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Nouvelles énergies 14/09/2021

La géothermie, source de chaud, de froid et d’électricité ?

Ressource locale et inépuisable, la géothermie est une technologie mature à faibles émissions de carbone qui permet de produire de la chaleur mais également du froid et de l’électricité.

Un article du Hors-série du magazine Pour la Science : "Aller chercher l'énergie dans le ciel, dans la mer et sous la terre"

La géothermie a toute sa place dans le mix énergétique, puisqu’elle pallie les défauts des autres sources renouvelables, essentiellement intermittentes, comme l’éolien ou le solaire.

Aujourd’hui, on cherche à exploiter au mieux cette ressource, la géothermie de très basse température,  en exploitant des aquifères peu profonds, pour subvenir aux besoins en chaleur et en froid de maisons, bâtiments et voire d'écoquartiers. 

En froid ? 

En effet, grâce par exemple à des pompes à chaleur, la géothermie peut aider à produire du froid renouvelable. Avec des fluides atteignant des températures supérieures à 25 °C, la géothermie est aussi adaptée à la création de réseaux de chauffage urbain plus étendus et même, pour des températures atteignant 110 °C, à la production d’électricité. 

Outre son caractère renouvelable, l’avantage indéniable de la géothermie est qu’elle est toujours disponible. On parle d’une énergie de « base load » (en français « charge de base »), c’est-à-dire non intermittente et donc susceptible de fournir le minimum requis pour un réseau électrique ou de chaleur en continu.  La géothermie a donc toute sa place dans le mix énergétique,  puisqu’elle pallie les défauts des autres sources renouvelables, essentiellement intermittentes, comme l’éolien ou le solaire. 

L'expérience française

À l’instar de Champs-sur-Marne, plusieurs villes de France ont choisi de chauffer ou rafraîchir leurs bâtiments publics et les habitations collectives à partir de cette source énergétique. Un réseau urbain est donc constitué d’une ou plusieurs centrales de production de chaleur, celle-ci étant ensuite distribuée aux utilisateurs par l’intermédiaire de réseaux enterrés qui peuvent parcourir la ville sur plusieurs kilomètres. 

Une centrale géothermique type regroupe le puits de production de chaleur et le puits de réinjection de l’eau au sein de l’aquifère où elle a été puisée, ainsi que des échangeurs thermiques en surface pour transférer la chaleur au réseau d’eau propre qui alimente les bâtiments en chauffage et en eau chaude sanitaire (voir la figure ci-contre). L’eau des profondeurs ne circule donc pas dans les tuyaux !


Dans une centrale géothermique, de l’eau (en rouge) captée dans le transmet sa chaleur dans un réseau de distribution (dans la chaufferie) avant d’être réinjectée (en bleu).

L’Île-de-France et plus particulièrement le Val-de-Marne ont misé sur la géothermie urbaine.


Dans ce département où l’on trouve la plus grande densité au monde de centrales géothermiques en fonctionnement, cette source d’énergie représente plus d’un tiers de la production de chaleur grâce à une vingtaine de réseaux. C’est que la zone bénéficie de l’aquifère du Dogger (voir la figure ci-dessous) enfoui à 1,7 kilomètre de profondeur et de ses propriétés particulièrement favorables ici d’un point de vue hydrodynamique. La température de l’eau se situe entre 60 et 75 °C. Des doublets de puits permettent à la fois de prélever l’eau chaude puis de la réinjecter dans le Dogger une fois ses calories transmises à l’eau de chauffage dans l’échangeur thermique, pour des puissances de 10 à 20 mégawatts (MW).


En Île-de-France, l’activité géothermique a commencé après le premier choc pétrolier, entre 1975 et 1986, et a connu un regain d’intérêt après 2010, notamment grâce au soutien de l’ADEME [1]  , qui favorise la transition énergétique. L’essor est continu, et la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) française, créée par la loi de transition énergétique pour la croissance verte, prévoit pour 2028 un doublement de la production de chaleur renouvelable à partir de géothermie pour les villes et l’industrie.

[1] Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie




Avec ses eaux de 50 à 85 °C, l’aquifère du Dogger, entre 1 500 et 2 000 mètres de profondeur, est une ressource géothermique inestimable en Île-de-France.


