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géothermie

Champ géothermique
Champ géothermique

Source d'énergie que représentent ces phénomènes.

Les différents types de géothermie

La géothermie a de tout temps été utilisée par les hommes ; mais ce n'est qu'au xxe s. qu'elle a été « redécouverte » et appliquée à une échelle industrielle. La chaleur interne du globe réchauffe les nappes d'eau profondes ; en remontant, l'eau chaude ou la vapeur peuvent donner des manifestations en surface, comme les geysers ou les sources thermales.

La géothermie haute énergie caractérise les zones actives de l'écorce terrestre et est liée à une source de chaleur magmatique. La production de vapeur à partir d'aquifères à température de 100 à 400 °C permet la production directe d'électricité grâce à des turbines à vapeur. La centrale de Bouillante, en Guadeloupe, est l'unique centrale géothermique française de haute énergie. Comprenant deux unités de production, elle a une puissance de 15 MW et fournit 8 % de l'électricité consommée en Guadeloupe. L'eau est captée à 250 °C au fond de trois puits, respectivement à 2 500 m, 1 400 m et 1 200 m de profondeur. Une troisième unité est en projet ; elle porterait la capacité de production à 40 MW.

La géothermie à moyenne énergie exploite des eaux entre 80 et 150 °C, ce qui n'en permet pas l'utilisation directe pour produire de la vapeur. Il faut passer par un fluide intermédiaire qui actionne les turboalternateurs. Cette géothermie peut aussi être utilisée pour le chauffage.

La géothermie à basse énergie, la plus répandue, couvre une gamme de températures allant de 30 à 100 °C, dans des nappes situées le plus souvent entre 1 000 et 2 000 m de profondeur, dont le réchauffement est dû au gradient géothermique. Cela ne permet pas la production d'électricité mais sert pour le chauffage des logements. Le Bassin parisien, par exemple, recèle cinq grands réservoirs géothermiques d’eau chaude, dont le Dogger, qui offre des températures de 56 °C à 85 °C à 1 800 m de profondeur et qui alimente des réseaux de chaleur urbains.

Enfin, la géothermie à très basse énergie exploite des eaux de 10 à 50 °C, ce qui impose l'utilisation de pompes à chaleur. Ces températures se rencontrent dans des nappes très peu profondes et le coût des forages est donc réduit. En l'absence de nappes phréatiques chaudes, il est possible d'exploiter la chaleur « sèche » du sol. Accessible partout, elle est de 14 °C et s’élève de 4 °C tous les 100 m de profondeur. Recueillie par des capteurs, cette énergie peut ensuite servir à chauffer une habitation, via une pompe à chaleur.

L'énergie géothermique des roches profondes

À grande profondeur (au moins 2 000 m), en l'absence d'eau, l'énergie géothermique peut être extraite de la chaleur de roches sèches (technologie Hot Dry Rock, HDR). Le principe consiste à créer des réservoirs artificiels au sein de massifs rocheux peu perméables et très chauds en agrandissant les fissures naturelles qui s'y trouvent. Après quoi, on crée une circulation forcée d'eau et l'on récupère l'énergie des roches. Des essais tentés aux États-Unis (au Nouveau-Mexique) dans les années 1970, puis en Allemagne, en Grande-Bretagne et au Japon ont révélé de nombreuses difficultés à surmonter. La première expérimentation satisfaisante est celle réalisée depuis 1987 dans le cadre d'une coopération franco-allemande à Soultz-sous-Forêts, dans le Bas-Rhin, sur le flanc est du fossé rhénan. Elle a conduit à la construction d'une centrale électrique d'une puissance de 1,5 mégawatt électrique (MWe), inaugurée en 2008. L'eau est pompée à près de 200 °C, à quelque 5 000 m de profondeur, avec un débit de 88 m3/h. Elle parvient à la surface à 163 °C et chauffe un gaz, de l'isobutane, dans un échangeur de chaleur. Le gaz chaud, en se détendant, fait tourner une turbine, qui produit de l'électricité, tandis que l'eau est réinjectée en profondeur. Outre l'Alsace, la Limagne et le couloir rhodanien sont les régions françaises les plus propices à la géothermie en roches profondes. Celle-ci commence aussi à être exploitée commercialement en Allemagne, où une centrale de 2 MWe est entrée en fonctionnement au début de 2008.

Atouts et difficultés de la géothermie

L'exploitation de l'énergie géothermique, contrairement à celle des énergies fossiles traditionnelles, est respectueuse de l'environnement et n'émet que de faibles quantités de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre. Par ailleurs, cette énergie est disponible en permanence, et potentiellement inépuisable à l'échelle humaine (c'est une énergie dite renouvelable). Cependant, son exploitation n'est pas exempte de problèmes techniques. Par suite de son séjour en profondeur, l'eau contient des substances chimiques. Par exemple, l'eau exploitée sur le site de Salton Sea en Californie est bien plus salée que l'eau de mer. Il n'est donc pas possible de rejeter l'eau refroidie en surface, sous peine de polluer les sols, et il faut la réinjecter en profondeur. Par ailleurs, le pompage d'eaux souterraines dans des régions géologiquement actives et instables augmente sensiblement les risques de séismes.