Notions de géothermie

Du grec gêo (terre) et themos (chaud), la géothermie   désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe ainsi que les processus industriels qui visent à l’exploiter, pour produire de l’électricité et/ou de la chaleur.

La chaleur du sous-sol

La géothermie   désigne la chaleur du sous-sol de la Terre ainsi que son exploitation à des fins de production énergétique.
Cette énergie est indépendante des évènements climatiques extérieurs, ce qui fait de la géothermie   une énergie disponible 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Les phénomènes de convection et de conduction interne du globe associés à la dégradation des éléments radioactifs naturels contenus dans le sous-sol produisent ce flux de chaleur infini à l’échelle de l’Homme.
La géothermie   est une énergie renouvelable.
Schéma de la chaleur terrestre -  voir en grand cette image

Ainsi, lorsqu’on descend en profondeur, on constate que le sous-sol est de plus en plus chaud.

  • A 20 m de profondeur, la température du sous-sol n’est plus influencée par les évènements climatiques quotidiens (changements jour-nuit, pluie, vents, ensoleillement, …).
  • A 100 m de profondeur, la température du sous-sol correspond à la température moyenne annuelle en surface, c’est-à-dire environ 14 °C.
  • Au-delà de 100 m, la température augmente en moyenne de 3 °C tous les 100 m. C’est ce qu’on appelle le gradient géothermal et celui-ci peut connaitre des variabilités. En Alsace, une anomalie thermique fait grimper le gradient géothermal à 10 °C tous les 100 m alors que dans les Pyrénées, ce gradient n’augmente que de 2 °C tous les 100 m.

Techniques d’exploitation et usages

La chaleur de la Terre peut servir à :

A chaque usage, sa technique… Il existe deux techniques pour capter les calories contenues dans le sous-sol :

  • soit on fait circuler de l’eau et de l’antigel dans un tuyau placé dans le sous-sol : on parle alors de géothermie sur échangeurs fermés. Ces échangeurs, installés à une profondeur variant entre 2 et 100 m de profondeur, peuvent être soit horizontaux, soit verticaux soit compacts sous forme de corbeille. A l’aide d’une pompe à chaleur, ces systèmes permettent aux maisons individuelles, aux bâtiments collectifs et à usage tertiaire de produire suffisamment d’énergie pour se chauffer et/ou de disposer d’eau chaude sanitaire. Il est également possible de rafraîchir un bâtiment.
  • soit on capte directement l’eau des aquifères : on parle alors de géothermie sur échangeurs ouverts Un premier forage   équipé d’une pompe va remonter l’eau. En surface, un échangeur de chaleur va capter les calories de l’aquifère   et un deuxième forage   permettra de renvoyer cette eau dans l’aquifère   d’origine. Suivant la profondeur et la présence d’anomalie thermique, la quantité de calories captées varie. On peut ainsi produire suffisamment de chaleur pour chauffer un ou plusieurs bâtiments : on parle alors de micro-réseau ou réseau de chaleur. L’essentiel de ces ressources se situe dans les bassins sédimentaires. Avec le réservoir du Dogger situé sous Paris et sa région, le bassin parisien dispose, de la plus grande densité mondiale de réseau de chaleur géothermique.
La ville géothermale (© ADEME - BRGM)"
La ville géothermale (© ADEME - BRGM)

On distingue généralement :

  • La géothermie   très basse énergie (température inférieure à 30°C) ayant recours aux pompes à chaleur (PAC) pour l’exploitation de l’énergie contenue dans le sol ou dans les nappes d’eau souterraine peu profondes pour couvrir des besoins en chaud et/ou en froid en limitant les consommations d’énergies traditionnelles.
  • La géothermie   basse énergie, correspondant à des ressources dont la température se situe entre 30 et 90°C, directement utilisables pour des applications thermiques. L’essentiel de ces ressources se situe dans les bassins sédimentaires.
  • La géothermie   moyenne énergie, correspondant à des ressources dont la température se situe entre 90 et 150°C, indirectement valorisable pour la production d’électricité en recourant à des fluides organiques à basse température de vaporisation tournant en circuit fermé et parfois utilisables en usage combiné chaleur-énergie.
  • La géothermie   haute énergie, correspondant à des ressources dont la température est supérieure à 150°C, directement exploitable pour la production d’électricité, et généralement localisées à proximité des grands arcs volcaniques.

En présence d’anomalie thermique ou en contexte volcanique, la température très élevée permet d’utiliser le fluide géothermal pour produire de l’électricité. Deux centrales électriques fonctionnent à ce jour en France : Soultz-Sous-Forêts et Bouillante.

La production d’énergie géothermique en France (source   AFPG 2012 et 2013)

Production de chaleur

  • 255 000 logements ou bâtiments à usage tertiaire ou collectifs utilisent une solution géothermique individuelle par pompes à chaleur.
  • 180 000 équivalents logements sont alimentés par 42 réseaux de chaleur géothermiques en fonctionnement.

La France dispose ainsi d’une puissance totale installée de 2 300 MWth pour la production de chaleur géothermique et se classe ainsi au 4e rang des producteurs de chaleur géothermique à l’échelle européenne.

Production d’électricité

La centrale de Bouillante dispose d’une puissance de 15 MWe installée et le pilote de Soultz-Sous-Forêts de 1,5 MWe. Ces 16,5 MWe installés ont permis de produire 51 GWh en 2013, soit 0,1 % de la production électrique française.

Pour en savoir plus
Découvrez le réservoir du Dogger utilisé à des fins géothermiques

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