Dans ce contexte, ENGIE  a développé depuis dix ans dix nouvelles centrales géothermiques dont les plus récentes sont installées, outre à Champs-sur-Marne, à Vélizy et à Bordeaux. Dans cette dernière ville, le projet est particulièrement innovant. L’idée était d’y explorer la formation du Jurassique, à environ 1,7 kilomètres de profondeur, dont on ignorait le potentiel géothermique (il est en fait nul, car la formation n’est pas aquifère), tout en disposant, par le même puits, d’une solution de repli, en l’occurrence un aquifère du Crétacé, à 900 mètres de profondeur et dont les ressources sont connues. Certes, finalement on dispose d’une énergie moins importante qu’espérée, car moins profonde, mais elle est garantie.

À ces installations nouvelles s’ajoute la rénovation d’une quarantaine de centrales géothermiques mises en service dans les années 1980. Au total, la France est dotée d’une centaine d’installations de ce type, dont 50 en Île-de-France. Une telle densité confère à l’industrie française un savoir-faire unique qui peut s’exporter tant le potentiel géothermique est présent en Europe.

L'électricité géothermique 

La géothermie procure du chaud, du froid, mais aussi de l’électricité. L’Italie a été pionnière dans ce domaine, dès 1913, et notamment la Toscane, une région aux caractéristiques géologiques très favorables : une croûte terrestre amincie et un important magmatisme expliquent un gradient géothermal élevé, de l’ordre de 100 °C par kilomètre. La première centrale, à Larderello, avait une capacité initiale de 20 kilowatts : elle est aujourd’hui supérieure à 800 mégawatts.

Au 20ème   siècle, la mise en valeur de la ressource dans les régions du globe les plus propices a fait de la géothermie une énergie de premier plan. Les progrès scientifiques et techniques les plus récents offriraient même la possibilité d’extraire du lithium de certaines eaux géothermales pour des applications de mobilité électrique. ENGIE participe à ces recherches avec ses partenaires académiques et institutionnels, en concevant et testant avec ses partenaires académiques et institutionnels des technologies d’imagerie des zones en vapeur du sous-sol et de réinjection des gaz] et de réinjection des gaz non-condensables. 

Les capacités mondiales de production d’électricité géothermique installées étaient en 2020 de 15,9 gigawatts (l’équivalent de 16 réacteurs nucléaires), soit moins de 1 % de la production totale. Actuellement mise en œuvre par 29 pays dont les ressources géothermales sont généreuses et manifestes, le potentiel de développement est important.

À l’étranger, ENGIE et ses partenaires ont récemment mis en production la centrale géothermique de Murah Laboh, en Indonésie (d’une puissance électrique de 85 MW). En France, l’objectif est de se tourner vers de nouvelles régions en métropole et en outre-mer afin d’y conduire les études de géosciences préalables à tout projet.

En fin de compte, par le développement de réseaux urbains de chauffage et de refroidissement, ainsi que par la production d’électricité s’appuyant sur les ressources géothermiques, l’ambition est de participer pleinement à l’essor d’un mix énergétique à faibles émissions de carbone.

GECO: a EU research program  to reduce greenhouse gas emissions  from geothermal energy production

Storengy participe au projet GECO (Geothermal Emission Control),  un projet européen avec 9 pays partenaires, visant à développer des techniques de réduction des émissions de gaz à effet de serre des centrales géothermales. Dans le cadre de GECO, Storengy développe une unité de test de démonstration de la faisabilité de la réinjection totale des gaz non condensables (NCG) dans un puits de haute température (>200°C). 

Storengy collabore avec le Iceland GeoSurvey (ISOR) pour mettre en œuvre une unité de test de démonstration en boucle fermée et une complétion de puits spécifique. Ce pilote de réinjection sera testé à Hveragerði (Islande).

Outre les progrès qui mènent vers le contrôle total des émissions en géothermie, ce développement technologique permettra d’une part une meilleure acceptabilité des projets de géothermique électrique car permettant une intégration harmonieusement dans les paysages, et bénéficiera d’autre part à la production grâce au maintien au maintien de pression dans le réservoir exploité. 




This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 818169.


This article has been writen by 

Delphine PATRIARCHE - R&D Key Expert Storengy - Responsable du programme GeoEnergy Lab d'ENGIE
Olivier RACLE - Director District Heating & Cooling Solutions - ENGIE  
Nicolas MONNEYRON -  Geothermal Global Expert - ENGIE

pour le 
Hors-série du magazine Pour la Science : "Aller chercher l'énergie dans le ciel, dans la mer et sous la terre"

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