Les nouvelles Énergies

L'origine de la géothermie

La géothermie, formidable réservoir de chaleur installé sous nos pieds, offre une énergie renouvelable, non polluante, locale, disponible 24 heures sur 24, 365 jours par an. Sous nos pieds, la terre est chaude, et même de plus en plus chaude à mesure que l'on s'enfonce dans ses entrailles.

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Les températures de la sphère terrestre

La température de plus de 99 % de la masse du globe terrestre est supérieure à 1 000°C. Seule, une part infime (0,1 %) est à une température inférieure à 100°C. Au centre de la Terre, le cœur du noyau a une température voisine de 4 200°C. A l'extérieur, la croûte terrestre est fragmentée en plaques lithosphériques. Juste au dessous, à des profondeurs de l'ordre de 20 km en moyenne, la température atteint encore 1 300°C dans le manteau supérieur du globe terrestre.

Le noyau se refroidit depuis la création de la Terre, il y a 4 600 millions d'années, mais sa chaleur ne diffuse que lentement, par conduction, vers l'extérieur. Les roches sont de très mauvais conducteurs en formant un "bouclier thermique". Or, le flux géothermique qui parvient à la surface du globe varie entre 0,02 et 0,25 W/m², avec une valeur moyenne de 0,06 W/m². De fait, la chaleur du manteau est renouvelée par des cellules de convection et elle peut diffuser plus particulièrement à la frontière des plaques lithosphériques dont la disposition induit les différentes valeurs des flux.

Les différentes valeurs du gradient géothermal nous révèlent concrètement l'apport de cette convection. On nomme "gradient géothermal" (ou, avec moins de justesse, "gradient géothermique", la valeur de l'accroissement de la température en fonction de la profondeur. Les mineurs en connaissent bien la manifestation. Le gradient géothermal est en moyenne, sur la planète, de l'ordre de 3°C par 100 m. Il peut atteindre 10°C/100 m ou plus dans les zones dites “actives”.

C'est le "flux de chaleur" qui explique le gradient géothermal.

Ce flux géothermique est responsable d'une puissance totale diffusée dans l'atmosphère de 44 milliards de kW, soit 44 TW, à peu près la puissance énergétique consommée actuellement par les humains, ce qui ne représente pas même le dix millième du flux solaire. L'énergie géothermique est diversement utilisable, et son exploitation doit être envisagée en fonction des zones particulières où le flux est plus important que la moyenne. Cette chaleur issue des profondeurs se manifeste naturellement sous forme de sources chaudes ou de geysers, mais on a mis au point des techniques pour l'exploiter dans d'autres situations. Le choix de la technique est fonction du site.

Les origines de la chaleur dégagée

On estime, aujourd'hui, que la chaleur dégagée par notre Terre résulte de deux principaux phénomènes :

·     l'évacuation de la chaleur résiduelle datant de l'origine même de notre planète;

·     la désintégration des éléments radioactifs présents dans les roches : 90 % de l'énergie dissipée provient de ce mécanisme;

A ceux-ci, sont associés d'autres mécanismes, mais à un degré nettement moindre,  par exemple :

·     la transformation de l'énergie mécanique, qui se manifeste par différents mouvements ou diverses activités à la surface du globe (tremblements de terre, plissements avec déformation tectonique des roches, etc.);

·     la rotation terrestre, qui subit un ralentissement progressif dans sa durée, sous l'effet des marées, l'énergie de freinage étant transformée en chaleur.

La chaleur résiduelle

Après l'explosion d'une étoile, précédant notre Soleil, des poussières, des gaz et des roches flottaient dans l'espace. De nombreux éléments chimiques avaient été créés au cœur de cette étoile. Notre Soleil s'est d'abord constitué puis, dans sa banlieue, pour donner naissance à la Terre, les débris se sont assemblés par accrétion. Au centre, dans le noyau, une énergie considérable s'est accumulée dans la masse. Elle correspond à l'énergie potentielle issue de la condensation de la planète. Ceci explique la température très élevée du noyau, 4 200°C.

La radioactivité naturelle

La majeure partie de la chaleur qui nous arrive des profondeurs de la Terre provient de désintégrations radioactives naturelles : uranium, potassium et thorium principalement. Ces éléments étaient présents à la formation de la Terre. Il s'agit d'une énergie "nucléaire", pour nous sans déchets, puisque les produits restent profondément enfouis.

Flux de chaleur et périodes de quelques substances radioactives

Depuis la formation de la Terre, le flux de chaleur d'origine radioactive a été divisé par 4,5; du fait de la diversité de leurs périodes, la part de chaleur dégagée par chacun des éléments a changé au cours de son histoire.

La chaleur émise par la fission varie avec la composition chimique des roches – elle est environ trois fois plus élevée, par exemple, pour les granites que pour les basaltes.

Elle varie aussi selon l'âge des roches, raison pour laquelle les gradients géothermiques sont plus élevés dans les plateformes jeunes, comme en France et en Europe du Sud, que dans les socles anciens, comme en Scandinavie. Pourtant, même dans ces dernières conditions, la géothermie a connu ces dernières années un grand essor, notamment pour le chauffage.

La production de géothermie

La chaleur du sous-sol est présente sur tous les continents, offerte à tous les hommes. Selon la structure des formations géologiques, cette énergie sera extraite de manières différentes. Les technologies existent aujourd'hui et vont permettre un développement planétaire de la géothermie.

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La prospection géothermique

L'évaluation des ressources passe par une phase de reconnaissance, qui vise à délimiter les zones apparaissant a priori les plus favorables, en s'appuyant, dans la mesure du possible, sur les données déjà disponibles. Beaucoup ont pu être obtenues lors de forages déjà réalisés dans le cadre de recherches géologiques, pétrolières ou d'eau. En France, ce domaine d'activités relève du BRGM, Bureau des Recherches Géologiques et Minières.

La limite de la profondeur d'exploitation relève, avant tout, de considérations économiques. En amont de l'étude de faisabilité d'une exploitation, il faut donc prospecter pour identifier les zones techniquement et économiquement exploitables. Il existe ainsi des gisements d'énergie géothermique, tout comme il existe des gisements de pétrole.

Evaluation du gradient géothermal

La nature d'un gisement d'énergie géothermique est mise en évidence par l'augmentation progressive de la température avec la profondeur. Cet accroissement, attesté par les forages les plus profonds (8 000 à 10 000 m), est caractérisé en un lieu donné par le gradient géothermal. En France, sa valeur moyenne avoisine 0,033°C par mètre, soit 3,3°C d'augmentation tous les 100 mètres, ou 33°C tous les kilomètres. Ce gradient, étroitement lié à la nature du sous-sol, est beaucoup plus élevé en certains endroits : il est de 4°C/100 m dans le Bassin Aquitain, de 2°C/100 m au pied des Pyrénées et de 10°C/100 m dans le nord de l'Alsace, dans le fossé Rhénan. Les valeurs les plus faibles sont celles des vieux boucliers, le bouclier canadien, par exemple.

