Qu’est-ce qu’une réserve de charbon ?

Réserves et ressources

Le charbon est une ressource minière (qui en aurait douté ?). Comme pour toutes les ressources minières (gaz et pétrole compris), quand il s’agit de discuter quantités, nous allons retrouver trois notions essentielles :

ce qui est présent dans le sous-sol,

ce que nous pouvons extraire de manière certaine à l’avenir,

et ce que nous pourrons très probablement extraire au total si nous le souhaitons.

Comme pour le pétrole ou le gaz, les réserves prouvées, qui correspondent à la deuxième des trois définitions ci-dessus, sont les seules qui donnent lieu à des chiffres publiés de manière large (ou publiés tout court !). Ces réserves prouvées désignent uniquement le charbon contenu dans des gisements en exploitation et qui est récupérable aux conditions techniques et économiques du moment (les deux sont souvent locales). Pas plus que pour le pétrole ou le gaz ces réserves prouvées ne peuvent inclure du charbon dont l’existence est certaine, la récupération probable si on le souhaite, mais qui est situé en dehors des mines en exploitation.

Pas plus que pour le pétrole ou le gaz l’opérateur minier ne garantit que la production issue de ses réserves sera indéfiniment croissante ou indéfiniment constante. A preuve, certains pays publient des réserves prouvées alors qu’ils ont passé leur pic de production et que cette dernière est désormais déclinante. Tout comme pour le pétrole et le gaz, exprimer les réserves en « années de consommation » conduit à la même erreur d’appréciation que pour le pétrole sur le temps qu’il nous reste avant qu’il se passe « quelque chose ».

Et comme pour le pétrole ou le gaz, il existe aussi d’autres notions pour désigner tout ou partie du charbon sous terre :

les ressources en place, qui désignent l’ensemble du charbon présent dans une zone donnée, sans considération sur la fraction qui voudra bien en sortir, mais le plus souvent avec des conditions d’emplacement ou d’épaisseur de la veine qui conditionnent fortement le résultat, comme nous le verrons plus bas,

les réserves ultimes d’une zone correspondent à la totalité du charbon qui peut être extrait d’une zone (qui peut être la planète dans son ensemble). Il s’agit donc du cumul de l’extraction si la seule limite aux opérations minières est technico-économique en « économie ouverte » (pas de conflit, d’interdiction ou de réglementation forte, etc). On utilise aussi l’expression ressources récupérables pour désigner la même valeur. Comme pour le pétrole, les réserves ultimes restantes correspondent aux réserves ultimes moins ce qui a déjà été extrait.

enfin les réserves 2P correspondent à l’évaluation la plus probable, ex-ante, des réserves ultimes.

Outre qu’il est solide (ce qui a un tout petit effet sur les opérations minières !), le charbon possède une petite différence avec le pétrole ou le gaz : le processus qui lui a donné naissance. Ce combustible ne s’est pas formé à partir de plancton, mais à partir de végétaux terrestres, et par ailleurs il n’a pas migré entre son lieu de formation et l’endroit où nous le trouvons aujourd’hui. De ce fait le charbon est présent dans la terre sous forme de « veines », c’est-à-dire des couches déposées de manière plus ou moins horizontale et qui correspondent à l’enfouissement des végétaux d’origine (essentiellement des fougères géantes). Avec le charbon, pas de roche réservoir dont les pores ou interstices renferment le composé qui nous intéresse : dans une veine de charbon, il n’y a essentiellement que du charbon, les minéraux associés (sous forme de poussières, cailloux ou petites roches) représentant une fraction minoritaire de l’ensemble.

Par contre, Dame Nature ne nous a pas gratifié uniquement de veines de charbon de 5 mètres d’épaisseur situées à 2 mètres sous terre. Elle a laissé libre cours à son inventivité, et donc il y a des veines de charbon de toutes épaisseurs (une même veine peut bien sûr avoir une épaisseur variable) situées à toutes les profondeurs, jusqu’à plusieurs kilomètres. En règle générale, plus la veine est profonde et plus le charbon est de bonne qualité. En effet, comme le charbon en formation est enfoui par la tectonique des plaques, plus il est plus ancien, et plus il aura été « cuit » par la géothermie pendant longtemps. En conséquence, les lignites se trouvent plutôt dans les première centaines de mètres, et les anthracites peuvent être enfouies jusqu’à plusieurs kilomètres (pas toujours, parce que dans la croûte terrestre il y a aussi des mouvements vers le haut !).

