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Aides et conseils
Géothermie
La géothermie consiste a exploiter l'énergie thermique contenue dans la terre. Il existe sous nos pieds un immense potentiel qui peut participer avec les autres énergies renouvelables à la fin des énergies fossiles pour produire de la chaleur et de l'électricité. Ses usages sont variés car elle présente une large gamme de température est de profondeur.
Le gradient géothermal
Il représente la hausse de la température liée à l'augmentation de la profondeur. Sa valeur en France est en moyenne de 3,3 °C par 100 m, mais peut atteindre 10 °C/100 m en Alsace.
D'où vient cette chaleur ?
Le principal phénomène qui explique l'origine de la chaleur rencontrée dans la croûte terrestre est la désintégration des éléments radioactifs (uranium, thorium, potassium) présents dans les roches. La chaleur émise par la fission varie avec la composition chimique des roches.
Les usages domestiques et tertiaires de la géothermie
(Capteurs horizontaux et sondes géothermiques verticales - source photos : EnBW Baden-Württemberg AG)
Les maisons individuelles et le petit collectif (lotissement et le tertiaire (hopitaux, écoles, centres commerciaux, bureaux, hôtels, salles de spectacle...) sont de plus en plus nombreux à utiliser des pompes à chaleurs (PAC) géothermiques avec capteurs horizontaux ou sondes verticales (chaleur du sol) ou encore sur nappes d'eau phréatiques superficielles (chaleur de l'eau souterraine). La chaleur une fois prélevée est transférée par la PAC par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur au bâtiment à chauffer. Le compresseur de la PAC consomme de l'électricité mais pour 1 kWh électrique consommé, la PAC restitue environ 3 kWh de chaleur pour chauffer le bâtiment. Pour faire face à la demande colossale d'électricité en période de pointe (période de températures basses), les gestionnaires de l'électricité en France doivent mettre en fonctionnement des centrales thermiques au gaz, au fioul et au charbon. Les émissions de gaz à effet de serre dues à la PAC sont donc réduites par rapport à un chauffage électrique classique.
Ces PAC peuvent aussi assurer le refroidissement en été, mais pour des raisons évidentes d'économies d'énergie, il est nécessaire de mener une réflexion en amont d'une construction afin d'éviter au bâtiment des surchauffes qui entraîneraient une consommation élevée pour le refroidissement. Sous nos latitudes, la climatisation n'est pas nécessaire, de nombreuses stratégies existent pour s'en passer.
(Source : ADEME et BRGM)
Avant toute installation :
- S'assurer de l'efficacité de l'isolation de son logement, en particulier le toit, les murs, les fenêtres et le plancher. Attention, avoir des fenêtres double-vitrage classique ou un mur de 60 cm d'épaisseur ne signifie pas être bien isolé.
- Vérifier l'adéquation des émetteurs de chaleur (radiateurs basse température, planchers chauffants...)
Pour plus d'informations, se reporter au document ADEME en cliquant sur ce lien. Voir aussi la note de l'AGEDEN concernant les points de vigilance concernant les PAC.
L'usage direct de la chaleur
Il est possible d'utiliser directement (sans Pompe à chaleur) la chaleur disponible à de grandes profondeurs, afin d'alimenter un réseau de chaleur pour le chauffage urbain, de chauffer des serres agricoles ou encore des bains.
Le pompage de l'eau
Ces utilisations nécessitent la réalisation d'un forage permettant de remonter l'eau chaude à la surface. Une pompe peut s'avérer nécessaire si la pression dans le réservoir souterrain n'est pas assez importante, mais si la pression dans le réservoir est supérieure à la pression atmosphérique, l'eau peut jaillir naturellement à la tête du puits de forage.
Récupérer la chaleur
Pour des raisons économiques, l'utilisation de l'énergie géothermique ne peut se réaliser qu'à proximité du prélèvement. Le fluide géothermal extrait du sous-sol par forage et pompage, est acheminé dans un échangeur (multitubulaire, spiralé ou à plaques) de chaleur où il cède son contenu énergétique à de l'eau qui assure la distribution de la chaleur aux utilisateurs par le biais d'un réseau de distribution.
(Source : ADEME et BRGM)
Réinjecter l'eau
Lorsque le fluide géothermal a cédé ses calories, il doit être réinjecté dans l'aquifère d'origine, sauf si d'autres usages sont prévus en aval (thermalisme, pisciculture, eaux brutes industrielles,...). Un forage supplémentaire est alors nécessaire. Réinjecter l'eau géothermale évite les rejets dans l'environnement (circuit en boucle fermée) de cette eau chaude et permet aussi de garantir la pérennité de la ressource. Afin de ne pas refroidir le réservoir, l'eau doit être réinjectée en un point relativement éloigné du point de puisage (le plus souvent d'environ un km, dans les fondations sédimentaires).
La production d'électricité
Connue depuis un siècle, cette technique s'est développée principalement à partir des années 1970.
Certains pays comme les Etats-Unis, les Philippines, le Kenya ou l'Islande ont des puissances électriques installées d'origine géothermique installées relativement élevées. On estime que plus de 350 installations géothermiques dans le monde produisent de l'électricité pour une population estimée à plus de 60 millions de personnes. Toutefois, la géothermie couvre seulement 0,4 % des besoins mondiaux en électricité, en 2008.