En outre, il y a des lieux où le flux de chaleur est plus élevé, du fait que le magma est parvenu à remonter plus près de la surface, en réchauffant au passage les roches qui l'entourent. Ce phénomène s'explique par la fragilité de la lithosphère (l'écorce et la couche supérieure du manteau). Loin d'être une surface homogène, elle est constituée de douze plaques principales (et plusieurs autres petites) qui flottent sur une couche plus fluide, l'asthénosphère, dotée de mouvements de convection lents et réguliers.

C'est essentiellement à la frontière de ces plaques – et plus généralement dans les zones fragiles de l'écorce – que le magma peut se glisser et remonter, donnant naissance aux intrusions plutoniques et aux volcans. Ici, la chaleur se dissipe essentiellement par convection et les gradients peuvent atteindre 30°C par 100 m.

Les méthodes de l'exploration

Les géosciences

On utilise les techniques géologiques et géophysiques d'exploration. Elles diffèrent peu des techniques générales de prospection. Ce sont notamment la géologie, l'hydrogéologie, la géophysique, la sismique et la gravimétrie. L'exploration géothermique est souvent conduite à partir de travaux de reconnaissance antérieurs menés par exemple pour la recherche de pétrole ou de gaz.

Certaines méthodes, propres à la géothermie, ont connu un développement particulier.

La géochimie

Les analyses géochimiques de la composition chimique du fluide géothermal donnent des indications sur le parcours du fluide, son âge, son origine et donc sur les conditions d'alimentation et de réalimentation des réservoirs.

On peut évaluer la température d'un réservoir profond en analysant certains constituants des eaux thermales issues de ce réservoir : ce sont des géothermomètres.

Ainsi, dans un réservoir profond et chaud alimentant une source thermale, la concentration de silice dissoute augmente fortement avec la température (47 mg/L à 100 °C, 260 mg/L à 200 °C, etc.). Quand l'eau monte vers la surface, sa température s'abaisse, mais généralement sa teneur en silice ne varie pas. Ainsi, certaines sources thermales à 80°C contiennent 260 mg de silice : on en déduit que la température profonde est de 200°C.

Les forages

Un forage d'exploration permettra bien évidemment d'obtenir des informations plus précises : mesures de température, de débit et analyse des déblais de forage. Son coût est l'obstacle essentiel. Généralement, pour la basse énergie, le forage est conçu assez large pour pouvoir être utilisé s'il révèle des perspectives d'exploitation prometteuses.

Recherche des couches aquifères

Tous les types de sous-sol ne permettent pas la même extraction de la chaleur. Les aquifères sont facilement exploitables dans l'état actuel des techniques.

L'eau contenue dans ces structures géologiques poreuses se trouve à la même température que les roches; elle peut être captée grâce à un forage pour remonter la chaleur qu'elle a emmagasinée.

Dans des conditions favorables de gradient géothermal et de perméabilité des roches, les fluides chauds, peu denses, s'élèvent, tandis que les fluides froids descendent : il se forme, alors, des cellules de convection.

On a observé des courants de convection dans le magma situé sous les volcans : la roche nommée « kimberlite », formée par la montée du magma, venant du manteau supérieur en passant par les failles de la Terre, arrache les diamants formés à 150 km de profondeur pour les remonter progressivement en surface. Semblablement, l'eau contenue dans les roches perméables peut entrer dans un circuit de courants de convection, et transporter la chaleur jusqu'à la surface de la Terre.

Inventaire des gisements, ou "ressources"

Les utilisations de l'eau prélevée dépendent principalement de sa température. Aux profondeurs étudiées, jusqu'à 5 000 m, la pression est suffisante pour que l'eau, même très chaude, reste à l'état liquide.

La géothermie a donné naissance à deux filières qui se distinguent par des technologies et des applications différentes : la production de chaleur pour les basses et très basses températures et la production d'électricité pour les hautes et moyennes températures.

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La géothermie haute énergie

Les ressources de géothermie haute énergie, dont la température va de 150°C à 320-350 °C, se situent entre 1 500 et 3 000 mètres de profondeur, dans des zones géographiques au gradient géothermal anormalement élevé. Elles correspondent aux régions volcaniques situées à proximité des frontières des plaques lithosphériques : "ceinture de feu" du Pacifique, arc des petites Antilles, arc méditerranéen ou encore grand rift africain. En France d'Outremer, on exploite déjà la ressource géothermale des îles volcaniques à la Guadeloupe. Elle est utilisable aussi en Martinique et sans doute à La Réunion.

La géothermie dite de haute énergie est utilisée pour produire de l'électricité directement avec la vapeur d'eau. La vapeur produite est envoyée dans des turbines pour la production de travail électrique. Selon la nature et les propriétés du fluide arrivant en surface, on utilise différents systèmes pour produire de l'électricité : cycle indirect à condensation, cycle direct à contre-pression, cycle direct à condensation ou cycle à vaporisation.

Les études continuent à travers le monde et bénéficient des progrès des connaissances géologiques (dérive des continents, hydrogéologie, etc.), et thermodynamiques (cycles de production d'électricité).

La géothermie moyenne énergie

Présentes dans de nombreux endroits du globe, les ressources de moyenne énergie (90 à 150°C) se retrouvent dans le même décor géologique que la géothermie haute énergie, à une profondeur moindre (inférieure à 1 000 m).

Mais elles se cachent aussi dans les bassins sédimentaires, à des profondeurs allant de 2 000 à 4 000 mètres. La géothermie moyenne énergie se manifeste également dans un grand nombre de zones très localisées où se produisent des discontinuités dans les roches, des failles par lesquelles l'eau peut remonter facilement à la surface, signalant sa présence par des sources chaudes.

On peut utiliser directement la chaleur de ces ressources moins chaudes, dans des réseaux de chaleur.

Mais on peut aussi s'en servir pour produire de l'électricité. La technologie existe depuis le début des années 1980 avec le cycle à fluide binaire, dit cycle de Rankine (ORG pour Organic Rankine Cycle). On utilise un circuit secondaire fermé avec un deuxième liquide, le fluide caloporteur, à faible point d'ébullition (alcane, HCFC...), appelé fluide de travail. Le transfert de chaleur depuis le circuit primaire, c'est-à-dire depuis le circuit d'eau géothermale, lui est réalisé par un échangeur de chaleur. Cette technologie est limitée à de petites puissances (de l'ordre de quelques centaines de kW à quelques MW). Elle est particulièrement adaptée à l'alimentation en électricité de zones isolées, éloignées des réseaux de distribution d'énergie électrique, telles que les zones insulaires ou les zones de montagne. De mini réseaux locaux de production et de distribution d'électricité présentent des coûts compétitifs par rapport aux autres sources d'énergie.

La géothermie basse énergie

Lorsque l'eau géothermale est à une température comprise entre 60 et 90°C, elle est exploitée pour l'alimentation de réseaux de chauffage.

Pour y accéder, un forage de 1 000 à 2 000 m de profondeur est le plus souvent nécessaire.

La géothermie basse énergie est présente dans de nombreuses régions du globe : le bassin de l'Amazone et du Rio Plata en Amérique du Sud, la région de Boise (Idaho) et le bassin du Mississipi-Missouri aux USA, le Bassin artésien en Australie, la région de Pékin et l'Asie centrale et, globalement, l'Europe centrale et orientale, comme le Bassin pannonien en Hongrie.

