Géothermie
Le mot géothermie provient du grec Géo (Terre) et Thermos (Chaud) et désigne la chaleur issue du sous-sol ainsi. Par abus de langage, on range dans la catégorie Géothermie les technologies visant à exploiter cette énergie.
Sommaire
Description
L'énergie géothermique
Les sols et les sous sols accumulent sans cesse des quantités immenses de chaleur provenant de la croûte et émise sous forme de radioactivité. Plus on s'enfonce profondément dans le sol, plus on ressent ce phénomène. Selon les régions l'augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte, et varie de 3°C par 100 m en moyenne jusqu'à 15°C ou même 30°C. La moyenne en France se situe autours de 3,3°C/100m. Cette énergie interne est inépuisable à l'échelle de temps qui est la nôtre.
Les applications
L'exploitation de la ressource géothermique est ancienne. Les bains des sources chaudes étaient pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. Elle connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées. Les pays où la production de chaleur à partir de la géothermie est la plus importante sont la Chine, les États-Unis et l'Islande.
On est aujourd'hui capable d'extraire cette énergie de manière très sophistiquée afin de l'utiliser sous forme de chauffage, de climatisation ou d'électricité. On distingue plusieurs types de géothermie qui correspondent à des applications particulières, à ne pas mettre au même plan :
- La géothermie de surface individuelle (très basse énergie) qui concerne particulièrement les installations individuelles de chauffage et de climatisation domestique ainsi que la climatisation individuelle et collective.
- La géothermie basse énergie qui est plus propice au chauffage de bâtiments collectifs.
- La géothermie moyenne énergie qui permet l’exploitation de réseaux de chaleur à l’échelle d’un quartier ou d’une petite ville.
- La géothermie haute énergie (Géothermie profonde) permettant la production d’électricité.
Géothermie de surface
Elle permet essentiellement le chauffage ou la climatisation de maisons individuelles en collectant l'énergie des premiers mètres de sol, caractérisés par une température constante entre 12 et 30°C en moyenne. On peut collecter l'énergie du sol peu profond par trois intermédiaire différents :
- L'air grâce à un système appelé puits provençal. Il permet de climatiser naturellement l'air intérieur.
- L'eau en pompant sur les nappes phréatiques, système appelé geothermie sur nappe. Ce dispositif nécessite une pompe à chaleur et permet à la fois le chauffage et la climatisation si la pompe à chaleur est réversible
- Un fluide caloporteur qui circule dans des tubes, système appelé sonde géothermique. On distingue le captage au sol ou captage horizontal des sondes verticales. Ces dispositifs nécessitent également une pompe à chaleur et permettent aussi la réversibilité.
Ces systèmes sont très en vogue à l'heure actuelle, car ils permettent des économies très importantes notamment en comparaison de la climatisation et au chauffage traditionnels. Cependant et mis à part le système de puits provençal, les systèmes nécessitant une pompe à chaleur consomment de l'électricité. On estime qu'en moyenne pour 4kW de chaleur produite une pompe à chaleur consomme environ 1kW d'électricité. Ce système n'est donc pas autonome ni exempt d'émission de CO2 ou de consommation d'énergie fossile. Toutefois il permet de diviser par 4 la consommation d'énergie électrique en comparaison avec le chauffage électrique.
De nombreux organismes et collectivités territoriales ainsi que l'état facilitent actuellement l'installation de ce genre de système grâce à des primes, des systèmes d'assurance ainsi que des abattements d'impôt.
Dans certaines grandes villes cette technologie est utilisée pour chauffer et refroidir des plus gros bâtiments. Son utilisation massive n'est pas sans poser de problème, comme par exemple à Lyon où la nappe se réchauffe suite à l'exploitation intensive de la climatisation.
Géothermie moyenne et basse énergie
Ces géothermies permettent la production de chaleur pour le chauffage de bâtiments collectifs grâce à la géothermie sur nappe ou des sondes géothermiques verticales. En basse énergie (T°C entre 30 et 90°C) on a généralement recours à une pompe à chaleur alors que la géothermie moyenne énergie (T°C entre 90°C et 150°C) n'en nécessite pas.
Géothermie profonde
Généralités
La chaleur terrestre est utilisée traditionnellement dans les constructions de centrales électriques géothermiques dans les régions volcaniques et tectoniquement perturbés où il y a des niveau aquifère atteignant de fortes températures (> 150°C), près de la surface. Elles sont principalement situées aux États-Unis, aux Philippines et en Italie. A noter qu'il en existe une sur l'île de la Réunion dans la ville de la Bouillante.
Cependant, il est possible de chercher les fortes température en profondeur en vue de produire de l'électricité, procédé nommé Hot-Dry-Rock, aujourd'hui encore en développement. Le potentiel offert par cette technique est très important. Les scientifiques estiment que les ressources géothermiques exploitables par cette technique permettront, lorsqu'elle sera économiquement viable, de satisfaire sur le long terme une fraction significative des besoins de puissance électrique d'un pays tel que les USA. En effet, cette énergie est considérée comme renouvelable à condition que l'on respecte son temps de reconstitution.
Principe
Le procédé Hot-Dry-Rock consiste en l'injection d'eau froide à forte pression dans des couches géologiques très profondes, là où la roche atteint une température d'environ 200°C. Ainsi, on va créer un réservoir artificiel d'eau sous-terraine dont la température va être proche des 200°C, que l'on va pouvoir exploiter en la pompant.
