Une usine électrique utilisant la géothermie. (Image : Thanks for your Like • donations welcome / Pixabay)
Dans le cadre des énergies renouvelables, la géothermie a toute sa place. C’est une énergie du futur particulièrement écologique. L’investissement de départ est important. Mais une fois la somme amortie, le système continue à produire de l’énergie sans polluer ni consommer des matières premières rares durant des années.
La géothermie consiste à utiliser la chaleur de la terre pour produire le chauffage et l’électricité. La température du sous-sol augmente d’environ 1 °C tous les 30 mètres de profondeur. Dans les régions volcaniques, cela peut aller jusqu’à 100 °C par 100 mètres. Le prélèvement de la chaleur varie de quelques mètres à plus de 6000 mètres.
La géothermie pour produire de l’électricité
La chaleur provenant de la géothermie à haute énergie (dès 1500 mètres de profondeur) atteint entre 150 °C et 350 °C. La centrale utilise cette chaleur pour produire de l’électricité et possiblement du chauffage. Ces centrales sont souvent installées sur une zone volcanique. À savoir qu’en dessous de 1500 mètres, l’équilibre de la croûte terrestre est critique et un forage peut causer la réactivation des couches géologiques causant des tremblements de terre.
Les prélèvements profonds et de moyenne profondeur utilisent le système ouvert. C’est-à-dire que l’eau souterraine est prélevée par un conduit, utilisée et réinjectée dans le sous-sol par un autre conduit. De cette manière, le niveau d’eau souterrain est conservé. L’eau ne serait pas utilisable sur terre car elle est chargée en minéraux toxiques.
En France, deux centrales à géothermie profonde existent. L’une est la centrale géothermique de Bouillante en Guadeloupe qui capte une eau géothermale à 250-260 °C prélevée à une profondeur comprise entre 500 et 1 000 mètres. Elle fonctionne depuis 1986. La deuxième, beaucoup plus récente, est à Rittershoffen en Alsace, elle est à usage industriel et utilise une eau géothermale de 170 °C captée à plus de 2600 mètres de profondeur.
En Islande, terre volcanique, la géothermie fournit plus de 90 % du chauffage et 27 % de l’électricité. Elle possède l’une des plus grandes centrales géothermiques au monde, Hellisheiði. Mais la géothermie reste largement sous exploitée à travers le monde. Il se peut que ce soit du fait qu’elle n’est pas encore totalement maîtrisée et que son prix d’investissement est élevé.
Pour être l’énergie du futur, des recherches sur la technique de forage sont menées à Larderello, en Toscane, une zone géothermale très ancienne. Il s’agit du projet DESCRAMBLE qui étudie des roches à l’état solide et fondu, afin de prédire et contrôler les futures conditions de forage. Les chercheurs ont d’ailleurs réussi un forage au niveau supercritique, sans provoquer de perturbations sismiques non maîtrisées : ce qui est très encourageant pour l’avenir de cette technique.
Un camion vibreur utilisé pour cartographier le sous-sol en 3D. (Image : C. Keller / Vision Times)
La géothermie pour le chauffage industriel : l’exemple de Genève
Le canton de Genève souhaite atteindre la neutralité carbone au plus tard en 2050. Après avoir investi massivement dans le solaire, la géothermie s’est naturellement imposée comme énergie du futur. Après avoir fait quelques forages prometteurs, il a été décidé de cartographier le sous-sol du canton.
Pour cela, des camions vibreurs sillonnent le territoire en transmettant des ondes acoustiques dans le sol à intervalles réguliers. Celles-ci sont récupérées par des capteurs. Le but est d’avoir une meilleure connaissance de ce sous-sol. Dans un second temps, la cartographie en 3D du sous-sol sera étudiée afin de trouver les meilleurs emplacements pour faire les forages. Monsieur Clerc, géologue et géomaticien explique : « Genève utilisera la géothermie pour le chauffage. Une profondeur de forage de 1500 mètres au maximum suffit pour obtenir de l’eau chaude à 40-60 °C. »
La crainte que les forages provoquent un séisme comme ce fut le cas à Bâle en 1997 n’a pas lieu d’être. Monsieur Clerc confirme : « À Bâle, le forage est descendu à près de 5000 mètres de profondeur. De plus, à Bâle, le sous-sol est en granit. Forer dans cette roche très dure est plus risqué que dans un sol argilo-calcaire comme à Genève. »
Plan de l’utilisation de la géothermie avec pompe à chaleur. (Image : Lisa-ghi / CC BY-SA 4.0)
La géothermie dans son jardin
La géothermie à très basse énergie utilise une chaleur d’environ 30 °C. Elle est exploitée à l’aide d’une pompe à chaleur et concerne les maisons individuelles. Des capteurs sont posés dans le sol de la cour ou du jardin.
Des tuyaux contenant de l’eau et de l’antigel les relient. Ils parcourent le terrain pour récupérer les calories emmagasinées par le sol. Elles proviennent du soleil et des eaux de pluie. La chaleur obtenue passe dans la pompe à chaleur. Cette dernière utilise un fluide frigorigène pour transmettre les calories récupérées dans le sol à l’eau du système de chauffage.
Le prix d’une telle installation varie entre 10 000 à 15 000 € et devient rentable à partir de la 5ème année. Au bout de 15 à 20 ans, il faudra remplacer quelques éléments défaillants, comme le condensateur ou le compresseur. Avec un bon entretien, l’installation peut vivre au moins 40 ans. C’est une technique qui a fait ses preuves et qui est largement répandue en Suisse, en France et au Canada.
Ginzan Onsen est une station thermale aux sources chaudes nichée dans les montagnes, qui a gardé le charme des années 1900. (Image : Eiji Kikuta / Pixabay)
L’énergie du futur a une histoire
Durant la préhistoire, des traces de l’utilisation de la chaleur de la terre se retrouvent dans les régions volcaniques. C’est probablement grâce à cela que les hommes ont pu survivre aux périodes glaciaires. La découverte du site de Niisato au Japon, datant de 15 000 à 20 000 ans, démontre que des hommes ont utilisé les fumerolles et les sources chaudes pour se chauffer, cuire des aliments et se baigner.
L’être humain a toujours profité des dons que la nature offre. Les bains thermaux existent depuis très longtemps partout où vivent les hommes et les sources chaudes. En France, la source du Par à Chaudes-Aigues (Cantal) possède une source d’eau chaude à 82 °C. Des archives décrivent qu’au XIVe siècle, un réseau d’eau chaude reliait quelques maisons. L’eau était utilisée pour le lavage de la laine et des peaux.
À Larderello en Toscane, Italie durant l’époque romaine, les sources étaient utilisées pour les bains. La première centrale électrique géothermique qui utilise la vapeur pour générer de l’énergie a été inventée par Piero Ginori Conti, un scientifique italien, en 1904. Aujourd’hui, elle produit 10 % de la production mondiale d’énergie géothermique, soit 4800 GWh/an, fournissant en électricité environ 1 million de foyers italiens.
L’institut Fraunhofer, en Allemagne, teste un procédé de forage dans lequel la roche est enlevée électriquement et thermiquement à l’aide d’impulsions à haute tension. La roche est détruite pratiquement sans contact. Il est particulièrement adapté aux roches dures et cristallines telles que celles trouvées dans les réservoirs géothermiques. C’est probablement l’outil de forage du futur.
Rédacteur Catherine Keller
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