Géothermie : les différentes facettes d’une source d'énergie inépuisable


La géothermie, c’est à la fois l’étude des phénomènes thermiques internes de la Terre et l’art d’exploiter la chaleur de la croûte terrestre. Sous nos pieds, la température grimpe rapidement, jusqu'à dépasser les 5 000 °C au sein du noyau terrestre solide. Mais inutile d’aller aussi loin pour utiliser cette source d’énergie inépuisable. Les installations géothermiques puisent l’énergie du sous-sol dès les premiers mètres et peuvent parcourir plusieurs kilomètres à un niveau industriel. Leur développement sur le territoire participe ainsi à la stratégie de décarbonation du bouquet énergétique français. En 2019, la consommation d’énergie primaire française s’élevait à 2 893 TWh, dont 339 TWh en énergies renouvelables, soit 11,7 % (1). Une part en progression de 4 points sur 10 ans, qui s’appuie en partie sur les solutions géothermiques pour la production d'électricité et de chaleur. De la géothermie profonde à la géothermie de surface, chaque palier offre des applications et perspectives bien distinctes.


Produire de l’électricité avec la géothermie profonde


La géothermie profonde œuvre à plusieurs kilomètres sous terre. Là où les nappes aquifères et les roches sèches atteignent des températures suffisamment élevées, de 150 °C à 350 °C. La vapeur d’eau obtenue sous haute pression alimente des turbines capables de faire fonctionner un alternateur pour la production d’un courant électrique alternatif. Une source d’énergie propre, peu émettrice de gaz à effet de serre, disponible quelles que soient les conditions climatiques et renouvelable. Son exploitation est assurée par les centrales géothermiques. La France dispose de plusieurs terrains exploitables, notamment dans les zones les plus volcaniques, mais le pays compte seulement deux sites de production en Guadeloupe et en Alsace.


La centrale de Bouillante en Guadeloupe


La centrale de Bouillante, active depuis 1986, prospère sur l’île volcanique aux sources chaudes. Dès 2005, la géothermie représente 7 % du mix énergétique guadeloupéen. En 2019, le site obtient l’autorisation de nouveaux forages pour atteindre une puissance totale de 25 MW d’ici 2022 et prévoit la construction d’une seconde centrale à l’horizon 2027. D’ici 2030, Bouillante devrait produire 20 % de l’électricité de l’île, propulsant la géothermie sur la plus haute marche du podium parmi les énergies renouvelables (2).


Le site de Soultz-sous-Forêts en Alsace


En Alsace, le site expérimental de Soultz-sous-Forêts voit le jour au milieu des années 90. À la faveur d’une exception géologique, la région offre aujourd’hui des sols favorables à la géothermie, avec des roches naturellement fracturées, riches en aquifères et un gradient géothermique (augmentation de la température en fonction de la profondeur) 3 fois plus élevé que la moyenne nationale. Un potentiel qui n’a pas échappé à Électricité de Strasbourg (ÉS) qui souhaite développer le nouveau concept de Enhanced Geothermal System (EGS) garantissant l’absence de contact avec la nappe phréatique. Dès 2016, le site devient une petite centrale géothermique dotée d’une puissance de 1,5 MW (3).


En 2019, la production brute d’électricité renouvelable en France s’élevait à 113 TWh. La géothermie électrique représentait 0,1 % de cette production (1).


Les installations géothermiques réservées à la production de chaleur

Les conditions d'installation sont plus souples lorsqu’il s’agit de chauffer les espaces ou de produire de l’eau chaude sanitaire. Le champ des possibles s’ouvre alors à d'autres régions du territoire français. En 2019, la consommation primaire d’énergies renouvelables pour usage de chaleur atteignait 167 TWh, dont 2,4 % étaient issus de la géothermie (1).


La géothermie au service d'un réseau de chaleur local


Certaines zones géographiques offrent à moins de 2 km de profondeur des conditions favorables à l'alimentation d’un réseau de chaleur, à l’échelle d'un quartier ou d’un ensemble d'immeubles. C’est le cas du Bassin Parisien et particulièrement de l’aquifère du Dogger exploité en Val-de-Marne et en Ile-de-France. Avec un niveau de température pouvant dépasser les 80 °C, les systèmes en place alimentent directement un réseau urbain au moyen d’un échangeur thermique. Une sous-station endosse alors le rôle de chaudière distribuant la chaleur vers les bâtiments.


Cette technologie sert également d’autres secteurs, de la balnéothérapie à la pisciculture en passant par le chauffage de serre à des niveaux industriels.


La géothermie à taille humaine avec la pompe à chaleur


Les installations à très basse température se retrouvent aisément dans les jardins résidentiels. Elles permettent d'exploiter des ressources d’une température inférieure à 30 °C, sur la vaste majorité du territoire et dès que les conditions du terrain le permettent. Pour ce faire, la pompe à chaleur (PAC) prélève l’énergie avant de la porter à une température suffisamment élevée pour chauffer des habitations ou des locaux professionnels.


La restitution de l’énergie géothermique assure également le rafraîchissement des espaces clos, très appréciable à la période estivale. La géothermie dispose ici d’un atout de taille face à d'autres énergies renouvelables utilisées pour le chauffage et la production d'eau chaude. Les épisodes caniculaires gagnent en intensité et leur fréquence tend à s’accélérer. De plus en plus de régions se retrouvent ainsi exposées à des pics de chaleur assez réguliers pour que des mesures durables soient mises en place. Toutefois, dans l’habitat individuel, la pompe à chaleur air-air, moins chère à l’achat et plus simple à l'installation, est souvent privilégiée. Les ventes records de PAC enregistrées en 2019, ont ainsi laissé les équipements hybrides et géothermiques sur le banc de touche.


À l’automne 2020, les aides financières accordées aux particuliers sous forme de primes aux travaux atteignent 7 000 € à 15 000 € pour l'installation d’une PAC géothermique. De quoi embarquer de nombreux projets jusqu’alors écartés, faute de budget. Quant à la géothermie profonde, après deux décennies difficiles depuis les années 80, elle retrouve le soutien de l’Ademe en 2008 avec un Fonds de Chaleur dédié. Une meilleure prise en charge des coûts de forage en cas d'échec est envisagée afin de soutenir les initiatives dans les régions, hors Ile-de-France. Par ailleurs, les projets de géothermie EGS devraient être soutenus par un second fonds de garantie en cours de notification auprès de la Commission Européennes (4). En 2018, l'estimation haute de la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) prévoyait le doublement de la production française en géothermie profonde à l’horizon 2028 (5).


Corinne GARNIER

(1)Ministère de la Transition écologique. Chiffres clés des énergies renouvelables - Édition 2020. Juillet 2002. p. 6 - 12

(2)Ademe Magazine n°139. Octobre 2020. p.11

(3)Ademe et Vous Le Mag n°122. Janvier - Février 2019. p.8

(4)Ademe et Vous Le Mag n°122. Janvier - Février 2019. p.11

(5)Ademe et Vous Le Mag n°122. Janvier - Février 2019. p.7

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