La géothermie   

La géothermie est la quatrième source de production d’électricité par énergie renouvelable dans le monde après la biomasse, l’hydraulique et l’éolien.

La Terre reçoit du Soleil une chaleur de 1,76.10¹⁷ W au-dessus de l’atmosphère, mais produit également une chaleur interne de 40 TW, soit 4000 fois moins. Elle est constituée de trois zones concentriques : le noyau, entouré du manteau puis de la croûte terrestre.

La chaleur produite au niveau du noyau de la Terre (par la radioactivité naturelle des roches) est véhiculée vers sa surface plus froide.

La géothermie consiste à exploiter cette chaleur (thermie) du sous-sol (géo) pour produire du chauffage (température inférieure à 90°) ou de l’électricité (température supérieure à 150°C). Dans les deux cas, on travaille à partir des nappes d'eau chaude, entre 50 et 180°C présentes dans les couches profondes de la Terre.

1°K = 273°C

                          Coupe radiale de la Terre

Flux thermique

Le flux thermique est la quantité d’énergie émise par unité de surface ; il s’exprime en W.m^-2. Ce flux de chaleur est inégalement réparti.

Ainsi, si le flux géothermique moyen à la surface de la terre est de 60mW/m², il peut atteindre dans certaines régions particulièrement actives, à l’aplomb des dorsales, la valeur de 1W/m² et diminuer au fur et à mesure que l’on s’éloigne. On peut alors y trouver plusieurs centaines de degrés à 1000 m de profondeur. C’est le cas de certaines régions d’Islande, de Nouvelle-Zélande, d’Italie, d’Indonésie, du Japon, des Etats-Unis ou du Mexique.

Les fortes valeurs du flux géothermique s’expliquent par la présence, à de faibles profondeurs, de poches magmatiques liées à des manifestations volcaniques.

Les régions à forte activité géothermique figurent donc sur les pourtours des plaques tectoniques.

Citons l’exemple de l’Islande. Ce pays est localisé sur la dorsale médio-atlantique. La géothermie y est exploitée industriellement, tant pour la production électrique que pour le chauffage.

La température augmente progressivement avec la profondeur (=gradient géothermique).

 En dehors de ces zones à forte activité géothermique, le gradient géothermique est en moyenne de 3°C tous les 100 m en Europe.

A moins de 2000 m de profondeur, la température est alors trop faible pour la production électrique. Elle peut cependant être utilisée pour le chauffage.

La Terre offre ainsi un potentiel géothermique inépuisable.

En France, le flux géothermique varie entre 50 et 160 mW/m²

L’exploitation de la géothermie en France et dans le monde

La géothermie est une source importante d’électricité dans le monde : 46 TWh en 2001. En effet des efforts importants sont effectués pour développer ce mode de production d’énergie renouvelable.

C’est le cas des Etats-Unis qui disposent de près de 200 unités de production, et de certains autres pays qui bénéficient d’une activité géothermique importante : l’Islande, Le Japon, La Nouvelle-Zélande, …

L’Islande

La géothermie est la source d’énergie principale de l’Islande. Il existe trois centrales électriques importantes qui fournissent environ 17% (2004) de la production d’électricité du pays. De plus, la chaleur géothermique fournit le chauffage et l’eau chaude d’environ 87% des habitants de l’île.

                           

La France quant à elle, s’appuie principalement sur ses îles d’outre-mer nées de formation volcanique. Citons la Guadeloupe qui dispose à Bouillante de deux unités d’une puissance totale de 15MW produisant un mélange eau-vapeur à 160°C. Ces deux installations assurent environ 10% des besoins en électricité de l’île.

Depuis quelques années, le marché des pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage des maisons individuelles connaît en France un réel développement, à l’image de ce qui se passe dans d’autres pays européens. Pour fixer un ordre de grandeur, le nombre des maisons individuelles neuves construites en France chaque année utilisant ce mode d’énergie s’élève à environ 180 000.

Le flux géothermique en France métropolitaine

Les quatre grands types d’installation géothermique

Les critères d’appréciation d’un site géothermique sont d’une part la température du sous-sol et, d’autre part, la perméabilité de la roche, qui rend possible la circulation de l’eau chaude et donc son extraction.

