La géothermie – Du grec gêo(terre) et themos (chaud)- , désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe ainsi que les processus industriels qui visent à l’exploiter, pour produire de l’électricité et(ou) de la chaleur.

Le gradient thermique : la température, le critère clé.

3 °C : l’augmentation moyenne de la température tous les 100 m de profondeur

La température dans le sous-sol terrestre, en particulier dans les aquifères (réservoirs rocheux renfermant des eaux souterraines) augmente avec la profondeur, selon le gradient thermique de chaque région (hausse moyenne de la température en fonction de la profondeur).

Le gradient a une valeur mondiale moyenne de 3 °C pour 100 m de profondeur.
Il s’échelonne ensuite entre 1 °C pour 100 mètres et 10 °C pour 100 mètres, selon les conditions physiques et géologiques de la région.

Les différents types de géothermie

Comme nous venons de le voir, la température est le critère qui sert de guide pour bien cerner la géothermie. Les techniques géothermiques diffèrent selon la température des eaux géothermales, laquelle définit aussi l’usage que l’on fait de ces eaux.

Ainsi, la géothermie est qualifiée de :

« très basse énergie » (moins de 30°C)

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Elle concerne les aquifères peu profonds d’une température inférieure à 30°C, température très basse qui peut cependant être utilisée pour le chauffage et la climatisation si l’on adjoint une pompe à chaleur.

« basse énergie » (30 à 90°C)

La chaleur et l’eau géothermale sont utilisées pour le chauffage géothermique. C’est la géothermie basse énergie

« moyenne énergie » (90 à 160°C)

Entre 90 °C et 160 °C, l’eau est employée à la surface sous forme liquide. Elle transfère sa chaleur à un autre liquide, qui se vaporise à basse température et actionne une turbine pour la production d’électricité. C’est la géothermie de moyenne énergie.

« haute énergie » (plus de 160°C)

Au-delà de 160 °C, cette eau se trouve alors sous forme de vapeur quand elle atteint la surface du sol. Elle fait tourner des turbines dont le mouvement génère également de l’électricité. C’est la géothermie de haute énergie.

Les usages : chauffage, fourniture d’énergie et production d’électricité.

En fonction de la ressource, de la technique utilisée et des besoins, les applications sont multiples.

A faible profondeur, cette énergie peut être valorisée pour produire de la chaleur ou du froid si elle est assistée par une pompe à chaleur.
Au delà de 1500m, la géothermie permet directement le chauffage des bâtiments, la fourniture d’énergie pour les industriels et la production d’électricité.

« très basse énergie » (moins de 30°C) : pompes à chaleur et capteurs géothermiques

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géothermie de très basse énergie
La géothermie de très basse énergie est utilisée dans de petites installations, qui peuvent être mises en place au niveau d’un quartier ou d’une maison individuelle. On utilise alors des pompes à chaleur, des tuyaux enterrés ou des sondes sèches.

60 cm : la profondeur à partir de laquelle on peut récupérer de la chaleur

Pour récupérer la chaleur des sous-sols, on emploie des capteurs géothermiques enterrés, capables de prélever la chaleur des terrains qu’ils traversent et couplés à des pompes à chaleur (PAC). De telles installations sont souvent à la portée de particuliers propriétaires d’une maison individuelle.
Il existe des capteurs enterrés horizontalement à faible profondeur (0,60 m à 1,20 m) dont l’installation nécessite une surface de terrain équivalant à 1,5 voire 2 fois la superficie habitable à chauffer. Dans les zones urbanisées, où l’espace disponible au sol est souvent réduit, on utilise de préférence des capteurs enterrés verticalement (entre 30 et 150 m de profondeur) ou des sondes géothermiques. Dans les deux cas, les capteurs sont composés de tubes enroulés sur eux-mêmes. Dans ces tubes, circule de l’eau mélangée à un antigel. Une fois réchauffée au contact du sous-sol, cette eau remonte en surface et fait fonctionner une PAC. La chaleur ainsi récupérée alimente le plus souvent un plancher chauffant.

« basse énergie » (30 à 90°C)

La géothermie basse énergie
La géothermie de basse énergie permet d’alimenter des systèmes de chauffage, soit de maisons individuelles, soit d’immeubles, d’équipements collectifs, d’exploitations agricoles, de serres agricoles, de champignonnières, de bassins de pisciculture, de locaux de séchage de bois…

forage de puits géothermiques

Les géothermiciens commencent par réaliser des forages. Ils creusent un ou plusieurs puits pour atteindre les terrains ou les réservoirs souterrains d’eau chaude, dont il faut capter la chaleur, puis ils introduisent des tubages (cylindres creux) qui consolident les parois. Dans le cas de la géothermie basse énergie, ce sont les réservoirs d’eau (les aquifères) qui sont mobilisés. Ils se situent généralement entre 1 000 et 2 500 mètres de profondeur, avec des eaux dont la température est comprise entre 40 °C et 90 °C.

« moyenne énergie » (90 à 160°C)


Quand l’eau géothermale présente une température de 90 à 160 °C, elle peut être employée sous forme liquide dans la production d’électricité : c’est la géothermie de moyenne énergie.

Cette technique fait appel à des centrales qui captent l’eau souterraine à travers des puits géothermiques creusés dans le sol. Ainsi, les centrales géothermiques de moyenne énergie sont construites à proximité d’aquifères situés entre 2 000 et 4 000 mètres de profondeur. Dans les zones volcaniques, où les sous-sols renferment davantage de chaleur, les eaux utilisables par ces centrales se trouvent parfois à moins de 1 000 mètres de profondeur.

La toute première centrale électrique géothermique de l’histoire, à Larderello (Italie), a été construite en 1913

Les ressources mondiales en géothermie moyenne et haute température (production d’électricité) se concentrent dans un nombre limité de pays, autour des zones volcaniques actives du globe. Elles sont surtout localisées en Asie, dans les îles du Pacifique, en Afrique de l’Est et des Grands Lacs, en Amérique du Nord, dans les Pays Andins de l’Amérique du Sud, en Amérique Centrale et aux Caraïbes.

« haute énergie » (plus de 160°C) : 30 % de la part de l’électricité géothermique en Islande

géothermie en islande

La géothermie de haute énergie permet de capter dans le sous-sol terrestre des eaux et de la vapeur d’eau très chaudes, utilisées dans des centrales spécifiques pour produire de l’électricité.

Si la température de l’eau géothermale dépasse 160 °C, cette eau peut servir directement, sous forme de vapeur, à faire tourner des turbines générant de l’électricité : on parle de géothermie haute énergie. Ce principe a été utilisé, dès 1913, dans la toute première centrale électrique géothermique de l’histoire, à Larderello (Italie).

Les centrales de haute énergie captent l’eau des nappes situées dans les régions volcaniques, entre 1 500 et 3 000 mètres de profondeur. Dans de très rares occasions, l’eau est présente dans le réservoir sous forme de vapeur. Dans 95 % des cas, l’eau du gisement est disponible sous forme liquide. La baisse de pression subie par le fluide dans le tubage lors de sa remontée vers la surface provoque la vaporisation d’une certaine proportion du fluide initial. En surface, on isole l’eau liquide de la vapeur sèche au moyen d’un appareil nommé séparateur. La vapeur sèche est envoyée sur la turbine tandis que l’eau liquide peut être vaporisée à nouveau par une baisse de pression plus poussée. L’eau liquide résiduelle est réinjectée dans le réservoir.

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