La France dispose des Bassins Parisien et Aquitain, aux nappes plus morcelées, et de l'Alsace.

Le sous-sol du Bassin Parisien est, depuis longtemps, bien connu : dans les années 1950, le BRGM y avait creusé 1 400 puits (certaines sources en mentionnent 5 000) dans le cadre de la prospection pétrolière. En 1976, les données de prospections ont été réinterprétées pour des objectifs propres à la géothermie et il a été possible de déterminer le potentiel géothermal des aquifères profonds.

Sous le Bassin Parisien, se trouve l'Albien, à 600 m de profondeur, dont l'eau, à 27°C, est assez douce : elle est utilisée par les installations de la Maison de la Radio. Surtout, plus profond, aux alentours de 2 000 m, il y a le Dogger.

Son eau, dont la température peut atteindre 85ºC, est chargée en sels et en gaz (CH₄ et H₂S).

La cogénération : couplage avec une turbine à gaz

En 1994, alors que depuis quelques années la viabilité financière des réseaux de chaleur alimentés par la géothermie était remise en cause, les contextes énergétique et économique devinrent à nouveau favorables aux investissements. Des études et des démarches furent alors entreprises, afin de renforcer les moyens de production, en réduisant le coût de la chaleur, se traduisant, dans plusieurs sites, par une double décision :

·     l'extension des réseaux de chaleur en raccordant de nouveaux clients;

·     la création d'unités de cogénération.

Dans une unité de cogénération, un moteur thermique, alimenté au gaz, est utilisé pour faire tourner un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en travail électrique. L'eau envoyée dans le circuit sert au refroidissement successif du moteur et des fumées de combustion. Sa température monte et elle gagne de l'énergie thermique.

Le rendement énergétique de la combustion du gaz est important, passant de 35 % dans une centrale simple, à plus de 80 %. La cogénération se révèle une technique de remplacement dotée d'un intérêt financier certain. Les lignes électriques sont sous tension de 20 kV seulement, car il s'agit d'une distribution "in situ" de l'électricité en zone urbanisée dense. Une telle opération peut permettre de réduire le coût de la chaleur (chauffage et eau chaude sanitaire), pour les usagers du réseau, à hauteur de 15 %.

La cogénération, géothermique ou non, a connu un développement important ces dernières années en Ile-de-France (plus de 1 000 MWe installés en 3 ans). En 1997, 115 équipements fonctionnaient dans la région. Des études ont montré que la production pourrait être multipliée par 4.

La géothermie très basse énergie

Partout, en tout point de la planète, y compris dans les zones de socle cristallin, il est possible de capter et de transformer la chaleur emmagasinée dans les couches superficielles du sous sol, à quelques mètres de profondeur, pour le chauffage des habitations au moyen de pompes à chaleur géothermales.

L'utilisation de ces pompes à chaleur (P.A.C. ou PAC) devrait s'étendre dans les années futures, poussée par la nécessité de rationaliser l'usage de l'électricité et de protéger l'environnement en réduisant les émissions de gaz à effet de serre produits par les combustibles fossiles.

Une pompe à chaleur est une machine thermique permettant de transférer de la chaleur d'un milieu à basse température vers un milieu à plus haute température.

Ce transfert nécessite un apport d'énergie, généralement électrique. L'intérêt du système réside dans le fait que l'énergie finale disponible pour les besoins de chauffage est très supérieure à l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le dispositif.

Le dispositif le plus connu de pompe à chaleur est le réfrigérateur : il prélève des calories (chaleur) à l'intérieur de son enceinte pour les transférer vers l'extérieur. Ce transfert se fait grâce au compresseur qui est alimenté par de l'électricité (ou du gaz).

Une pompe à chaleur, utilisée pour le chauffage d'un logement, prélève des calories dans le milieu naturel (sous-sol, eau souterraine, etc.) pour les transférer dans le système de chauffage de l'habitation (plancher chauffant, radiateurs). Cette opération nécessite un peu d'énergie électrique et l'utilisation d'un fluide frigorigène dont le changement d'état (vapeur ou liquide) permet de transférer les calories (chaleur) captées dans le milieu extérieur vers le logement. Par exemple, une pompe à chaleur couvre 100 % des besoins de chauffage d'un logement en consommant seulement 30 % d'énergie électrique, les 70% restants étant puisés dans l'environnement tout en le préservant.

Le coefficient de performance, COP, d'une installation de chauffage incluant une pompe à chaleur est le quotient de la chaleur fournie par la PAC à l'utilisateur par la quantité d'énergie électrique consommée par l'ensemble du dispositif (incluant les pompes de circulation de l'eau dans le système de distribution de chauffage). Par exemple, une installation avec pompe à chaleur consommant 1 kWh d'électricité peut fournir 3 ou 4 kWh de chaleur; on dira qu'elle possède un COP de 3 ou de 4.

La technique de chauffage / rafraîchissement des bâtiments

Elle consiste à réaliser deux puits sur une nappe d'eau souterraine et à coupler les deux puits à une pompe à chaleur. En été, on extrait l'eau d'un des deux puits pour, avec la pompe à chaleur, rafraîchir le bâtiment. L'eau extraite voit ainsi sa température augmenter et elle est réinjectée chaude dans le deuxième puits. La température de l'eau autour de ce second puits augmente donc progressivement au fur et à mesure de l'exploitation - on parle alors de puits chaud. En hiver, on puise de la chaleur dans cet ouvrage pour chauffer le bâtiment, puis l'on rejette l'eau souterraine extraite refroidie dans le premier puits - on parle alors de puits froid. C'est de ce puits froid que l'on extraira l'eau, l'été.

Ce fonctionnement permet d'accroître les performances de la pompe à chaleur, puisque en hiver comme en été, l'écart de température entre l'eau souterraine et l'eau du circuit de chauffage / rafraîchissement du bâtiment est minimum.

Capteurs géothermiques enterrés

Le sol, réchauffé par l'ensoleillement et la chaleur géothermique, constitue un excellent stockage de calories, qui peuvent être récupérées par une pompe à chaleur, les techniques variant selon la profondeur d'enterrement des capteurs.

Echangeurs horizontaux

Des serpentins, où circule le fluide frigorigène (comme de l'eau glycolée) peuvent être disposés horizontalement en nappe, de 80 cm jusqu'à une profondeur maximale de 3 m et capter cette chaleur souterraine, énergie contenue dans le sous-sol proche. Il faut cependant disposer d'une surface plane suffisante et veiller, lors des travaux ultérieurs, à ne pas endommager les différentes canalisations desservant l'habitation.

Echangeurs verticaux

On peut aussi installer des sondes géothermiques profondes, pouvant réutiliser d'anciens forages abandonnés, issus par exemple de la prospection pétrolière.

Ces échangeurs de chaleur permettent de s'affranchir des variations de température journalières et saisonnières. A titre d'exemple, à une profondeur de 200 m règne une température constante de 17° C, ce qui permet d'exploiter des pompes à chaleur également en hiver, en dépit de basses températures extérieures.