Par exemple, en Suisse, cela correspond à des profondeurs s’approchant de 5000 m. Sous l'effet de la pression, l'eau élargit les fissures existantes dans le massif rocheux ainsi une circulation d’eau continu peut alors être instaurée entre le puits d'injection et le puits de production. Pendant son trajet souterrain, l'eau injectée capte la chaleur terrestre et se transforme partiellement en vapeur lors de sa remontée dans les forages de production situés à une distance de quelques centaines de mètres.
L'eau est donc remontée en surface et transmet son énergie, par le biais d'un échangeur de chaleur, à un deuxième fluide dans un circuit fermé équipé d'une turbine à vapeur couplée à un générateur. L'eau du premier circuit fermé, ainsi refroidie, retourne dans le massif rocheux par le forage d'injection et se réchauffe à nouveau.
Exemple : projet de géothermie profonde de Soultz-Sous-Forêts
Ce projet pilote, lancé en 1987 à Soultz-sous-Forêts dans le Bas-Rhin, est géré par le Groupement européen d'intérêt économique (GEIE) et a nécessité 16 années d'études. Ce programme consiste à démontrer la faisabilité de l'utilisation de la chaleur issue des roches sèches fracturées et donc que la production d’électricité par géothermie profonde est un procédé efficace.
Le 13 juin 2008, la centrale de production d’électricité a été mise en route. Elle produit 1.5 MW, une quantité qui suffit à alimenter en électricité un village de 1500 habitants. L’eau est pompée en grande profondeur (à 5000 mètres sous terre), pour se charger en calories en circulant dans les fractures existantes des roches chaudes, environ à 200 °C. Elle remonte ensuite en surface, avec une température qui avoisine les 180°C. Après être passée par le système d’échangeurs de chaleur, l’eau cède ses calories à un fluide (isobutane) qui va se transformer en vapeur sèche puis entraîner une turbine, couplée à un générateur pour produire l’électricité.
Ce projet de centrale, à caractère expérimental, sera suivi par la réalisation en 2015 d'un prototype industriel de 20 MWe capable d'alimenter en électricité une ville de 20000 habitants.
Deux projets de forages géothermiques similaires sont à l'étude en Alsace pour la production de chaleur dans la région de Beinheim et de Pechelbronn (Bas-Rhin), à des profondeurs de 1000 et 3000 mètres.
Avantages
- La géothermie est une source d’énergie renouvelable, et ce type d'exploitation est autonome, contrairement à la géothermie très basse énergie et basse énergie. (Pas de pollution, ni émission gaz à effet de serre)
- Cette source d’énergie permet d’assurer une production importante (des puissances de quelques dizaines de MW selon les installations voir des centaines de MW à proximité des points chauds),contrairement au photovoltaïque (1kW) ou aux éoliennes. (1MW)
- Cette ressource a aussi l’avantage par rapport aux autres énergies renouvelables, de produire toute l’année et toute la journée, car l’énergie géothermique est peu sensible aux variations météorologiques.
- C'est une source d'énergie également répartie sur la surface de la Terre, évitant les conflits pour les ressources
Inconvénients
- Les forages pour accéder à cette ressource sont souvent très couteux, car la production d’électricité nécessite de très hautes températures, donc de très grandes profondeurs. Il est par ailleurs légitime de s'interroger sur le coût énergétique de tels forages.
- La réussite d'un projet de centrale n'est jamais assuré car les forages peuvent se révéler infructueux voir même dangereux, on parle de « risque géologique » (provocation de séisme notamment).
- L’implantation d’une centrale est un processus très long, d'abord à cause de la lourdeur de l'étude prospective à effectuer (études géologique, thermiques, détermination du lieu de forage...), mais ensuite par la lourdeur de l'étape de forage ainsi que la période de rodage du dispositif.
- Il faut faire attention à ne pas surexploiter la ressource sous peine d'épuiser ses capacités thermiques et de voir les rendements des installations diminués. Malheureusement, cette charge maximale est difficile à évaluer.
- Le fait d'injecter de l'eau à très haute pression dans les couches profondes (technique dite de fracturation) présente un risque géologique encore mal connu. En 2007, des essais de fracturation on provoqué un tremblement d'une magnitude de 3,7 sur l'échelle de Richter autours de la centrale expérimentale de Bâle. Bien que cela reste faible et qu'aucun dégât consécutif important n'ait été signalé, le projet a été immédiatement gelé.
- Le bruit généré par les installations.
- L'usure rapide des tuyaux et turbines.
Voir aussi
Le présent Article Ékopédia propose en compléments d'infos : des expériences de lecteurs, dont un témoignage sur Géothermie...Liens internes
Liens externes
- http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_15.html
- http://www.geothermie-perspectives.fr
- Les différents types de pompes à chaleur géothermiques
- http://www.soultz.net/fr/
- http://www.geothermie-soultz.fr/
- http://www.edf.fr/html/ecole_energie/accessibilite/glo_g_geothermie.htm
- http://www.edf.com/html/panorama/production/renouvelable/geothermie/fonctionnement.html
- http://www.crdp.ac-caen.fr/energies/Geothermie.htm
- http://www.geothermie.ch/index.php?p=geothermics_worldwide&l=fr
Bibliographie
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