L’énergie géothermique, une solution écologique pour un avenir durable

L’énergie géothermique exploite la chaleur du sous-sol de la Terre pour la production d’électricité ou de chaleur. La chaleur émane de réservoirs de vapeur et d’eau chaude. Cette source d’énergie renouvelable est disponible dans tous les pays du monde. Mais son développement se heurte à des coûts d’installation élevés et de possibles impacts environnementaux. Centrale géothermique avec forage de puits, pompe à chaleur, l’exploitation de la géothermie utilise diverses technologies. En France, la géothermie est peu répandue. Pourtant, l’énergie géothermique se démarque des autres énergies renouvelables par sa disponibilité constante.

Qu’est-ce que l’énergie géothermique ?

L’énergie géothermique exploite des réservoirs souterrains de vapeur et d’eau chaude qui se trouvent dans la croûte terrestre. La géothermie a deux sources : le rayonnement solaire et l’activité du manteau terrestre (partie supérieure de la Terre).

Trois sortes d’énergies géothermiques selon la température désirée

Il existe trois sortes d’énergies géothermiques : très basse température, basse température et haute température. Elles diffèrent par leur profondeur, leur température ou l’utilisation de la ressource de chaleur.

• La géothermie très basse température utilise la chaleur du sol ou de l’eau en sous-sol, à une profondeur inférieure à 200 mètres. La température ne dépasse pas les 30 °C.
• La géothermie basse température utilise la chaleur de l’eau située à une profondeur allant de quelques centaines de mètres à 2 km. Les températures oscillent entre 30 et 90 °C.
• La géothermie haute température est basée sur une eau dont la température dépasse les 150 °C. Pour l’atteindre, des forages à plus de 1500 mètres de profondeur sont nécessaires.

 

La profondeur du forage dépend du gradient géothermal

La profondeur des installations diffère selon la géologie du sous-sol. En moyenne, sous Terre, la température augmente de 30 °C tous les kilomètres. C’est ce que l’on nomme le gradient géothermal. Ce gradient varie selon les pays et au niveau local. Il peut atteindre 100 °C par kilomètre. Plus il est élevé, moins le forage est profond.

Selon la température de la chaleur ou de l’eau puisées en sous-sol, l’énergie géothermique permet d’alimenter un système de chauffage ou de climatisation. Elle permet également la production d’électricité dans des centrales géothermiques.

Comment fonctionne l’énergie géothermique ?

Dans le cas des centrales géothermiques, le forage de puits à près de 2 km de profondeur permet de puiser une eau chaude sous haute pression et de la remonter en surface. En surface, sa pression baisse. L’eau se transforme en vapeur qui enclenche une turbine reliée à un générateur d’électricité. Refroidie, la vapeur se condense en eau. Cette eau est pompée dans la terre. Le cycle recommence.

Le système de pompe à chaleur, lui, pompe de l’eau (le fluide) à quelques centimètres de profondeur de la surface ou dans des forages un peu plus profonds. À cette profondeur, la température oscille constamment entre 15 et 20 °C. La pompe à chaleur géothermique récupère l’énergie et la transfère vers le système de chauffage.

Quels sont les avantages de l’énergie géothermique ?

L’énergie géothermique est une énergie renouvelable et inépuisable puisque la Terre produit de la chaleur en continu sur toute sa surface. L’énergie géothermique est disponible dans tous les pays, tout le temps. Elle ne dépend pas des conditions météorologiques comme le solaire ou l’éolien.

Cette ressource d’énergie est facile à exploiter. La chaleur liée à la géothermie gît à moins de 200 mètres de profondeur. Enfin, c’est une énergie accessible aux particuliers. En optant pour une pompe à chaleur raccordée à leur système de chauffage, ils augmentent leur indépendance par rapport au réseau électrique traditionnel.

Toutefois, l’exploitation de la géothermie nécessite de lourds investissements au départ. L’installation d’une pompe à chaleur chez un particulier oscille entre 4000 et 20 000 euros. Les centrales géothermiques sont coûteuses. Ces installations se trouvent souvent dans des régions volcaniques, comme à Bouillante en Guadeloupe. Les forages y sont onéreux.

La construction de ces centrales géothermiques pour la production d’électricité engendre de fortes émissions de CO2. Le forage d’un puits à une grande profondeur nécessite des machines gourmandes en énergie.

L’énergie géothermique est-elle une énergie renouvelable ?

En France, l’énergie géothermique appartient aux énergies renouvelables. Sa source est inépuisable. La chaleur et l’eau sont présentes naturellement dans le sous-sol de la Terre grâce au rayonnement solaire et à l’activité du manteau terrestre. Ces deux sources renouvellent l’énergie géothermique en continu.

