Les centrales géothermiques : la chaleur terrestre à la rescousse
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Du grec “geo”, la terre, et “thermos”, la chaleur, la géothermie est l’exploitation de la chaleur contenue dans les sous-sols. Extraite via des puits, la chaleur est soit liquide – l’eau très chaude -, soit gazeuse – la vapeur qui s’en dégage.
Profonde ou de surface, de haute, moyenne ou basse énergie, la géothermie est une énergie renouvelable sans égal. Disponible 24h/24, à n’importe quel endroit du globe, elle émet très peu de gaz à effet de serre : on vous explique tout dans notre article.
L'énergie géothermique : une histoire de croûte et de gradient
Avant même d’être utilisée comme source productrice d’énergie verte, la géothermie était déjà connue pour ses bienfaits … relaxants. Islandais, Hongrois, Japonais ou même habitants d’Ax-les-Thermes, en Ariège, se baignent depuis des siècles dans les sources chaudes qui parsèment leur paysage.
La chaleur qui provient de la terre n’est pas spécialement liée à une présence accrue de magma ou à une activité volcanique importante. C’est là qu’apparaît le principe du gradient thermique : tous les 100 mètres de profondeur, la température de la croûte terrestre augmente de 3°C, en moyenne.
En France, on est plutôt sur une moyenne de 4°C tous les 100 mètres, avec un gradient à 10°C dans le nord de l’Alsace … et 2°C au pied des Pyrénées.
90% de chaleur du sous-sol ne provient pas des profondeurs de la terre. La géothermie n’est donc pas aussi exotique que “Voyage au centre de la Terre”. Le processus de chauffe est chimique : les roches de la croûte terrestre sont naturellement radioactives.
La décroissance radioactive dégage donc de l’énergie, énergie qui inévitablement transforme son milieu en un milieu plus chaud. Le gradient thermique dépend donc de la nature radioactive des roches.
Pour exemple, voyez cette carte de la présence naturelle d’uranium dans les sols français (1) :
La centrale géothermique : 0,3% de l'énergie mondiale
On l’a dit : les principes de la géothermie sont connus depuis des siècles. Mais il faut attendre le choc pétrolier des années 70 pour que les premières centrales géothermiques fassent parler d’elles. En 40 ans, l’exploitation géothermique a donc fait un bon de 2000%.
Pourtant les centrales géothermiques représentent à peine 0,3% de la production de la puissance électrique mondiale. Si on va plus dans le détail(2), on peut également dire que :
- 284 TWh de chaleur géothermique ont été produits dans 88 pays, la Chine et les USA étant les champions de cette production
- 94 TWh d’électricité géothermique ont été produits dans 29 pays, avec les USA et l’Indonésie en premiers dans le classement
Le fonctionnement de la géothermie
Dans les ressources géothermiques, on considère deux éléments distincts de la production d’énergie :
- La production d’électricité
- La production de chaleur
Les principes de l'électricité géothermique
L’eau très chaude, présente naturellement dans les sous-sols, ou pulsée dans les puits de production géothermique pour être réchauffée, dégage de la vapeur. C’est cette vapeur, présente sous haute pression, qui va ressortir “à la surface” et qui va aider à la production d’électricité.
Le principe est simple : la vapeur sous haute pression va être conduite vers des turbines. La pression va faire tourner les pâles de cette turbine, entraînant la même réaction que lorsqu’une éolienne produit de l’électricité.
Les principes de la chaleur géothermique
Si vous êtes déjà en possession d’une pompe à chaleur, vous connaissez le principe. Un liquide – de l’eau, encore, mais pas uniquement – est amené dans un puits vers les profondeurs de la terre et revient chauffé à la surface. Ce liquide est ensuite amené dans des circuits de distribution qui alimentent le chauffage urbain.
Ce principe est aussi vrai dans l’autre sens. Depuis juillet 2022, l’hôpital de Tahiti rafraichit ses intérieurs avec de l’eau froide captée dans l’océan tout proche, à plus de 900 mètres de profondeur.(3)
Chaleur ou fraicheur peuvent donc être amenés des profondeurs – avec un impact très réduit sur l’environnement.
