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Géothermie : comment ça fonctionne ? Quelles sont les différentes techniques ?

Iceland Blue Lagoon - Crédits : McKay Savage on Flickr

La géothermie est une source d’énergie renouvelable. Elle consiste à utiliser la chaleur du sous-sol de la Terre pour produire de l’eau chaude ou de l’énergie. Plus on descend dans le sous-sol, plus la roche et les eaux souterraines sont chaudes. 

Géothermie : Comment ça fonctionne ?

L’utilisation de cette source d’énergie pour chauffer l’eau remonte à l’Antiquité. C’est seulement depuis le 20ème siècle que les techniques se sont développées. Aujourd’hui, on peut récupérer la chaleur souterraine à différentes profondeurs et à différentes températures afin de chauffer ou refroidir des bâtiments à usage public ou privé.

Si l’eau est très chaude, on peut aussi l’utiliser pour faire tourner une turbine et la transformer en électricité. Nous reviendrons aux différentes techniques ci-dessous.

Pour mesurer le taux d’augmentation de la température à mesure que l’on s’enfonce sous la Terre, on utilise le gradient géothermique.

Voici la définition de cette unité de mesure selon Pierre Thomasprofesseur au Laboratoire de Géologie ENS de Lyon :

Le gradient géothermique correspondant à la variation de température (dT) en fonction de la variation de profondeur (dh), exprimé en K.m-1 (degré par mètre).”

En Europe, ce gradient thermique se situe en moyenne à 3°C par mètre, ou 30°C par kilomètre, mais dans les régions volcaniques, il peut atteindre 100°C par kilomètre voire plus.

D’après le professeur, les flux géothermiques de la Terre dégagent en moyenne 46 TW (terawatts) par an, soit trois fois plus que la quantité d’énergie produite et consommée par l’humanité sur la même période, estimée à 15 TW (chiffre de 2010). En prime, nous recevons 174 000 TW du Soleil chaque année, soit 11 000 fois plus que la puissance nécessaire pour nos besoins annuels de consommation.

Les systèmes géothermiques présentent plusieurs avantages non négligeables :

  • ils occupent peu d’espace en surface,
  • ils ne représentent pas de danger pour l’Homme ou l’environnement : pas de pollution, pas de bruit ;
  • ils ne consomment pas ou peu d’eau et produisent de l’énergie.
  • les particuliers et les entreprises peuvent bénéficier d’aides publiques pour leur mise en place.
Krafla geothermal Kraftwerk in Island.
Krafla geothermal Kraftwerk in Island. Crédits : Ásgeir Eggertsson -Wikimedia

Géothermie : quelles sont les différentes techniques ?

On distingue généralement trois différentes techniques de géothermie :

  • La géothermie de très basse énergie.
  • La géothermie profonde de basse énergie.
  • La géothermie de haute énergie, productrice d’électricité.
techniques géothermie
Source : Planète Energies

La géothermie de très basse énergie

Représentant les trois quarts de l’énergie géothermique produite en France, elle consiste à prélever la chaleur du sous-sol à basse température à l’aide d’une pompe à chaleur. En général cette température se situe à moins de 30°C à des profondeurs allant jusqu’à 200 mètres.

Ce type de géothermie peut faire appel à trois méthodes différentes.

1) Le réseau horizontal

Des tuyaux en serpentin sont enterrés horizontalement entre 0,60 mètre et 1,20 mètre de profondeur pour prélever la chaleur du terrain traversé. Cette méthode nécessite une surface de terrain équivalente à 2 fois la superficie à chauffer.

2) Les sondes verticales en circuit fermé

Chaque sonde est constituée d’un tuyau formant une boucle. On injecte un fluide caloporteur dans ce circuit fermé, en circulant il capte la chaleur du sous-sol, la restitue au circuit du bâtiment et la renvoie dans le sous-sol. Il faut une sonde de 100 mètres de profondeur pour chauffer une surface de 120 m².

3) La nappe phréatique

Si le terrain dispose d’une nappe phréatique en profondeur, il est possible, sur autorisation de la DRIRE (direction régionale de l’industrie, de la recherche et de l’environnement), de forer un conduit dans le sol afin de pomper l’eau, puis :

– d’échanger sa chaleur via un serpentin avec le réseau du bâtiment puis de la réinjecter en profondeur via un deuxième forage;

– ou, avec une pompe à chaleur, de transférer la chaleur de l’eau au circuit d’eau chaude de l’installation de chauffage.

La géothermie profonde de basse énergie.

Il s’agit du même principe que pour la géothermie de très basse énergie. La différence se situe au niveau des forages, plus profonds, (200 à 2 500 mètres) et de la température de l’eau, supérieure (30° à 90°C). L’eau captée est réinjectée dans le sous-sol via deux forages, qui forment un “doublet”. Cette technique permet de chauffer des surfaces importantes comme des quartiers de plusieurs milliers d’habitants.

La géothermie productrice d’électricité

Geothermal-energy
Crédits : Rxn111130 – Wikimedia

La géothermie des roches chaudes sèches est un concept né dans les années 70 aux Etats-Unis. Cette technique consiste à forer deux puits à une centaine de mètres l’un de l’autre, à des profondeurs situées entre 1500 et 5000 mètres, avec des températures de plus de 150°C.

Dans le premier, on injecte de l’eau à haute pression pour créer un réseau de fractures dans la roche chaude. Lorsque l’eau circule dans ce réseau, on peut pomper cette eau chauffée par les roches dans le second puits, et la relier au circuit de surface pour la transformer en électricité à l’aide d’une turbine.

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