L'exploitation c'est la récupération de chaleur

Les systèmes du doublet géothermique et du triplet

Pour extraire beaucoup de chaleur, l'exploitation doit permettre d'extraire du sous-sol de grands débits d'eau, d'en récupérer l'énergie, mais pas la matière.

Dans ce but, un doublet géothermique est un système de production d'eau géothermale comportant deux forages associés. L'un constitue le puits de production du fluide géothermal, l'autre le puits de réinjection. A sa sortie à la surface, le fluide cède ses calories au circuit de chauffage à travers un échangeur de chaleur situé sur le circuit entre les deux forages. Puis, il repart dans les profondeurs.

On crée alors deux boucles : la boucle géothermale, souterraine et la boucle géothermique, en surface.

La France est pionnière de l'exploitation par doublet depuis 1969.

Cette technique répond à un double souci, en particulier en région parisienne où les ressources sont très minéralisées :

·     la préservation de l'environnement : les eaux extraites étant porteuses de nombreux minéraux dissous, il n'est pas possible de les envoyer directement dans les réseaux de chauffage; il n'est pas non plus question de les laisser s'écouler simplement dans la nature à la sortie de l'échangeur thermique, au risque de polluer les nappes de prélèvement d'eau potable des environs;

·     le maintien de la ressource : pour exploiter, sur la durée, une nappe aquifère profonde donnée, il faut s'assurer qu'elle ne va pas tarir et que ses débits de chaleur vont se maintenir. La réinjection de l'eau permet de maintenir la pression de la nappe souterraine.

Ce système d'exploitation impose le plus souvent d'installer, en sortie du puits de production, une pompe appelée pompe d'exhaure qui permet de réinjecter l'eau dans le puits d'injection, en contrant la pression artésienne.

On utilise aussi le triplet, comprenant deux puits de production et un puits de réinjection.

L'exploitation maîtrisée

La mise au point des techniques

Au démarrage, cette technologie a du faire face à des difficultés spécifiques. Elle a su, progressivement, trouver des solutions adaptées.

L’une d’elles était la corrosion électrochimique des canalisations par les eaux géothermales. Elle est maintenant sous contrôle grâce aux traitements anticorrosion :

·     le décapage des installations en place ;

·     les traitements préventifs systématiques par des inhibiteurs chimiques.

Une autre, rencontrée aussi par les exploitants pétroliers, était la sortie en surface (ou dégazage) des gaz maintenus en solution par la pression des profondeurs. On gère maintenant ces émanations avec efficacité au cours des forages, du fonctionnement et des périodes d'entretien des installations.

Bien gérer les réservoirs

La géothermie est une énergie renouvelable, car l'eau extraite du sous-sol y retourne naturellement ou artificiellement par réinjection. Mais cette eau qui retourne à la terre après usage est refroidie, et le travail de l'ingénieur consiste à calculer avec précision le délai qu'il lui faudra pour maintenir à niveau constant la production de calories compte tenu des caractéristiques du réservoir. Dans le cas d'un doublet, la distance entre puits au niveau du réservoir est calculée pour qu'aucune baisse de température n'apparaisse dans un délai équivalent à la durée de vie de l'installation (20 à 30 ans). Une bonne gestion est donc nécessaire, car la ressource, pompée à outrance, pourrait s'épuiser assez vite, surtout si aucun dispositif de réinjection n'a été prévu.

Dans beaucoup d'installations exploitées depuis plus de 20 ans, on n'a pas observé une baisse significative de la température de la source

Une maintenance facilitée

Les centrales géothermiques sont entièrement automatisées et surveillées par un système de télégestion qui commande des débits en fonction de la demande enregistrée par des capteurs, et permet la surveillance du réseau. Cela permet de gérer à côté les entretiens quotidiens du matériel et les éventuelles améliorations techniques de l'installation.

Les sites en devenir de la géothermie profonde

Jusqu'à aujourd'hui, l'industrie électrique géothermique n'exploite qu'une faible partie des gigantesques ressources de la Terre, seulement là où existent des nappes aquifères naturelles dont l'eau sert de fluide caloporteur. Toutefois, lorsque celle-ci est absente, on peut en injecter : c'est le principe de l'exploitation des roches chaudes profondes.

L'idée est donc venue de créer artificiellement des réservoirs géothermiques profonds, dans lesquels l'eau injectée se réchaufferait lors de son parcours souterrain. Il convient pour cela de fracturer ces formations profondes et de créer un échangeur thermique souterrain profond. Simple dans sa conception, mais compliqué dans sa réalisation, ce concept, inventé par les Américains dans les années 70, est celui dit des "Roches chaudes fracturées" (HFR, en anglais Hot Fractured Rocks).

On l'appelle aussi RCP pour « roches chaudes profondes », ou « Roches chaudes sèches » (HDR pour Hot Dry Rock) ou « Roches chaudes humides » (HWR pour Hot Wet Rocks) ou « Systèmes géothermiques stimulés » (EGS pour Enhanced Geothermal System).

C'est le projet de géothermie à plus grand potentiel du monde

Pour qu'une telle exploitation soit envisageable, il faut :

·     que les roches chaudes ne soient pas trop "profondes" : si l'on peut actuellement les exploiter jusqu'à 5 000 m dans les régions bénéficiant d'un fort gradient géothermique;

·     qu'existe un réseau de failles, qui seront au préalable élargies sous haute pression (60 MPa soit 600 bars, pendant quelques semaines).

C'est le cas d'une partie du bassin rhénan, terre de graben, granitique.

Si la faisabilité de production d'électricité à partir de roches chaudes fracturées était démontrée, alors, de très nombreuses régions de la planète deviendraient des réservoirs énergétiques potentiels exploitables.

En 2005, le projet le plus avancé est situé en France, à Soultz-sous-Forêts, en Alsace à 50 km au nord de Strasbourg. Le concept est étudié depuis 1987 sur ce site, dans le cadre d'un partenariat Européen. Après des essais concluants, en 2004, de circulation de l'eau sous pression, la mise en test de la production d'électricité devait intervenir dans un réacteur pilote, d'ici à fin 2005 pour 1,5 MWe. L'extension est prévue à 5 MWe pour fin 2006. Ce pilote développera une puissance thermique de 30 à 50 MWth et une puissance électrique de 4 à 6 MWe avec l'immense intérêt d'une production garantie.

L'ADEME estime le potentiel exploitable de cette filière entre 100 et 135 TWh/an en France pour un coût estimé à 0,06 €/kWh.

En 2005, sur l'ensemble des projets démarrés dans le Monde, seul le projet Australien, moins avancé, parait tenir ses promesses, d'ailleurs considérables.

http://www.soultz.net

Suggestion d'activité : Pluridisciplinaire

Les utilisations de la géothermie

En 1943, A. De Saint-Exupéry imaginait dans "Le Petit Prince" : "Il possédait deux volcans en activité. Et c'était bien commode pour faire chauffer le petit déjeuner du matin."