Les avantages et les inconvénients de la géothermie
L’exploitation des ressources géothermiques présente de nombreux défis – comme finalement tous les projets d’utilisation d’énergies renouvelables. Mais les techniques et technologies actuelles permettent de dégager de véritables avantages :
- Les ressources sont renouvelables, si on respecte l’équilibre entre prélèvement du fluide géothermal et réinjection de la totalité dans les nappes souterraines
- La géothermie, contrairement à l’éolien ou le solaire, est utilisable sans contrainte de temps : 7j/7, 24h/24
- Les forages géothermiques peuvent être effectués à n’importe quel endroit de la planète
- Les centrales géothermiques ont un impact visuel limité : les équipements sont principalement sous terre
À ces avantages, on peut opposer quelques inconvénients :
- Les coûts d’investissement et d’installation sont élevés, même s’ils sont compensés par un faible coût d’exploitation ou de maintenance
- Les systèmes géothermiques qui se basent sur des puits profonds sont plus compliqués à mettre en place, parce qu’il est notamment plus difficile de capter la très forte chaleur emmagasinée dans la roche
La géothermie en France : des centrales géothermiques à la Bouillante et en Alsace
En France, les gisements sont très favorables à l’exploitation géothermique. Le pays se classe au 3e rang européen en termes de capacité installée de production de chaleur. Concernant la production d’électricité, qui nécessite un potentiel encore plus et un forage plus profond, trois centrales sont actives en France :
- Deux centrales à la Bouillante, en Guadeloupe, pour une puissance totale de 16 MW et une fourniture de 6% de la consommation électrique locale
- Une unité à Soultz-sous-Forêts, dans le Bas-Rhin, pour une production de 1,7 MW
Questions fréquemment posées
Comment fonctionne la géothermie ?
La géothermie récupère la chaleur des sols, sous forme de fluide très chaud ou de vapeur, pour produire de l’énergie. Cette chaleur, contrairement à ce qu’on pourrait penser, n’est pas dû exclusivement au magma ou aux activités volcaniques. C’est un processus naturel, appelé gradient thermique, qui implique que tous les 100 mètres, la chaleur du sous-sol augmente, notamment à cause de la déperdition radioactive naturelle des roches.
À quoi sert la géothermie ?
La vapeur sous haute pression sert à la production d’électricité. Comme pour l’énergie éolienne ou hydraulique, un fluide sous haute pression fait tourner des pâles d’une turbine. Les fluides très chauds servent à la production de chaleur et à l’alimentation du chauffage urbain.
Quels sont les inconvénients d'une centrale géothermique ?
Les centrales géothermiques présentent plusieurs inconvénients :
- Un coût d’investissement et d’installation élevé
- Une mise en place parfois compliquée en fonction du terrain
- Un dérèglement de l’écosystème environnant, notamment en touchant à l’eau souterraine
Quels sont les 3 types de géothermie ?
On distingue 3 catégories de géothermie, définie par la profondeur de captation de la chaleur et la température de l’énergie captée.
- La haute énergie, avec une température excédant les 150°C, est captée entre 1500 et 3000 mètres de profondeur.
- La moyenne énergie, avec une température entre 90 et 150°C, est captée à 1000 mètres.
- La basse énergie, avec une température sous les 90°C, est captée avant 1000 mètres. En France, elle est utilisée dans le bassin parisien et aquitain.
Il y a une quatrième catégorisation : la très basse énergie. C’est la chaleur emmagasinée dans les couches superficielles du sous-sol et qui peuvent être exploitée par les particuliers avec des pompes à chaleur.
Sources de cet article
- Antoine B., Renaud E. “Le Tour du Monde des Energies”, ed. JC Lattès, 2008 – Chapitre 7
- Scotto E., Leroy A « Les énergies renouvelables pour les nuls », ed First, 2021 – Chapitre 11
- (1)https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-radioactivite-naturelle-en-france-cartographiee
- (2) https://geothermie-schweiz.ch/geothermie/weltweit/?lang=fr
- (3)https://infos.ademe.fr/magazine-fevrier-2023/terrain/a-tahiti-leau-de-mer-rafraichit-lhopital/
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