Le principe de la géothermie en un mot
Le centre de la Terre est un noyau solide (à cause de la pression) de métal à près de 5000°C, résultant dans une large mesure de la désintégration des atomes fissiles contenus dans les roches. Cette sphère de 1200km de rayon est entourée d’une couche de métal liquide d’une épaisseur de 2300 km et d’une température de 4000°C. Le « manteau », composé d’une couche de 2250km et d’une couche au contact de l’écorce terrestre, à la limite de laquelle la température avoisinne les 1000°C. Celle-ci, enfin, fait 5-10km au niveau des océans et 30-70km au niveau des continents. Le plus profond forage fait 12km.
Aussi, plus on creuse, plus la température monte. Cela varie selon les zones: certaines sont plus proches du magma que d’autres. On parle du « gradient thermique ». La grande limite de cette énergie est sa disponibilité: toutes les zones ne sont pas égales. L’Islande, par exemple, y est très propice: il n’y a pas besoin de beaucoup creuser pour se rapprocher de la zone magmatique (forcément, il y a beaucoup de volcans) et donc des chaleurs élevées. A l’inverse, c’est plus compliqué en France, qui n’est pas vraiment une zone sismique.
Les zones volcanique sont particulièrement adaptées: alors qu’en général descendre de 100m de profondeur fait gagner 3 à 4 °C, pour elles l’augmentation est 2 à 3 fois supérieure.
Il y a une différence importante en fonction de la profondeur de l’installation: plus vous allez profondemment, plus vous allez remonter de la chaleur, mais plus l’installation est lourde et coûteuse.
Les différents types de géothermie
On distingue 3 types de géothermie: haute, moyenne et basse température.
La géothermie haute température / haute entalpie
La géothermie profonde va puiser dans des nappes phréatiques profondes dont l’eau a une température entre 150 et 350°C, maintenur sous forme liquide par la pression. En la pompant, elle se transforme en vapeur, vapeur dont la pression permet de faire tourner une turbine, faisant elle-même tourner un alternateur, permettant de transformer le force continue en courant alternatif, qui est adapté au réseau par un transformateur. L’eau est évidemment renvoyée ensuite dans le sous-sol. C’est le principe d’une centrale géothermique.
Dans certains cas, il est possible d’injecter de l’eau en profondeur pour créer ce réservoir. C’est la technique d’extraction de la chaleur des roches.
En France, il n’y a pour l’instant que deux centrales électrique de géothermie :
- La centrale de Bouillante, en Guadeloupe, d’une puissance de 20MW, en service depuis une vingtaine d’année.
- La centrale de Soultz-sous-Forêts est un prototype ayant pour objet de perfectionner la technique d’extraction de la chaleur des roches. Il a une puissance de 1.7MW et peut produire 12GWh/an.
La géothermie basse température / basse énergie
Il est aussi possible d’aller chercher des chaleurs plus basses, jusque 150°C, en descendant moins loin, jusqu’à 2000 mètres de profondeur. C’est une technique utilisée pour le chauffage direct: il s’agit de remonter de la chaleur, qu’on va directement utiliser pour chauffer. On va pouvoir l’utiliser pour le chauffage des serres, des piscines ou encore pour des réseaux de chaleur urbains.
Une méthode est d’aller chercher l’eau d’aquifères.
L’utilisation de pompes à chaleur n’est pas encore répandu pour ce type d’installation. En effet, il n’y a pas besoin d’extraire la chaleur pour l’amener au niveau souhaité: elle y est déjà.
La géothermie superficielle / très basse température / très basse énergie
On peut inclure dans cet ensemble les pompes à chaleur géothermiques.
Néanmoins, je n’ai pas pour l’instant jugé cela pertinent, car il ne s’agit que d’une catégorie de pompe à chaleur. Lorsqu’on parle de géothermie, on pense davantage à la géothermie profonde, à l’extraction de chaleur des tréfonds de la Terre. Or, la géothermie de surface n’exploite pas tant la chaleur des tréfonds que le pouvoir isolant de quelques mètres de terre.
On peut également penser à d’autres technologies, comme la climatisation passive du puit provençal et du puit canadien.
Avantages et inconvénients de la géothermie
L’énergie géothermique a de très belles qualités: elle est littéralement inépuisable, propre, (absolument) sans danger … Néanmoins, elle a un problème majeur: sa disponibilité et son coût. Il s’agit d’un seul problème: plus il faut aller chercher la chaleur en profondeur, plus le système est cher. En outre, si le système est moins cher dans les zones sismiques, il est aussi plus risqué: les séismes peuvent l’endommage. C’est un point crucial qui a fait, qu’aujourd’hui, cette énergie est très peu développée.
Un autre problème est que les forages peuvent provoquer des micro-séismes. Cela aurait notamment été le cas en Suisse, où deux séismes (3.4 et 3.6) auraient été imputables à cette activité.
Applications possibles de la géothermie
La géothermie a deux ensembles d’applications: d’une part, la production d’électricité et d’autre part la production de chaleur.
La géothermie pour produire de l’électricité
Seule les hautes chaleurs sont exploitables pour produire de l’électricité, cela concerne dont surtout la géothermie à haute température.
La géothermie pour produire de la chaleur
Il est aussi possible de récupérer la chaleur pour l’utiliser directement, dans des réseaux de chaleur, pour chauffer des bâtiments. Si la chaleur est suffisante, on peut imaginer qu’elle soit utilisée pour des processus industriels, mais je n’en ai pas vu parler.
La géothermie dans le Monde
Dans le monde est produit 88.9 TWh d’énergie géothermique en 2018 (je ne sais pas si c’est électrique ou thermique).
La géothermie a une place importante dans la production électrique pour certains pays:
- 44% pour le Kenya (5.2 TWh)
- 30% pour l’Islande (6 TWh)
- 18% pour la Nouvelle Zélande (7.9 TWh)
- 11% pour les Philippines (10.7 TWh)
Plusieurs projets géothermiques à travers le monde illustrent le potentiel de cette source d’énergie renouvelable :
- La centrale géothermique de Hellisheidi en Islande : l’une des plus grandes centrales géothermiques au monde, elle produit de l’électricité et de la chaleur pour la région de Reykjavik.
- Le projet de Geysers en Californie (États-Unis) : il s’agit du plus grand complexe de centrales géothermiques au monde, avec une capacité de production de plus de 1 500 MW.
- La centrale géothermique de Larderello en Italie : elle fonctionne depuis le début du XXe siècle et continue de produire de l’électricité pour la région.
- https://www.geothermies.fr/usages-production
- https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/geothermie
- https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie
- https://energieetenvironnement.com/2020/07/29/comprendre-la-geothermie-et-ses-limites/
- https://www.francetvinfo.fr/replay-radio/le-billet-vert/energie-la-geothermie-est-sous-utilisee-en-france_4939161.html
- https://www.linkedin.com/posts/nicolas-breyton-0600026_aeznergie-science-geothermie-activity-6914147827740753920-GJ9_/
- https://twitter.com/vbenard/status/1539945824427417601