Suggestion d'activité : TPE : Sciences et aliments

http://www.semhach.fr/geothermie.htm

http://www.geothermie-perspectives.fr

Les premières utilisations

La préhistoire

Nos ancêtres se servaient déjà de la "chaleur de la Terre", traduction étymologique du mot géothermie. Les premières traces d'utilisation de la géothermie par l'homme remontent à près de 20 000 ans.

Les historiens de la Préhistoire ont étudié le rôle joué par les sources chaudes dans la résistance de l'humanité aux dernières glaciations. Les plus anciens vestiges en rapport avec la chaleur de la Terre, retrouvés au Japon, sont des objets en pierre volcanique taillés (outils ou armes) datant justement du troisième âge glaciaire, il y a 15 ou 20 000 ans.

Les régions volcaniques ont donc constitué, très tôt, des pôles d'attraction, du fait de l'existence de fumerolles et de sources chaudes que l'on pouvait utiliser pour se chauffer, cuire des aliments ou tout simplement se baigner.

Les thermes, lieu de rencontre et d'échange

Avec l'apparition de la civilisation, la pratique des bains thermaux et l'utilisation des boues thermo-minérales se répand, tant au Japon qu'en Amérique ou en Europe.

Depuis le début de notre ère, en Grèce, à Rome, en Chine, au Japon, au Pérou, les habitants ont découvert les vertus des eaux chaudes de la Terre. S'inspirant des étrusques, les romains ont développé des réseaux de transport d'eau chaude et de chauffage des locaux. Ils ont perfectionné les bains publics, inventé les premières utilisations de la chaleur "en cascade" dans la succession des salles (laconicum, pour sudation, calidarium, très chaud, tepidarium, chaud et frigidarium, froid). Cette utilisation en cascade se retrouve d'ailleurs dans nos utilisations actuelles de la chaleur géothermale.

Les Etrusques, puis les Romains, ont fait des bains publics un lieu de rencontre et d'échange d'idées, ce qu'ils resteront tout au long du premier millénaire de notre ère, où malgré décadence, invasions et rudesse féodale, les thermes seront encore fort prisés.

Plus tard, on a construit, en un siècle, à partir de 1330, le premier grand réseau de chaleur, à Chaudes-Aigues en Auvergne, où coule une source, la plus chaude d'Europe, à 82°C. Ses canalisations étaient en pin. Les archives font mention d'un réseau distribuant l'eau géothermale à quelques maisons, et pour l'entretien duquel le seigneur local prélevait une taxe. Cette eau servait même, déjà, à quelques usages "industriels", comme le lavage de la laine et des peaux.

A la même époque, en Italie, dans la région de Volterra en Toscane, les lagoni, petits bassins d'eau chaude saumâtre d'où s'échappe la vapeur à plus de 100°C, étaient exploités pour l'extraction du soufre, du vitriol et de l'alun.

Les établissements thermaux se multiplieront ensuite dans toutes les régions du monde, et notamment dans les îles volcaniques du Japon, d'Islande et de Nouvelle-Zélande.

Les premières exploitations industrielles

Pendant longtemps l'homme s'était contenté d'utiliser la chaleur qui affleurait naturellement, ici ou là, à la surface du globe.

A partir du XIX^e siècle, les progrès techniques et une meilleure connaissance du sous-sol vont permettre de la chercher de plus en plus en profondeur et de l'exploiter de mieux en mieux

En 1818, le français François de Larderel, Comte de Toscane, entreprend dans la région de Volterra, en Italie, la première véritable exploitation industrielle - donnant naissance à un village qui portera son nom (Larderello). Il invente la technique du "lagoni couvert", permettant de capter la vapeur à une température suffisante pour alimenter des machines destinées à pomper les eaux boriques.

L'Islande, à la même époque, consacre son premier usage industriel de la géothermie à l'extraction du sel. En France, on réalise entre 1833 et 1841, dans le quartier de Grenelle à Paris, le premier forage pour capter, à 550 m, l'eau douce à 30°C des sables albiens.

Au XX^e siècle, le mouvement s'amplifie, porté par des besoins toujours plus élevés en énergie pour alimenter la civilisation moderne et, dans une moindre mesure, par l'intérêt que l'on commence à trouver aux énergies renouvelables.

Le premier réseau moderne de chauffage par géothermie a été installé en 1930 à Reykjavik en Islande. Aujourd'hui 95 % des habitations de l'île sont chauffées au moyen de 700 km de conduites isolées qui transportent l'eau chaude. Dès lors, des réseaux de chaleur utilisant la géothermie vont voir le jour en France, Italie, Hongrie, Roumanie, URSS, Turquie, Géorgie, Chine, Etats-Unis.

C'est encore en Italie, à Larderello, que la géothermie produit de l'électricité pour la première fois au monde, en 1904. L'eau, récupérée par un forage dès 10 m de profondeur, à une température supérieure à 100 °C et à l'état de vapeur, actionne une turbine en vue de produire de l'électricité. Le prince Ginori Conti allume symboliquement cinq ampoules, annonçant pour l'année suivante la construction de la première centrale expérimentale de 20 kW. La production mondiale d'électricité géothermique ne deviendra significative qu'à partir des années 1970, poussée par les crises pétrolières et le souci des pays en voie de développement d'utiliser une ressource nationale pour produire leur électricité.

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La production d'électricité

Une production écologique

Une exploitation géothermique produit peu de rejets. En moyenne dans le monde, la quantité de CO₂ émise dans l'atmosphère par une centrale « géo thermo électrique » est le dixième de celle d'une centrale au gaz naturel (seulement 55 g CO₂ /kWh). Ce niveau peut être ramené à des valeurs nulles par la réinjection des fluides géothermaux dans les réservoirs dont ils sont issus - technique du doublet, largement répandue aujourd'hui.

C'est donc une énergie propre, qui ne participe pas à la dégradation du climat, comme le font les énergies fossiles.

Une production délocalisée en pleine expansion

On dénombre, en 2005, plus de 450 installations géothermiques de haute et moyenne énergie réparties dans le monde. Elles sont situées dans des zones émergées volcaniques ou tectoniquement actives

Les centrales de haute énergie, de quelques MWe à quelques dizaines de MWe, sont, pour un tiers d'entre elles, situées dans les pays en développement.

Si les centrales actuellement construites peuvent développer couramment des puissances de l'ordre de 100 MWe, ce sont des moyennes centrales de 20 MWe qui sont actuellement le plus souvent installées. Leur mise en place revient en moyenne à 2 000 Euros par kW installé.

Les centrales de moyenne énergie développent des puissances de quelques centaines de kWe à quelques MWe. Le coût de l'investissement est de l'ordre de 3 000 Euros par kW installé. Le taux de progression des puissances installées est de 4 à 8 % par an. En 1998, ces réseaux ne représentaient que 400 MWe sur les 7 000 MWe installés dans le monde. Ils constituaient en 2000 la moitié des installations nouvelles.

Très loin derrière l'hydroélectricité, en nombre de MWh produits, la géothermie reste cependant, avec la biomasse et l'éolien, l'une des trois autres sources principales d'électricité par énergie renouvelable dans le monde.

La production de chaleur

La géothermie présente l'avantage, sur les combustibles fossiles, de ne pas produire de gaz à effet de serre.

