de concentration du CO2. Il faudrait extraire le CO2 des autres gaz (essentiellement azote) pour le concentrer, et pouvoir en stocker une quantité significative.

D’ailleurs, imaginons un instant que l’on puisse concentrer les dizaines de milliards de tonnes de CO2 émises par le charbon tous les ans en un seul endroit. Localement, cela serait tout aussi dangereux (par asphyxie) qu’un amas de déchets nucléaires (par radioactivité). Dans les deux cas, il est nécessaire de confiner ces déchets pour protéger l’environnement.

Ce n’est d’ailleurs pas tant une vue de l’esprit que cela, puisque la question se pose sérieusement dans le cadre des études de stockage de CO2, où la concentration de forte quantités pose des enjeux de sûreté. Notamment, il est déjà arrivé, à cause de phénomènes volcaniques, que des poches de CO2 naturellement concentrées s’échappent à la surface. Cela a causé la mort par asphyxie de 1746 personnes, d’après l’Ineris [21], lors de l’accident du lac Nyos en août 1986, ou 142 sur le plateau de Dieng en 1979.

À la façon d’un colis de déchet nucléaire de haute activité, passer cinq minutes sans protection ni alimentation en oxygène dans la cheminée d’une centrale à charbon (c’est-à-dire soumis à ses déchets) est assurément mortel.

De même, s’il était possible de rassembler toutes les cendres des centrales à charbon du monde en une seule zone, ces quelques dizaines de milliards de tonnes de cendres accumulées depuis un siècle seraient aussi impropres à la vie, si elles n’étaient pas confinées de façon appropriée.

Ce sont là deux stratégies de gestion du déchet radicalement différentes. Aussi bien pour le nucléaire que pour le charbon, la concentration augmente la dangerosité locale des déchets et pose des problèmes techniques, mais permet de choisir la façon de les stocker. Au contraire, la dilution évite d’avoir à gérer un impact local, mais implique un impact global.

Dans les deux cas, ces déchets sont un lourd fardeau pour l’humanité. Dans les deux cas, il va falloir gérer dans la durée et d’une façon respectueuse de l’Homme et de l’environnement les déchets concentrés qui sont déjà produits. Il n’y a cependant plus rien à faire pour les déchets dilués qui ont déjà été émis. C’est un enjeu universel : ne produire que des déchets que l’on sait gérer.

L’auteur remercie l’association Sauvons le climat, et plus particulièrement Bernard Durand pour son dossier sur les dangers du charbon, qui a servi de base à une partie de cet article.
Références

[1] RTE, Bilan prévisionnel de l’équilibre offre-demande d’électricité en France, sur rte-france.com
[2] International Energy Agency, voir iea.org
[3] Bobin JL, Huffer E, Nifenecker H, L’énergie de demain, EDP Sciences, 2005.
[4] Andra, Inventaire national des matières et déchets radioactifs, rapport de synthèse 2015, sur inventaire.andra.fr
[5] Durand B, « Les dangers du charbon (autres que l’effet de serre) », 2012, dossier pour l’association Sauvons le climat, sur sauvonsleclimat.org
[6] Ashtracker, “EPA Confirms 18 New Coal Ash Pollution Sites – 15 Identified by Environmental Integrity Project Agency identifies ‘Potential’ damage at 49 more locations”, sur ashtracker.org
[7] Wikipedia, “Kingston Fossil Plant coal fly ash slurry spill
[8] Finkelman RB, Bunnell JE, “Health Impacts of Coal : Short Course A”, sur pubs.usgs.gov
[9] Markandya A et al., “Electricity generation and health”, The Lancet, 2007, 370:979-990.
[10] Europe’s Dark Cloud, sur env-health.org
[11] Organisation Mondiale de la Santé (OMS), « Effets sanitaires de l’accident de Tchernobyl », Aide-mémoire N° 303, avril 2006, sur who.int
[12] Kharecha P, Hansen J, “Coal and gas are far more harmful than nuclear power”, NASA Goddard Space Flight Center, 22 avril 2013, sur climate.nasa.gov
[13] Burden of Disease Attributable MAPS Working Group, Health Effects Institute, “Burden of Disease Attributable to Coal-Burning and Other Air Pollution Sources in China”, Special Report 20, août 2016, sur healtheffects.org
[14] Paul Scherrer Institute (PSI), « De l’énergie propre pour la Chine », Le point sur l’énergie, novembre 2006, n° 17, sur psi.ch
[15] Organisation Mondiale de la Santé (OMS), “7 million premature deaths annually linked to air pollution”, News release, 25 mars 2014, sur who.int
[16] Organisation Mondiale de la Santé (OMS), “Household air pollution and health”, Fact Sheet n° 292, février 2016, sur who.int
[17] Shen Rastogi N, « Environnement : où sont passées les pluies acides ? », Slate, 24 août 2009, sur slate.fr
[18] World Nuclear Association, “Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources”, 2011, sur world-nuclear.org
[19] The Center for Media and Democracy, “The footprint of coal”, sur sourcewatch.org
[20] Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), « Impact environnemental d’un accident nucléaire : comparaison entre Tchernobyl et Fukushima », sur irsn.fr
[21] INERIS, « Retour d’expérience des incidents et accidents sur des sites d’exploitation ou de stockage en milieu souterrain – application au stockage géologique du CO2 », rapport d’étude DRS-12-126009-13886B, 30 mai 2013.

1 Les réacteurs du futur, dits de 4e génération, pourraient permettre de beaucoup mieux utiliser l’uranium. Pour la même énergie produite, il faudrait de l’ordre de 100 fois moins d’uranium. La quantité de déchets radioactifs serait également réduite.

2 Les chiffres sont variables d’une source à l’autre, mais l’ordre de grandeur reste le même. Il peut notamment être retrouvé à partir de la référence [12].

3 Ce chiffre est obtenu à partir d’une extrapolation de l’étude de l’Union européenne ExternE, présentée en référence [9]. Il est corroboré par l’étude du Health Effects Institute cité en référence [13].

4 Chiffre obtenu à partir d’une extrapolation de l’étude ExternE [9]. Il est cohérent avec l’affirmation de l’OMS selon laquelle la pollution de l’air a tué sept millions de personnes en 2012, et qu’une forte part est liée au charbon [15].

5 Il est difficile de trouver des chiffres portant sur l’extraction de l’uranium, mais le ratio entre les deux productions est tel (3,5 milliards de tonne de charbon en 2016, contre environ 50 000 tonnes d’uranium), que même en supposant une mortalité par tonne produite comparable, l’extraction du charbon resterait de l’ordre de 1000 à 10 000 fois plus meurtrière par énergie produite.

6 L’empreinte au sol des nouvelles mines de charbon aux États-Unis en 2009 était d’environ 400 km² (empreinte totale d’environ 35 000 km²) [19]. D’après l’IRSN, les zones fortement contaminées à Fukushima sont d’environ 600 km² [20].

Mis en ligne le 20 juin 2018
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