Question : est-ce qu’une veine de 1 cm d’épaisseur située à 5000 mètres sous terre doit rentrer dans les ressources en place ? Car il s’agit indéniablement de charbon situé sous le sol… et les ressources en place sont supposées tout inclure, sans considération sur l’extractibilité future. Cette question (passionnante, n’est-ce pas) de charbonnier a parfois des réponses différentes selon les zones et les géologues concernés. La logique voudrait que l’on ne comptabilise pas des ressources qui ne pourront jamais, même partiellement, être exploitées dans les conditions technico-économiques physiquement réalistes.

Assez fréquemment, les ressources en place sont limitées aux veines de plus de 0,6 mètre d’épaisseur et situées à moins de 1800 mètres de profondeur. Mais changer ces limites change fortement le résultat du calcul, comme l’exemple ci-dessous le montre clairement.

Ressources en place pour plusieurs bassins charbonniers, en prenant en compte toutes les veines de plus de 0,6 m d’épaisseur et situées à moins de 1800 mètres de fond.

Ressources en place pour plusieurs bassins charbonniers, en prenant en compte toutes les veines de plus de 1,2 mètre d’épaisseur et situées à moins de 1200 m de fond.

On perd de 40% à 90% du montant de départ (ce qui signifie que de 40% à 90% du total est situé dans des veines de 0,6 à 1,2 m ou situées entre 1200 m et 1800 m de fond).

Source Pierre-René Bauquis, Total Professeur Associés, 2008

Par ailleurs, il existe peu d’organismes ayant procédé à des inventaires mondiaux des ressources, ce qui aurait donné l’occasion de faire une revue comparée des méthodes d’évaluation du charbon en place. Du coup, il est aujourd’hui assez difficile de disposer d’une valeur – fiable de préférence – sur la quantité totale de ressources en charbon pour la planète dans son ensemble, avec une définition unique. Le graphique ci-dessous donne néanmoins une idée des ordres de grandeur dont on parle.

Différents ordres de grandeur (monde) concernant le charbon :

les ressources en place totalisent 14.000 milliards de short ton (une short ton ≈ 0,9 tonne ; une short ton de charbon ≈ 0,6 tonne équivalent pétrole) sans précisions sur l’épaisseur minimale ou la profondeur maximale des veines prises en compte,

les réserves ultimes (parfois appelées « recoverable resources » en anglais » ; cela ne simplifie pas la compréhension !) totalisent 5.000 milliards de tonnes US (il s’agit des veines qui pourraient être exploitées « un jour »),

les réserves prouvées ne font plus que 1.000 milliards de « short tons » (en agrégeant lignite et charbons, BP Statistical Review 2012 donne 950 milliards de « short tons« ),

enfin la production cumulée à ce jour se monte à environ 280 milliard de « short tons ».

Sources : indiquées sur le graphique.

Face à ces très grandes quantités de ressources en place, et aux valeurs bien plus faibles pour les réserves, deux questions se posent :

comment on passe de l’un(e) à l’autre,

si ces ressources seraient un jour transformables en réserves (et donc si nous pourrons les exploiter techniquement à des coûts économiques compatibles avec un marché solvable), indépendamment des questions de changement climatique qui pourraient justifier que l’on n’y touche pas (ce qui, en termes économiques, peut se traduire par une taxe à l’usage ou des réglementations ou interdictions pour en dissuader l’usage, justement).

Ordres de grandeur de différentes réserves pour les USA :

19 milliards de tonnes (probablement des « short tons », qui valent 0,9 tonne métrique) de réserves prouvées dans les gisements en cours d’exploitation (1 short tonne de charbon ≈ 0,9 tonne de charbon ≈ 0,6 tonne équivalent pétrole).

268 milliards de tonnes de réserves prouvées dans les gisements exploités ou qui pourraient l’être aux conditions techniques et économiques du moment,

493 milliards de tonnes de réserves ultimes,

1 731 milliards de tonnes de ressources identifiées avec une assurance très élevée,

3 968 milliards de tonnes de ressources identifiées et supposées.