La France a joué un rôle de pionnier dans le développement de la géothermie en montrant l'exemple, notamment avec la technique du doublet, et avec un réservoir dans le Bassin parisien, le Dogger, qui présente la plus grande densité au monde d'opérations de géothermie en fonctionnement. Construites entre 1967 et 1987, elles lui valent une place de leader dans l'Union Européenne. Selon les dispositifs employés et le niveau de la température, cette énergie est utilisée directement pour l'industrie (serre, pisciculture, séchage de produits agricoles, thermalisme), ou alimente un réseau de chaleur pour l'habitat collectif, le chauffage et la climatisation des entreprises ou de l'habitat individuel.

La technique du doublet géothermal pour alimenter les réseaux de chaleur de l'habitat collectif est devenue une référence mondiale.

Suggestion d'activité : Pluridisciplinaire

Dans le monde, en 2000, la répartition des utilisations directes de la chaleur géothermique "basse température" était la suivante :

Flux de chaleur et périodes de quelques substances radioactives

L'importance relative des pompes à chaleur géothermale a progressé depuis.

Les réseaux de chauffage urbain

Cette application, qui permet d'assurer le chauffage de locaux d'habitation, de locaux industriels et la production d'eau chaude sanitaire est rentable lorsqu'il est possible d'alimenter ainsi au moins 1 500 à 2 000 équivalent-logements (un doublet de 200 m³/h peut chauffer 2 000 à 3 000 logements).

Pour utiliser au mieux cette énergie géothermique, on peut compléter l'installation par une chaufferie traditionnelle, au fioul ou au gaz, qui couvre en hiver plus de 50 % des besoins de chauffage, l'énergie géothermique couvrant la totalité des besoins d'eau chaude sanitaire. Globalement, sur l'ensemble d'une année, 80 % des besoins calorifiques des logements du réseau peuvent être assurés par la géothermie.

L'eau circulant dans le réseau est utilisée en une ''cascade'' de températures en commençant par le plus chaud (70-80°C pour les radiateurs traditionnels), passant par 50°C pour les planchers chauffants, puis par les piscines et enfin les serres. Par l'intermédiaire d'un échangeur à parois métalliques conductrices de chaleur, l'eau extraite des profondeurs transmet sa chaleur à un second circuit d'eau claire qui alimente radiateurs et planchers sans risques de corrosion.

Inauguré en 1930, le premier vrai réseau de chauffage urbain alimenté grâce à la géothermie s'est développé à Reykjavik en Islande. Il y fournit actuellement 80 % de l'énergie consommée pour le chauffage. Ce type de réseau s'est, depuis, multiplié, principalement en Roumanie, en Russie, en Chine et aux Etats-Unis.

En France, les régions les plus favorables sont le Bassin Parisien (eau du réservoir du Dogger dont la température peut atteindre 78°C), le Bassin Aquitain, la vallée du Rhône et l'Alsace, ces deux dernières n'étant pas encore équipées.

En 1969, le premier doublet au monde a été expérimenté à Melun-l'Almont (Ile de France). Cette centrale pilote est toujours en activité. Un deuxième puits de production a été foré, l'installation initiale devenant un triplet alimentant 2 200 équivalent-logements.

Les premières opérations géothermiques en France ont commencé par rencontrer des difficultés techniques, dont la corrosion. A partir des réponses techniques, au cours des années 1990, les réseaux ont été modernisés. On peut maintenant rechercher de nouveaux clients à raccorder.

En 2005, 65 installations fonctionnent, dont 34 en Ile-de-France pour chauffer et / ou alimenter en eau chaude l'équivalent de 200 000 logements. A La Courneuve, à Orly, à Meaux, à Creil, notamment, dans le Bassin Parisien, à Bègles, à Talence dans le Bassin Aquitain, de nombreuses installations fonctionnent, sans que les utilisateurs n'en soient nécessairement au courant. Il est également possible d'alimenter un réseau de chaleur avec des pompes à chaleur à partir d'aquifères plus superficiels, présentant une température inférieure à 50°C. C'est par exemple le cas à Châteauroux (Indre), en région Centre, où l'on a fait appel, depuis 1986, avec une rénovation en 2003, à l'eau d'un aquifère à 34°C.

L'exploitation des ressources à très basse température a commencé très tôt en France. Dès 1963, à la Maison de la Radio à Paris, installation pionnière, avec la mise en œuvre d'un système de chauffage et de climatisation qui puise l'eau de l'aquifère de l'Albien à 600 m de profondeur à une température de 27°C.

Sa rénovation a eu lieu en 2005.

La géothermie pour alimenter des réseaux de chaleur s'est développée en Europe, principalement en Italie. En Suisse, on récupère la chaleur des eaux évacuées des nombreux tunnels routiers sous la montagne. Son développement est aussi important aux USA, en Amérique Latine, aux Philippines, et en Indonésie. Autour des années 2000, la puissance exploitée à travers le monde a pratiquement doublé en 5 ans.

Capteurs géothermiques enterrés

La géothermie très basse énergie utilisée pour l'habitat individuel a été rendue possible grâce à l'assistance de pompes à chaleur. Aux USA, les pompes à chaleur géothermales représentent aujourd'hui plus de 50 % de l'exploitation géothermale basse énergie. En Europe, la Suède et la Suisse ont pris une nette avance dans ce domaine.

Alors qu'en Suède et en Suisse, respectivement 95 % et 40 % des logements individuels neufs sont équipés de pompes à chaleur, seulement 5 % le sont en France. Cependant, depuis quelques années, en France, le marché des pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage des maisons individuelles connaît un réel développement. Il s'en installe actuellement plus de 10 000 par an - pour 700 installations vendues en 1997 – et, en 2003, le nombre total de pompes à chaleur géothermales installées s'est élevé à 45 000.

La pisciculture et l'aquaculture

Pisciculture et géothermie vont bien ensemble. Une augmentation de la température de quelques degrés, et surtout le maintien d'une température constante (une des grandes qualités de l'eau géothermale), suffisent à augmenter le métabolisme des poissons et des crustacés (l'esturgeon, 17 à 20ºC; l'anguille, 20 à 25°C; les crevettes, 27-30°C par exemple). Leur maintien dans une eau chaude toute l'année prolonge encore leur possibilité de croissance. Une installation de pisciculture comporte un puits unique ou un doublet.

Une installation originale de pisciculture à Mios-le-Teich en Gironde a été mise en service sur un ancien forage pétrolier réhabilité pour un usage géothermique. Pour produire annuellement ses 70 tonnes d'esturgeons et quelques centaines de kilos de caviar, elle va chercher de la chaleur à 1 800 mètres de profondeur. Les eaux, qui jaillissent à 74° C en tête de puits, ne peuvent être utilisées directement pour l'élevage car leur température et leur salinité sont trop fortes. L'eau d'élevage est prélevée dans une rivière proche et un système d'échangeur permet de lui transférer la chaleur de l'eau géothermale. L'économie d'énergie annuelle est estimée à 4 000 tep.