La chaleur captée est utilisée pour le chauffage ou transformée en électricité par le biais d’une turbine à vapeur qui génère de l’électricité.

Selon la profondeur du forage et la température atteinte, on parle de géothermie de très basse, basse, moyenne ou haute énergie.

La géothermie de très basse énergie

Pompée à faible profondeur, d’où des coûts de forage réduits, l’eau utilisée se trouve à une température comprise entre 30 et 50 °C. Cela permet de chauffer des serres, voire des logements si une source complémentaire est utilisée. La Maison de la Radio, à Paris est chauffée selon ce principe.

Une pompe à chaleur est utilisée pour augmenter le niveau de température de l’énergie prélevée dans le sous-sol pour la restituer à l’intérieur du bâtiment.

L’installation peut être  verticale ou horizontale.

Les capteurs horizontaux sont des tubes installés en boucles enterrées horizontalement à faible profondeur. Dans ces boucles circule, en circuit fermé, de l’eau additionnée d’antigel. La longueur totale des tubes d’un capteur horizontal dépasse plusieurs centaines de mètres. On estime la surface de capteur nécessaire de 1.5 à 2 fois la surface habitable à chauffer. Pour une maison de 150 m², le capteur occupera entre 225 et 300 m².

Les capteurs verticaux sont constitués de deux tubes formant un U installés dans un forage (jusqu’à 80 m de profondeur). On y fait circuler de l’eau additionnée de liquide antigel dans un circuit fermé. Deux sondes géothermiques d’environ 70 m de profondeur chacune peuvent convenir pour chauffer une maison de 120 m² habitable.

L’emprise au sol est faible par rapport à des capteurs horizontaux mais la réalisation du forage exige un minimum de place et une bonne accessibilité.

Installation géothermique avec capteurs horizontaux

Installation géothermique avec capteurs verticaux

La géothermie de basse énergie

L’eau utilisée est pompée entre 1500 et 2000 m et sa température est comprise entre  50 et 90°C. Elle est donc utilisable pour le chauffage.

La géothermie de moyenne énergie

La géothermie de moyenne énergie utilise de l’eau sous forme de vapeur, à une température allant jusqu’à 150°C. Cette eau est utilisée pour le chauffage, mais peut aussi produire de l’électricité par l’intermédiaire d’un fluide entrant en ébullition à une température plus basse (ex : ammoniac).

La géothermie de haute énergie

Certains sites exceptionnels, liés au volcanisme, fournissent une vapeur plus chaude, sous pression ; la production directe d’électricité est alors possible.

Différents usages de la géothermie

Les différents types d’utilisation dépendent du niveau de température de l’eau géothermale, et donc de la profondeur.

Ses applications sont nombreuses. La principale concerne le chauffage des bâtiments, soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur soit de façon plus individuelle par le biais de pompes à chaleur couplées à des capteurs enterrés.

LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DE LA GEOTHERMIE

°Les Avantages

Energie propre, elle présente un fort potentiel de développement : la puissance géothermique mondiale installée n’est que de 6000 MW alors que les possibilités sont estimées à 300 000 MW. D'ailleurs son succès est reconnu dans plusieurs pays déjà, dont l'Islande pour qui elle constitue la principale source énergétique.

C’est une énergie constante et puissante, elle ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent), c’est donc une source d’énergie quasi-continue.

Dans le cadre d’une politique d’économie d’énergie, la technique très basse énergie est amenée à se développer chez les particuliers du fait de sa rentabilité (avec 1 kwh d’électricité consommé pour la pompe à chaleur, on produit 1.5 à 4.5 kwh thermique).

°Les Inconvénients

Les nappes d'eau chaudes n'affleurent pas à la surface, il faut donc aller les chercher en profondeur. Les sites permettant l’exploitation d’une eau très chaude à une profondeur raisonnable et donc rentable sont extrêmement rares.

La chaleur est difficilement transportable et stockable. Le transport de l’eau chaude dans les canalisations coûte cher et les pertes sont très importantes.