Source : Energy Information Administration, 2004

En fait, même quand il se fait, ce passage des ressources aux réserves, ce qui signifie qu’une veine de charbon entre dans le périmètre d’une exploitation minière, induit d’inéluctables pertes en ligne :

les veines trop minces pour être exploitées représentent facilement 30% de la ressource en place, à tel point que certains inventaires ne les prennent pas en compte,

les « bizarreries » géologiques non détectés avant mise en exploitation vont empêcher l’extraction de 10% supplémentaires,

pour éviter que la mine ne s’effondre on ne peut pas la transformer en un gruyère avec juste des trous, et donc une partie du charbon (environ 30%) reste en place pour consolider les galeries de mines (dit autrement pour empêcher les galeries de s’écrouler),

le charbon extrait doit être lavé, pour éliminer des choses indésirables qui s’y trouvent, et le rendement de cette opération varie de 50% à 90% (moyenne à 70%).

On voit donc que le passage de la ressource en place à la quantité extractible (autrement dit la réserve prouvée) demande de multiplier par 60% (pour enlever les veines trop minces et autres configurations géologiques compliquées) * 70% (fraction du charbon pouvant être extrait sans effondrer les galeries) * 70% (rendement du lavage) ≈ 30% de la ressource initiale.

D’autres critères peuvent s’ajouter de telle sorte qu’il est courant d’entendre les experts du monde charbonnier expliquer que les réserves ultimes ne dépasseront pas 20% de la ressource. De la sorte, si la ressource en place représente 14.000 milliards de tonnes (cf ci-dessus), les réserves ultimes représenteront de 3000 à 5000 milliards de tonnes « seulement » (ce qui fait quand même 3 à 5 fois les réserves prouvées en 2012)

Par contre, l’un des critères qui n’est pas limitant pour passer de la ressource en place à la réserve est l’énergie de récupération du charbon extrait. A contrario, c’est souvent ce terme qui limite la fraction extractible d’un gisement de pétrole à un peu plus d’un tiers du pétrole contenu dans la roche réservoir. En effet, extraire du pétrole c’est généralement forcer la circulation d’un fluide très visqueux à travers les tous petits pores d’une roche, d’abord en profitant de la pression initiale du réservoir, mais ensuite en créant cette pression depuis la surface. Or cette opération devient un jour énergétiquement trop coûteuse pour que l’opération continue à être rentable (d’abord économiquement, puis physiquement).

Pour le charbon, même à des milliers de mètres de profondeur, l’énergie d’extraction est de l’ordre du % de l’énergie contenue dans le charbon extrait : ce n’est probablement pas là que l’on va trouver le facteur limitant !

Charbon et charbon

Le charbon brûle, c’est évident. Il doit donc contenir essentiellement des choses qui brûlent, plus un peu de composés non combustibles, que l’on retrouve dans les cendres. Tout cela est parfaitement exact, et en plus des hydrocarbures solides le charbon contient en prime :

de l’eau, entre 1% et… 50%

des gaz qui se sont adsorbés durant la formation des charbons (CO2, méthane, hydrogène, vapeur d’eau, argon….). Il sont emprisonnés dans ceux-ci à une pression partielle voisine de celle de leur formation, et sont désignés sous le terme de « volatiles ». Ils représentent 5% à 30% du poids « sec » du charbon (un charbon est dit « sec » quand il est débarrassé de toute l’eau qui s’évapore à la température ordinaire ; à ce moment là le charbon contient encore de l’eau, dite liée, mais en bien plus petite quantité).

des composés qui ne sont pas combustibles (silice, alumine, oxyde de fer, chaux vive, et des oxydes divers), pour 5% à 30% du poids « sec ».

Au final, ce qui est combustible dans le charbon va représenter de 85% à… 20% seulement du poids « sec », selon la qualité du charbon. Il y a donc charbon et charbon, malgré l’emploi d’un mot unique pour désigner tous les combustibles fossiles solides. Il faut donc utiliser des sous-catégories, qui sont le plus souvent les suivantes :

les charbons bitumineux désignent ceux dont la teneur en carbone est la plus élevée, avec pas trop de cendres (le haut de la fourchette s’appelle de l’anthracite, qui est du carbone presque pur),

les charbons sub-bitumineux ont une teneur en carbone plus faible, avec plus d’eau et de cendres. En général ce sont les charbons les plus jeunes qui ont le moins de matières combustibles.

au bas du classement nous allons trouver la lignite, qui est le charbon qui contient le plus d’eau, le moins de matières combustibles, et le plus de cendres.

Comme tous ces charbons n’ont pas le même contenu énergétique (encore appelé pouvoir calorifique), et pas les mêmes usages.

Nomenclature des différents types de charbon, avec la part dans les réserves mondiales et les usages possibles.