La balnéologie

La géothermie se prête bien à la douceur de vivre. Des thermes classiques aux piscines olympiques, en passant par des centres de vacances sous bulle avec animaux exotiques, plantes tropicales et toboggans d'eau chaude, les applications de loisirs de la géothermie ont un bel avenir, comme déjà en Islande ou en Hongrie.

Parmi les installations les plus originales : les immenses serres des jardins tropicaux d'Atagawa, au Japon, avec leur élevage de crocodiles, d'oiseaux exotiques et de tortues géantes, construites sur des thermes qui datent du XV^e siècle.

Le chauffage de serres

L'eau souterraine permet, directement ou indirectement, de chauffer des serres, soit par le sol, soit par la diffusion d'air chaud, et de cultiver, en toutes saisons, primeurs, plantes ou fleurs à leur température optimale de croissance (14°C pour la laitue, 20°C pour la tomate, 28°C pour le concombre, etc.). Le coût du chauffage y est divisé par deux, comparé à l'utilisation du gaz. L'Islande est ainsi productrice de bananes ! La géothermie garantit tout à la fois une autonomie de fonctionnement et la sécurité d'approvisionnement.

L'utilisation de chaleur dans les processus industriels

Une bonne manière de valoriser la ressource géothermale consiste à tirer le meilleur parti du fluide, en l'exploitant sous le maximum d'utilisations. Par exemple, lorsque la nappe chaude est peu profonde, et que, par conséquent l'eau qu'elle contient est douce, il peut être rentable d'exploiter à la fois la chaleur du fluide et le fluide lui-même, pour l'alimentation en eau potable ou eau industrielle.

Cette eau, déjà chaude, peut être utilisée dans de nombreux domaines : lavage de la laine, séchage de produits industriels, fabrication de pâte à papier, extraction de minerais, malterie, brasserie, mise hors gel de grandes surfaces (aéroports), etc.

La climatisation

La géothermie est aussi employée pour produire des chaînes de froid (cycles à ammoniac ou à bromure de lithium). Des ressources à des températures inférieures à 30°C sont aussi utilisées pour réaliser de la climatisation dans le tertiaire.

Les immeubles peuvent avoir besoin de chauffage l'hiver et de climatisation l'été. Il arrive aussi qu'à certaines périodes, les besoins de chaud et de froid soient simultanés, notamment dans certaines salles où les charges thermiques sont importantes (informatique, studios d'enregistrement...). Il est possible d'assurer ces différents besoins au moyen d'un même système thermodynamique utilisant une ressource géothermique.

Autres

La géothermie peut aussi être utilisée dans les conserveries, pour le séchage du poisson et le séchage du bois, pour la déshydratation de légumes (ails, oignons...), pour la lyophilisation, etc..

Le transport de la géothermie

La chaleur géothermique ne se transporte pas, elle est à consommer sur place. Elle est soit en partie transformée en électricité dans une centrale, soit utilisée directement. On parle alors de superposition ressource/utilisation.

A l'inverse de l'or noir, l'or blanc qui s'échappe d'un puits géothermal sous forme de vapeur ou d'eau chaude ne supporte pas les déplacements et doit être consommé localement dans un réseau dont la dimension, pour des raisons économiques, ne dépasse pas quelques km.

Cette contrainte est facilement résolue pour la vapeur, par le biais de la transformation de son énergie en électricité qui, elle, peut être distribuée sur un territoire plus large. Mais elle joue fortement lorsque, à défaut de vapeur, le site géothermal ne fournit que de la chaleur.

A l'exception notable de l'Islande, cette utilisation directe de la chaleur ne s'adresse aujourd'hui qu'à des usagers localisés à proximité de la source (quelques poignées de kilomètres). Illustrant l'adage "produire et consommer localement", elle s'est donc naturellement développée dans les villes possédant une ressource géothermale dans leur sous-sol. Le chauffage urbain arrive ainsi en seconde position mondiale dans l'utilisation de la chaleur géothermique, après les établissements de bains thermaux qui, eux, se sont précisément implantés là où de l'eau chaude remontait du sous-sol.

La consommation de géothermie

La géothermie constitue la troisième énergie renouvelable consommée dans le monde, après la biomasse et l'hydraulique. La chaleur géothermale peut être transformée en travail électrique, ou utilisée directement sous forme de chaleur.

La consommation d'électricité

La géothermie couvre 0,4% des besoins mondiaux en électricité. En 2003, 47,1 TWh d'électricité géothermique ont ainsi été produits dans le monde, essentiellement en Asie de l'Est et du Sud-Est (33,1 %), en Amérique du Nord (27,9 %), en Amérique Centrale et dans les Caraïbes (17,8 %, y inclus le Mexique), et en Europe de l'Ouest (14,1 %).

Toutefois, dans certains pays, sa contribution aux besoins nationaux peut être bien plus élevée et atteindre plusieurs pourcents. Dans les pays en développement, la part de la filière géothermique dans la production nationale d'électricité peut être tout à fait significative (21,5 % au Philippines, 14 % au Salvador, par exemple), et constituer une réponse appropriée à l'augmentation de la demande en électricité.

La disparité géographique de la production découle, en partie, de celle des ressources géothermales. Plus précisément, la production d'électricité géothermique est concentrée sur 5 pays (13,1 TWh aux Etats-Unis, 9,6 TWh aux Philippines, 5,9 TWh au Mexique, 5,3 TWh en Indonésie et 5,0 TWh en Italie), qui couvrent à eux seuls les ¾ de la production mondiale en 2003.

Entre le début du siècle et les années 1960, 23 pays ont été explorés et une cinquantaine de champs de haute énergie ont été identifiés. Une dizaine de pays seulement concentrent la majorité des équipements avec 8 500 MWe installés sur les 9 000 MWe mondiaux.

En 1960, a été mise en service, en Californie, la centrale électrique "The Geysers" (10 MWe). Aux Etats-Unis, la production s'est accrue de 17,5 % entre et 1960 et 1980, 1 000 MWe y étant exploités en 1985.

Après ce démarrage en 1960, les puissances installées dans le monde ont été multipliées par 7 depuis 1975. Entre 1990 et 2005, la capacité géothermique installée dans le monde est passée de 5 800 à 9 000 MWe, soit une augmentation de plus de 50 %.

La puissance mondiale des centrales électriques géothermiques est, en l'an 2005, de plus de 9 000 MWe exploités dans le monde, répartis sur 25 pays.

En Amérique latine, la géothermie dispose à la fois d'une solide expérience et d'un fort potentiel. Aujourd'hui, seuls le Mexique, le Salvador et le Nicaragua disposent d'une production importante, ce qui est peu compte tenu de l'énorme potentiel. Le Chili, l'Argentine, l'Equateur, la Colombie, présentent des conditions géologiques satisfaisantes.

Dans ce secteur, l'Europe dispose des expériences italienne, française, britannique, allemande et islandaise. Elle a également été présente dans de nombreux projets pilotes, que ce soit au travers de la coopération des Etats membres ou de celle de la Communauté. Elle a indiscutablement une place à occuper dans ce secteur.