En zone active
On peut produire de l'électricité à partir de ressources comprises entre 110 et 350 °C. L'eau peut se trouver sous différentes formes à l'intérieur d'un réservoir géothermal : liquide, vapeur ou encore un mélange des deux. L'état du fluide dans le réservoir dépend de la pression et de la température qui déterminent également son potentiel énergétique.
Sur les sites de volcanisme actif, la vapeur produite en tête de forage géothermique alimente une turbine et un alternateur qui produit de l'électricité. Dans les autres cas, le fluide géothermal transmet ses calories dans un échangeur à un liquide organique à bas point de vaporisation dont la vapeur actionne une turbine.
A partir des systèmes géothermiques stimulés
Contrairement à la géothermie classique, la technique de géothermie stimulée dite EGS (Enhanced Geothermal System) vise à améliorer le performances hydrauliques d'un milieu plus ou moins fracturé possédant des caractéristiques de porosité et de perméabilité trop faibles pour être exploitables avec des méthodes traditionnelles. Elle consiste à forer un dispositif comportant un o plusieurs puits de production et d'injection et à augmenter la perméabilité par fracturation hydraulique ou chimique. Selon le niveau de température en tête du puits de production, les applications viseront à la production d'électricité ou de chaleur. A l'heure actuelle, le projet européen de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin) qui a permis de franchir de nombreux obstacles, dispose d'un triplet de puits à 5 000 m (un injecteur et deux producteurs) et constitue le projet de recherche le plus abouti au niveau mondial.
Les diverses applications
Si la production d'électricité, le thermalisme et le chauffage urbain demeurent les applications les plus connues et les plus répandues de la géothermie, ces dernières atteignent aussi d'autres domaines. Le chauffage des serres agricoles est une application intéressante pour la géothermie compte tenu des dépenses énergétiques parfois très élevées inhérentes à cette activité. Il est ainsi possible d'économiser 200 à 400 tonnes (selon le type de culture) de fioul par an pour le chauffage d'un hectare de serres, tout en protégeant l'environnement.
Une autre application est possible pour les piscicultures. Quelques degrés de plus de la température de l'eau dans laquelle vivent les poissons et sa stabilité (rendue possible par l'eau géothermale) permettent d'augmenter la croissance des poissons. L'eau chaude peut être utilisée directement ou au travers d'un échangeur si sa nature n'est pas compatible avec l'élevage.
La plupart des usages industriels directs nécessitent des températures comprises entre 100 et 200 °C. A ces niveaux de température, le fluide géothermal se présente sous forme d'eau et de vapeur d'eau et sa chaleur peut être utilisée pour le lavage, le séchage, l'extraction de substances chimiques, la fabrication de pâte à papier ou l'évaporation de solutions concentrées.
L'avenir de la géothermie
Le contexte politique international est favorable au développement des énergies renouvelables, donc de la géothermie. En effet, suite aux nombreux engagements internationaux ou nationaux (entrée en vigueur du Protocole de Kyoto en 2005, Conférence mondiale sur les énergies renouvelables à Bonn en 2004, Paquet Energie-Climat de l'Union Européenne en 2008, conférence d'Accra en 2008, conférence de Poznan en 2009), le rôle des énergies renouvelables dans la lutte contre le changement climatique a été réaffirmé.
La production de chaleur en croissance
La production annuelle mondiale de chaleur par géothermie est estimée à plus de 6 millions de tonnes d'équivalent pétrole. Cette activité a connu un taux de progression d'environ 5 % par an, taux qui devrait s'accroître dans les années à venir avec l'intérêt grandissant pour les techniques avec pompes à chaleur. La capacité totale installée en Europe atteindra bientôt 3 GW.
Légère hausse pour la production d'électricité
La production mondiale d'électricité par géothermie s'élevait en 2005 à 57 Twh et la puissance installée à environ 9 GW. Avec un total de 133 Twh produits annuellement, la géothermie se plaçait au 3ème rang des sources d'énergies renouvelables pour la production d'électricité après l'hydraulique (2940 Twh/an) et la biomasse (183 Twh/an) et devant l'éolien (99 Twh/an). On estime qu'il serait possible de porter la puissance mondiale installée de 10 à 70 GW avec les technologies conventionnelles. La géothermie qui satisfait moins de 0,5 % des besoins mondiaux en énergie électrique pourrait ainsi accroître sa contribution de façon significative. Certains pays produisent déjà environ 20 % de leur production d'électricité grâce à la géothermie.
Chaleur et électricité
Un moyen de développer la géothermie est d'encourager la réalisation d'opérations assurant une production d'électricité et de chaleur. Cette technique dite de cogénération permet de produire de l'électricité avec des ressources géothermales dont la température est de l'ordre de 100 °C en mettant en oeuvre des cycles binaires (avec cycle de Rankine ou cycle de Kalina). La valorisation de la chaleur est une façon d'améliorer la performance globale des unités géothermiques. Cette chaleur peut par exemple alimenter un réseau de chaleur. Ce type d'opération commence à se diffuser en Europe, notamment en Autriche et en Allemagne.
(Températures à 5 km de profondeur Source : ADEME et BRGM)
L'agenda de l'AGEDEN
Documentation particuliers
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