Source : IFP Panorama, 2010

Comme les réserves agrègent tous les types de charbon, se pose la question de la bonne unité : faut-il tout compter en tonnes (ce qui surpondère les charbons de basse qualité, dont le contenu énergétique par unité de poids est plus faible), ou en tonnes équivalent pétrole (ce qui surpondère les charbons de haute qualité, dont le contenu énergétique par unité de poids est plus élevé) ? Ici aussi le Diable est bien dans les détails, car en passant de l’une à l’autre des unités la valeur peut être multipliée par 2 pour un même pays !

Comment évaluer les ressources ?

Les ressources sont estimées sur la base d’informations géologiques distantes (dit autrement sur la base du type et de l’ancienneté des couches profondes, le tout estimé comme on peut). Cette méthode ne permet pas d’évaluer les variations locales d’épaisseur ou de qualité des charbons, ni les discontinuités géologiques qui peuvent gêner l’accès.

Les réserves sont-elles sensibles aux conditions économiques ?

Comme la définition des réserves prouvées inclut une dimension économique (rappel : les réserves prouvées désignent ce qui est récupérable aux conditions économiques du moment), on doit logiquement s’attendre à ce que les réserves augmentent si le prix de marché de la ressource augmente. La bonne question est : de combien ? Et la réponse est que cela dépend de la ressource.

Pour le pétrole, il y a une barrière physique franche à l’exploitation des gisements : lorsque l’énergie utilisée pour extraire ce pétrole excède l’énergie qui sera libérée par la combustion du pétrole extrait, ce qui reste ne peut plus entrer dans des réserves prouvées, indépendamment de toute question de prix. Si ce dernier monte, on va mettre en oeuvre des techniques de récupération assistée plus chères et s’attaquer à des gisements plus compliqués, mais cela ne multiplie pas les montants par 3 (et surtout ne multiplie pas la production par 3, mais prolonge plutôt un niveau donné de production).

Pour le gaz conventionnel, cette influence du prix est encore plus faible : un gisement de gaz se « dégonfle » et quand le champ est abandonné il ne reste quasiment rien, quel que soit le prix du gaz ou à peu près. Augmenter le prix du gaz ne change donc pas fortement le montant des réserves, la seule variation notable étant, comme pour le pétrole, le fait de pouvoir exploiter des gisements plus « compliqués ».

Avec le charbon, cette limite énergétique n’existe pas, même pour des veines de faible épaisseur et situées très profond. La limite à l’exploitation va donc être purement économique, car plus la mine est compliquée et plus cela demande de travail, et donc coûte cher. De ce fait le coût d’extraction est très dépendant du niveau des salaires locaux, et varie de 30 à 200 dollars par tonne.

Par ailleurs une mine n’est mise en exploitation que si elle a un débouché, et dans les 2/3 des cas il s’agit d’une centrale électrique. La construction de cette dernière est soumise, comme pour tous les investissements, à l’accès aux capitaux (et éventuellement à la réglementation locale). Le montant des réserves (prouvées) de charbon dépend donc aussi de l’aptitude à se faire financer des centrales à charbon !

Où sont les réserves de charbon ?

Le charbon a souvent la réputation d’être une énergie mieux distribuée géographiquement que le pétrole (où le Moyen Orient possède les 2/3 du total mondial) ou le gaz (où 3 pays possèdent 50% du total mondial). A bien y regarder, la situation est assurément plus favorable aux pays occidentaux, mais pour autant 8 pays dans le monde détiennent plus de 90% des réserves prouvées de charbon et de lignite (et les 4 premiers détiennent les 2/3 du total).

Réserves prouvées de charbon par pays à fin 2013, en milliards de tonnes équivalent pétrole.

Les charbons « nobles » (anthracite et bitumineux), dénommés « hard coal » en anglais, sont séparés des charbons de seconde catégorie (sub-bitumineux et lignite), appelés « brown coal« .

Les 8 premiers pays détiennent 90% du charbon mondial, et même 94% du charbon le plus noble, ou hard coal en anglais.

Source : BP Statistical Review, 2014

Et si nous parlons des ressources, 3 pays (USA, Russie, Chine) pourraient faire 90% du total ! (voir plus bas). Mais comme pour le pétrole, la hiérarchie des réserves n’est pas celle de la production ou de la consommation. Par contre, comme le charbon est surtout une énergie locale, la consommation se trouve essentiellement là où est la production, qui peut « taper » plus ou moins vite dans les réserves, comme le montre le graphique ci-dessous.