Le sol se régénère de lui-même au niveau thermique. Aucun transport n’est nécessaire pour la distribuer. L’utilisateur se situe en général à proximité de l’installation. Une fois installée, son empreinte carbone est faible.

Dans quels domaines peut-on utiliser l’énergie géothermique ?

En France, l’énergie électrique ou thermique de la géothermie est utilisée dans différents secteurs.

• Habitat, santé, loisirs : la géothermie à très basse température assure le chauffage, la climatisation, l’eau chaude sanitaire via une pompe à chaleur. La géothermie s’applique aussi au thermalisme, au chauffage de piscines ou au chauffage urbain.
• Agriculture, alimentaire : la géothermie est utilisée pour le chauffage de serres par le sol ou l’air, le chauffage de champignonnières, le chauffage de bassins de pisciculture. La géothermie sert aussi à sécher des produits agricoles.
• Industrie : l’exploitation de la géothermie sert à sécher des produits industriels, extraire des substances chimiques, distiller de l’eau douce, à la production de pâte à papier, mais surtout pour la production d’électricité (par centrales à fluide binaire ou à partir de la vapeur).

 

Quelles technologies sont utilisées pour l’exploitation de l’énergie géothermique ?

La pompe à chaleur est le dispositif central utilisé dans la géothermie à très basse température. Un fluide caloporteur (en général de l’eau) circule dans des tuyaux enfouis sous la surface de la Terre. Au contact du sol, le fluide se réchauffe. Il se transforme en gaz, puis rejoint un système de chauffage. Une fois la chaleur épuisée, le fluide redevient liquide. Il retourne dans le sol.

La géothermie à basse température repose sur le forage de puits assez profonds pour atteindre les nappes d’eau chaude. Un échangeur thermique récupère la chaleur de cette eau pompée jusqu’en surface. Il la transmet au système de chauffage. L’eau refroidie redescend dans le puits.

La géothermie à haute température exploite l’énergie à travers des centrales géothermiques. Ces installations nécessitent le forage d’un puits à une grande profondeur. Il atteint des nappes d’eau chaude dont la température oscille entre 150 et 250 °C. Cette eau remonte dans le puits sous forme de vapeur. En surface, elle enclenche une turbine qui produit de l’électricité. Puis, l’eau redescend dans le puits.

Si aucune nappe d’eau chaude n’est présente, de l’eau douce sous pression est injectée en profondeur, puis pompée en surface. Cette technologie, appelée stimulation hydraulique, augmente la perméabilité des réservoirs d’eau fracturés en profondeur.

Quel est l’effet sur l’environnement de l’énergie géothermique ?

Comparée aux sources d’énergie traditionnelles, l’énergie géothermique génère peu d’émissions de gaz à effet de serre. Le développement de la géothermie a toutefois des conséquences. Les forages en profondeur peuvent libérer des gaz comme le sulfure d’hydrogène. Lorsque leur quantité est élevée, ces émanations naturelles sont toxiques pour l’atmosphère.

Des composés organiques volatils peuvent également s’échapper. La question des déchets géothermiques se pose. Les boues de forage et les eaux usées des puits contiennent parfois des éléments radioactifs.

Quelles sont les conséquences de l’énergie géothermique sur les écosystèmes ?

Les forages profonds liés à l’énergie géothermique peuvent modifier la géologie locale. Le sous-sol fragilisé devient alors instable. Les forages géothermiques en profondeur créent des séismes de faible magnitude.

La stimulation hydraulique fait parfois remonter à la surface une eau chargée en arsenic ou mercure (des minéraux naturels). L’effet peut être néfaste sur les écosystèmes environnants. En phase de construction, un projet de centrale géothermique peut perturber les animaux en période de reproduction.

Quelles sont les différences entre l’énergie géothermique et les autres sources d’énergie renouvelable ?

Contrairement à d’autres énergies renouvelables, comme l’énergie solaire, l’énergie géothermique n’est pas intermittente. Elle est disponible en continu toute l’année. En revanche, c’est une forme d’énergie plus difficile à localiser que les autres énergies renouvelables.

L’énergie géothermique est aussi une source d’énergie flexible. Une centrale géothermique augmente ou diminue sa production tout au long de la journée. Elle peut utiliser 100 % de sa puissance ou seulement 10 %.

Malgré des zones exploitables, la France utilise peu la géothermie dans son mix énergétique. Une seule centrale, en Guadeloupe, assure la production d’électricité géothermique à un niveau industriel. Le potentiel de développement de cette énergie demeure important. Les énergies renouvelables vous intéressent ? Découvrez les formations développement durable de l’ESI Business School.