La géothermie : une énergie locale, propre et durable

Les propriétés de la géothermie sont connues en France depuis le Moyen - Âge, mais son réel développement ne s’est effectué qu’à partir des années 60. Cette technique consiste à utiliser la chaleur présente dans les profondeurs de la terre pour chauffer soit une maison individuelle, soit un quartier, ainsi que pour produire de l’électricité. Après la biomasse, la géothermie est aujourd’hui l’une des principales sources d’énergies renouvelables utilisées en France pour produire de la chaleur.

Travaux de forage de l’installation géothermique de Tremblay-en-France

 

Aujourd’hui, la France compte 71 installations géothermiques, dont 48 réseaux de chaleur géothermiques en Île-deFrance. Dans le cadre de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE), le gouvernement a proposé de multiplier par quatre la production de chaleur géothermique d’ici à 2023 par rapport au niveau de 2014.

Si son coût d’installation est important, la géothermie présente de très nombreux avantages. Elle fournit une énergie puisée et utilisée localement, ne nécessite donc aucun transport, et n’émet pas de CO2. De plus, elle est renouvelable, car les eaux souterraines puisées dans les sols sont présentes en quantité considérable. Enfin, elle est économiquement compétitive sur un cycle long d’exploitation.

 

 

 

On distingue trois grands types de géothermie selon la profondeur du forage et la chaleur extraite.

 

1 . La géothermie à très basse température ou très basse énergie (inférieure à 30°C)

Le principe est d’aller chercher la chaleur à faible profondeur (entre quelques mètres et 200 mètres) pour chauffer en hiver et refroidir en été, un habitat individuel ou collectif. La chaleur captée dans le sol étant trop faible pour une utilisation directe, cette géothermie nécessite l’utilisation d’une pompe à chaleur 1 pour obtenir une température suffisante pour le chauffage. En été, la géothermie peut également être utilisée pour assurer le rafraîchissement des bâtiments grâce à la température du sous-sol. Cette capacité à produire du froid renouvelable est appelée le « géocooling » et représente une alternative à la climatisation.

Il existe une multitude de types d’installation à très basse énergie. Le plus courant pour l’habitat individuel est « le capteur horizontal », enterré dans le jardin d’une maison, et il est aussi possible de recourir aux sondes verticales qui s’enfoncent jusqu’à 200 mètres, là où la température est stable toute l’année.

Pour un bâtiment plus important, on peut également capter, par forage dans des nappes phréatiques, de l’eau à une dizaine de degrés et la réchauffer grâce à une pompe à chaleur.

Enfin, il existe une géothermie sur champ de sondes, qui consiste à installer un réseau de sondes en U, disposées verticalement à une profondeur de 80 à 200 mètres, et remplies d’un liquide caloporteur qui capte la chaleur du sol par transfert. Cela permet notamment de chauffer des bâtiments de plus grande taille. Relativement simple à installer, la géothermie à très basse température est répandue sur tout le territoire. En 2015, selon les chiffres de l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe), elle produisait 272 kilotonnes équivalent pétrole (ktep).

 

2 . La géothermie à moyenne et haute température (entre 30°C à 150°C)

Ces installations vont puiser directement la chaleur dans les couches géologiques aquifères profondes, de 200 à 2 000 mètres environ. La température de l’eau puisée varie selon la profondeur du puits producteur. On estime en effet que la température augmente de 3° C environ tous les 100 mètres de profondeur. Entre 1 600 et 2 000 mètres, on commence à parler de géothermie profonde. Dans le Bassin parisien, le forage s’effectue dans des couches géologiques comme l’Yprésien, l’Albien ou le Néocomien, et surtout dans la couche calcaire dite « Dogger », située à plus de 1 600 mètres de profondeur.

L’objectif est de chauffer un ensemble d’immeubles ou un quartier d’habitation grâce à un réseau de chaleur collectif. Pour cela, il faut aller puiser de l’eau chaude dans le sous-sol pour ensuite transférer la chaleur de cette eau, au moyen d’une centrale géothermique installée en surface, dans un réseau alimentant des logements et des équipements publics. Le puits étant artésien2, il présente un débit naturel relativement limité. Afin de satisfaire aux besoins du réseau de chaleur, on dispose d’une pompe d’exhaure3 installée dans le puits producteur. Cela permet d’augmenter le débit en période hivernale (pour assurer le chauffage et l’eau sanitaire) et de le ralentir un peu en période estivale (seulement pour l’eau chaude sanitaire).

L’eau refroidie est ensuite réinjectée par un deuxième puits dans le sous-sol, afin de maintenir la ressource de ce dernier. La géothermie profonde n’est exploitable que dans les régions offrant une configuration géologique adaptée, soit dans les agglomérations du bassin aquitain, des Hauts-deFrance, de l’Alsace et du Bassin parisien, où de très nombreuses communes y ont recours, comme Bagneux, Rosny-sous-Bois ou Cachan. Dans cette ville du Val-de-Marne, Dalkia a réalisé en 2017 une première mondiale, avec un forage subhorizontal à un angle de 90° au lieu de 40° pour un forage traditionnel.
En 2015, selon l’Ademe, ce type de géothermie fournissait l’équivalent de 120 ktep.

 

3 . La géothermie à haute et très haute température (entre 150° C et 350° C)

On ne trouve ce type d’installations que sur des roches chaudes (notamment sur les terrains volcaniques) situées à très grande profondeur, entre 2 000 et 5 000 mètres. Cette géothermie permet d’alimenter des centrales produisant de l’électricité à partir de sources de vapeur d’eaux profondes. Mais elle permet aussi de faire de la cogénération afin de produire de l’électricité tout en récupérant de la chaleur, voire parfois de ne valoriser l’énergie que sous forme de chaleur. Le principe consiste soit à puiser de l’eau à très haute température présente à une grande profondeur, soit à injecter de l’eau dans une roche chaude et sèche et de récupérer ensuite de la vapeur.

En France, il n’existe que deux grandes installations à très haute température. L’une, la centrale de Bouillante, en Guadeloupe, fournit de l’électricité depuis le début des années 80. L’autre est située en Alsace, à Soultz-sousForêts, et fonctionne avec le procédé EGS (Enhanced Geothermal System), qui consiste à injecter de l’eau sur une roche sèche pour produire de la vapeur. Ces deux centrales sont d’une puissance totale de 16,5 MW pour une production d’environ 93 GWh. La centrale de Soultz-sous-Forêts est opérée par ES (ex-Électricité de Strasbourg), filiale d’EDF. Par ailleurs, ES a des projets de nouvelles centrales à Illkirch-Graffenstaden et Wissembourg.

 

1 Une pompe à chaleur est un dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique d’un milieu à basse température vers un milieu à haute température, et donc d’inverser le «sens naturel» du transfert spontané de l’énergie thermique. Selon le sens du dispositif de pompage, elle peut être considérée comme un système de chauffage si l’on souhaite augmenter la température de la source chaude, ou de réfrigération si l’on souhaite abaisser la température de la source froide.

2 Le puits artésien est un type de puits d’où l’eau jaillit de manière spontanée, remontant de la nappe phréatique par sa seule puissance. Ce phénomène naturel a été découvert par les moines de l’abbaye de Lillers en Artois, en 1126, d’où son nom.

3 Pompe d’exhaure : pompe industrielle utilisée pour évacuer l’eau.

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