En France, l'importance de la production nucléaire et des ressources hydroélectriques n'a pas justifié à ce jour le développement de cette filière en métropole. C'est en outremer, en Guadeloupe, à Bouillante que se trouve la seule centrale électrique géothermique française. Elle a fourni d'abord 4 MWe, en démarrant dès 1985, pour être étendue à 16 MWe en 2004, ce qui représente 10 % de la demande de l'île en électricité.

Dans les pays européens voisins, on ne produit d'électricité géothermique qu'en Italie et au Portugal, aux Açores.

La consommation de chaleur

Les capacités géothermiques installées en utilisation de chaleur sont difficiles à inventorier : elles résultent d'une multitude d'applications locales, de capacités et d'orientations très diverses.

Ainsi, la chaleur de la Terre peut être exploitée à partir de pompes à chaleur (PAC) géothermales individuelles et autonomes, à capteurs enterrés ou reliés à des sources d'eau souterraines, et dont l'inventaire est quasi inopérable. De plus, les modes de comptabilisation diffèrent suivant les pays (incluant les PAC pour la Suisse mais pas pour la France, incluant le thermalisme au Japon, etc.). Enfin, les statistiques pour une année donnée peuvent être affinées et consolidées durant les années suivantes, et les résultats peuvent différer selon les sources. Les données, par pays et par année, ne sont donc pas, à rigoureusement parler, comparables.

Le nombre de pays utilisateurs de l'énergie géothermique chaleur, est passé de 28 pays en 1995, à 68 pays en 2005. La puissance mondiale installée en 2005 est estimée à 28 GWth. contre 9 000 MWth en 1995. Dans les douze pays les plus équipés, les puissances globales installées des unités géothermiques productrices de chaleur atteignaient plus de 22 000 MWth en 2005.

Les consommations de chaleur étaient estimées à 31 TWh en 1994 dans le monde, atteignant 53 TWh en 2000, ce qui équivaut à 1% de la consommation d'énergie mondiale.

En France, les consommations, relativement stables depuis une dizaine d'années, étaient estimées légèrement en dessous de 1 TWh pour la seule utilisation dans des réseaux de chauffage urbain. Elles proviennent principalement des exploitations en Ile-de-France, d'une capacité cumulée de 330 MWth qui lui évitent la production polluante de 400 000 tonnes de CO₂ par an.

Une douzaine de pays sont les principaux producteurs dont le Japon, la Chine, l'ex-URSS, les pays d'Europe centrale et orientale et les Etats-Unis.

Cette filière est en pleine progression : en Europe, son taux de croissance a été de 4,3% en 2001 et 2002. Elle devrait également connaître un développement important dans les pays où les ressources sont abondantes (Europe centrale et orientale, Russie et Chine).

Les scénarios de développement de la géothermie

Production d'électricité

La géothermie comme source d'électricité devrait poursuivre son essor dans le monde (il fut de 11 % par an pendant la dernière décennie). Les investissements se tournent vers les pays en croissance économique dotés de ressources : Philippines, Indonésie, Amérique latine…

Dans le monde, sur la base de données et de projections réalistes établies en 1997, on prévoyait pour 2020, avec 18 000 MWe, plus du doublement de la puissance installée. Par ailleurs, on peut espérer que des techniques de géothermie profonde, comme celles développées à Soultz-sous-Forêts, seront alors arrivées suffisamment à maturité pour permettre l'éclosion de nouveaux projets de production d'électricité. C'est le projet de géothermie à plus grand potentiel du monde. Il concerne notamment des zones ne disposant pas nécessairement de ressources géothermales naturelles mais consommatrices d'électricité et qui présenteront l'avantage d'offrir des structures existantes de transport d'énergie.

Pour respecter le protocole de Kyoto, les pays de l'Union Européenne se sont engagés à augmenter la contribution des énergies renouvelables électriques d'ici à 2010. Pour atteindre l'objectif qui lui a été fixé, c'est-à-dire passer d'une contribution de 15 % en 1997 à 21 % en 2010 (Loi du 13 juillet 2005), soit 33 TWh supplémentaires, la France a choisi de miser sur l'éolien, la biomasse et dans une moindre mesure sur l'hydraulique.

La géothermie devrait aussi contribuer à cet effort, pour l'essentiel dans les DOM, mais aussi avec la mise en oeuvre industrielle des techniques de géothermie profonde développées à Soultz-sous-Forêts.

Conjoncture favorable pour la production de chaleur en France

En 1974, tout le monde était persuadé qu'il fallait absolument développer les énergies renouvelables. Des efforts considérables ont été faits en recherche, développement et démonstration, qui ont permis entre 1976 et 1986 l'installation d'un certain nombre de centrales géothermiques. Mais en 1986, lorsque le prix du pétrole s'est mis à chuter, au lieu de maintenir un dispositif public encore plus efficace pour soutenir les énergies renouvelables, les politiques d'aides ont été abandonnées.

La prise en considération progressive de l'effet de serre changera-t-elle la donne ? On en vient à considérer que le prix du pétrole évoluant à la hausse, la leçon, cette fois-ci, sera comprise. La problématique de l'effet de serre, associée à la raréfaction des ressources fossiles et à l'instabilité de leur prix, offre une conjoncture favorable à la géothermie. Elle devrait lui permettre de s'installer définitivement dans notre paysage énergétique.

Ce n'est pas seulement un espoir… c'est aussi un engagement fort de l'ADEME, Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, en tant qu'agence d'objectifs et du BRGM, acteur central pouvant capitaliser les efforts de tous.

Dans le domaine de la production de chaleur, les perspectives qui s'offrent à la géothermie sont un peu plus ambitieuses, puisque la France se fixe l'objectif, d'ici à 2010, d'accroître de 50 % la production d'énergie renouvelable thermique.

Cet objectif correspond à une augmentation de 5 à 6 Mtep et devrait profiter à la géothermie.

Dans ce cadre, l'ADEME a proposé plusieurs scénarios de développement construits sur la base d'hypothèses crédibles et réalistes au regard de ce qui se passe à l'étranger par exemple, ou du potentiel existant en France raisonnablement accessible d'un point de vue technique et économique. Il ressort de cet exercice prospectif d'évaluation que la géothermie - dans le cas du scénario médian proposé - pourrait contribuer pour près de 0,7 Mtep/an en 2010, à la production nationale de chaleur; ce qui conduirait à multiplier par 2 la production de 2003 des réseaux de chaleur et pompes à chaleur réunis et équivaudrait à réduire les rejets de CO₂ dans l'atmosphère de près de 1,75 Millions de tonnes par an en 2010. La part relative de la géothermie dans le bouquet des énergies renouvelables thermiques passerait ainsi de 2 à 4 %.

Toutefois, la mise en oeuvre du protocole de Kyoto, la création des permis d'émissions de gaz à effet de serre, puis l'entrée en vigueur des mesures de deuxième génération d'application de la convention climat (UNFCC) devraient conduire à une accélération dans la mise en oeuvre de nouveaux projets.

Toutes les échelles sont envisagées, allant de la géothermie individuelle, avec les pompes à chaleur sur capteurs enterrés, jusqu'à la géothermie des gros réseaux de chaleur urbains tels qu'ils existent en Région parisienne.

http://www.industrie.gouv.fr/energie/sommaire.htm