Part de chaque pays du graphique précédent dans les réserves prouvées, la production et la consommation en 2013

Source : BP Statistical Review, 2014

Cette répartition des réserves de charbon produit un effet inattendu : si nous agrégeons charbon, pétrole et gaz, les deux premiers détenteurs de « carbone fossile » au monde ne sont pas du tout les Saoudiens ou les Chinois, mais… les Américains et les Russes.

Réserves prouvées de combustibles fossiles, discriminées par pays et par combustible (charbon, pétrole, gaz), pour les 31 premiers détenteurs mondiaux, en milliards de tonnes équivalent pétrole en 2013.

Les premières réserves de carbone fossile sont…. américaines !

NB : les réserves de pétrole du Venezuela et du Canada sont essentiellement des hydrocarbures non conventionnels.

Source BP Statistical Review, 2014

Comment évoluent les réserves de charbon ?

Un habitué du pétrole ou du gaz s’attendra probablement à ce que la réponse soit : toujours plus haut. Perdu ! La bonne réponse est que les signaux sont difficiles à interpréter…. Car les informations publiques qui circulent sur le sujet sont un poil contradictoires, reflet probable d’une centralisation et d’un partage des informations encore plus embryonnaire ici que sur le pétrole et le gaz, où ce n’est déjà pas fantastique.

Une première indication qui semblerait indiquer que ces réserves évoluent plutôt à la baisse – au moins au regard de la consommation – est l’évolution depuis un demi-siècle du ratio réserves/production (ci-dessous), généralement raccourci à tort en « années de consommation ». Alors que ce ratio est constant ou croissant pour le pétrole et le gaz, il est nettement décroissant pour le charbon…

Ratio réserves/production pour le monde dans son ensemble de 1945 à 2005.

Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeur Associés, 2008

Une information qui va dans le même sens est l’analyse, par le « Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe » ou BGR (Institut fédéral allemand pour les géosciences et les ressources naturelles) de l’évolution des réserves ultimes restantes, qui sont constituées des réserves ultimes moins ce qui a déjà été extrait. Ces réserves ultimes restantes sont donc constituées de tout ce qui pourrait sortir un jour s’il n’y a pas d’autre limite que géologique et économique, et elles incluent du charbon non encore découvert ou déjà découvert mais non exploité.

Evolution des réserves ultimes restantes pour le monde dans son ensemble, en milliards de tonnes équivalent charbon, de 1976 à 2005.
(une tonne équivalent charbon ≈ 0,7 tonne équivalent pétrole).

La baisse est de moitié (5000 milliards de tonnes équivalent charbon) alors que la production cumulée sur cette période n’est que de 80 milliards de tonnes équivalent charbon.

Source : BGR, in Energy Watch Group : Coal, resources and future production.

Le même BGR publie par ailleurs des estimations de ressources en place qui sont cohérentes avec les chiffres ci-dessus (n’oubliez pas que l’on divise par 3 à 4 en passant des ressources en place aux réserves ultimes).

Réserves prouvées et ressources additionnelles (ressources additionnelles = ressources en place – réserves prouvées) de charbon pour les 12 premiers pays détenteurs de ressources dans le monde, en milliards de tonnes, hors lignite.

Pour en déduire de possibles réserves ultimes, il faut diviser ces montants par 3 à 4 (pour tenir compte des pertes d’exploitation, cf ci-dessus), et pour avoir des tonnes équivalent pétrole, il faut encore diviser par 1,5 (au total il faut donc diviser les valeurs par 4 à 6 pour avoir des réserves ultimes en milliards de tonnes équivalent pétrole).

Source : Reserves, Resources and Availability of Energy Resources 2007, annual Report, Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Germany

Réserves prouvées et ressources additionnelles de lignite pour les 12 premiers pays détenteurs de ressources dans le monde, en milliards de tonnes.

Pour en déduire de possibles réserves ultimes, il faut diviser ces montants par 6 à 8 au total (la lignite a un pouvoir calorifique par tonne plus faible que le charbon).

Source : Reserves, Resources and Availability of Energy Resources 2007, annual Report, Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Germany

Même si les valeurs sont sujettes à discussion, il semblerait néanmoins que les quantités de charbon récupérable soient assez conséquentes, avec presque 10 fois les montants concernant le pétrole ou le gaz.

Les vérifications, mieux que pour le pétrole ?

Les valeurs publiées par les opérateurs ne sont pas plus vérifiées par des tierces parties que pour le pétrole ou le gaz. Une autre question ?