Quelles énergies pour demain : la géothermie.

          Je continue mes articles sur les énergies non ou peu carbonées. Aujourd'hui, la géothermie.

           L’énergie géothermique consiste à capter la chaleur de la Terre, pour produire de l’électricité ou pour utiliser directement ces calories pour du chauffage, notamment urbain..
           La croûte terrestre a environ 30km d’épaisseur en moyenne (voir mon articles sur la Terre du 16/10/2017) et le manteau qui se trouve sous elle est un magma chaud.
Une partie de cette chaleur est cédée à la croûte, qui par ailleurs récupère aussi la chaleur produite par la radioactivité des roches, de l’uranium, du thorium et du potassium notamment.
            La production de chaleur par la terre est de l’ordre de 0,06 W/m2, alors que le soleil produit 340W/m2 soit 6000 fois plus.
             On ne peut donc prélever beaucoup d’énergie sans tarir la source. C'est à cette condition que la géothermie est une énergie renouvelable.

             Le principe de la géothermie est de se servir d'eau qui a été réchauffée par la chaleur terrestre souterraine.
             Dans des cas plus fréquents, de l’eau circule naturellement sous terre et on peut donc la récupérer et la recycler en grande partie;  l’inconvénient est que cette eau contient de nombreux sels, certains radioactifs et qu’elle en général fortement corrosive, ce qui va attaquer les installation de tubage et de pompage.
              Dans le cas où on ne dispose pas d’eau naturelle, on peut en injecter, en utilisant en général un puits pour injecter l’eau et un autre puits pour la récupérer..(voir schéma ci-dessous). Mais en général l’eau circule mal dans les roches et il faut alorst le « fracturer » comme lorsqu’on veut libérer le pétrole de schiste.  Les méthodes de fracturation hydraulique utilisées pour permettre la circulation de l’eau dans les roches et éviter le colmatage peuvent entraîner des micro-séismes.

            La chaleur de la Terre est une énergie abondante, mais de faible intensité : la température s’accroit, approximativement en moyenne, de 3 d° par 100 mètres de profondeur. Il faut donc creuser profond pour atteindre des températures élevées.
             Les conditions d’exploitation sont très différentes selon la profondeur des puits de forage : faible profondeur à basse température, 5 à 10 d°C; profondeur moyenne; jusqu’à 2000 m et 50 à 90 d°; grande profondeur jusqu’à 10 000 m et température élevée avec deux créneaux : 100 à 150 d°c et au dessus de 150 d°C.

             L’utilisation de forages peu profonds et d’une température qui est faible (par exemple 12 d°C constant toute l’année à 10 m de profondeur). est essentiellement de chauffer l’hiver ou refroidir l’été une habitation individuelle avec une pompe à chaleur.
            La profondeur des sondages est le plus souvent inférieure à 100m et en moyenne d’une trentaine de mètres. On peut aussi utiliser des tuyauteries horizontales implantées sur une surface assez grande à une dizaine de mètres sous le sol.
             En fait on utilise les calories captées par le terre sur le rayonnement solaire.

             Avec des sondages plus profonds de 1000 à 5000 mètres dans des régions qui s’y prêtent, on recueille de l’eau à plusieurs dizaines de degrés qui est directement utilisée pour le chauffage urbain, en France, principalement en Aquitaine et en Ile de France.

           A plus grande profondeur encore on peut atteindre des températures plus élevées afin de produire de l’électricité. Toutefois tout dépend du gradient de température du lieu : en région volcanique on peut atteindre les mêmes températures avec des forages beaucoup moins profonds.
           Entre 100 et 150 d°C, on utilise des échangeurs et un fluide intermédiaire, alors qu’au delà de 150 d°C, la vapeur jaillit du sol et est capable d’alimenter directement les turbines liées aux alternateurs.`

           Dans les zones volcaniques le gradient de température et beaucoup plus élevé (il peut aller jusqu’à 1000 d°C par 100m de profondeur. Dans ces cas l’exploitation ne nécessite pas de forage important.
           Si des eaux circulent naturellement, il est alors possible de les pomper pour alimenter des chauffages ou des turbines. C’est le cas en Islande dont une grande partie des besoins énergétiques est couverte par la géothermie. Des sources chaudes jaillissent même spontanément en surface (geysers).
           La centrale géothermique de Bouillante, en Guadeloupe, sur Basse Terre; située à coté de deux anciens volcan, dans une région de sources chaudes, produit de l’électricité grâce à sept puits entre 350 et 1000 mètres de profondeur. (photo ci-dessous).

        Les cpacités géothermique par pays en 2022 sont données surs sur le tableau ci dessous :

         En 2018, 284 TWh de chaleur géothermique ont été mis à disposition dans 88 pays et 94 TWh d’électricité géothermique ont été produites dans 29 pays.
         En France, la géothermie ne représente qu’1 % de la chaleur produite dans le pays. Pourtant, cette énergie renouvelable est disponible sur plus de 90 % du territoire et pourrait couvrir au moins 70 % des besoins thermiques de bâtiments ou procédés industriels ou agricoles. Actuellement elle ne possède que deux centrales électriques, en Alsace et en Guadeloupe.
          Le frein est essentiellement le coût et la crainte de séismes suite aux forages et à la fracturation.

          En définitive, l’énergie géothermique ne dépend pas des conditions météorologiques et ne produit que très peu de CO2 (indirectement). Elle n’est inépuisable que si on limite la prise de chaleur et la circulation d’eau.
           Les méthodes de fracturation hydraulique utilisées pour permettre la circulation de l’eau dans les roches et éviter le colmatage peuvent entraîner des micro-séismes.
           Un autre inconvénient est la teneur en sels de l’eau qui entraîner une corrosion importante des tuyauteries et pompes.
            Les installations subissent aussi des variations importantes de température qui peuvent entrainer des chocs thermiques   
            L’énergie thermique reste une énergie assez chère en raison des coûts du forage et de l’entretien des matériels.
            Pour les installations de particuliers, par rapport à un chauffage au gaz naturel, le retour d’investissement n’est intéressant qu’en raison des aides de l’état (8 à 10 ans)   
            Pour les installations de chauffage urbain et de production d’électricité, un fort gradient de température et la présence d’eau sont nécessaires pour assurer la rentabilité. Les installations sont donc en zone volcanique, près des bords des plaques tectoniques ou dans les zones de sources chaudes ou de forte circulation thermale. 
            Il est dommage que le gouvernement n’ait pas laissé les grande compagnie pétrolières faire de la prospection de gaz et pétrole de schiste, en leur demandant de prospecter en même temps les possibilités géothermiques;