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Quels sont ses différents types et quels sont leurs risques?

Centrale géothermique de Nesjavellir (Islande) – © Wikilmages / Pixabay

  • Selon notre partenaire The Conversation, les trois principaux types d’énergie géothermique se différencient en fonction de la profondeur, de la température ou encore de l’utilisation de la ressource thermique.
  • Cependant, chacun de ces types d’énergie géothermique présente divers degrés de risque opérationnel, y compris des tremblements de terre (très) faibles.
  • L’analyse de ce phénomène a été menée par Damien Do Couto, professeur de géologie (Sorbonne Université).

Le Nouvelles récentes dans le rapport sur le fossé du Rhin
tremblements de terre causés par l’homme lors de l’exploitation de l’énergie géothermique.

L’exploitation de la chaleur interne de la Terre, le ” géothermie », C’est une pratique ancienne qui a commencé avec l’utilisation des sources thermales et qui a connu un essor particulier ces dernières décennies avec l’avènement de
transition énergétique ce qui pousse l’humanité à changer ses modes de production et de consommation d’énergie.

Énergie géothermique bouillante © Wikimedia CC BY-SA 4.0

En effet, alors que 99% du volume de la Terre est à une température supérieure à 100 ° C, cette chaleur est inégalement répartie à l’échelle du globe. Les grands mouvements tectoniques aux frontières et à l’intérieur des plaques tectoniques, le volcanisme ou lehydrothermalisme sont autant de facteurs qui favorisent la
circulation de la chaleur des profondeurs. Faisons le point sur cette ressource aux multiples facettes qui malgré tout reste méconnue.

Trois types d’énergie géothermique

L’utilisation de la chaleur du sous-sol dépend des avancées technologiques qui nous permettent de récupérer cette chaleur, à la fois par l’utilisation de pompes à chaleur, ou de
stimulation hydraulique par exemple dont nous parlerons plus tard. En fonction des besoins énergétiques et de la quantité de chaleur disponible dans le sous-sol, différents types d’énergie géothermique sont actuellement en cours de développement dans le monde.

Il existe trois principaux types d’énergie géothermique, qui se distinguent par la profondeur, la température ou encore l’utilisation de la ressource thermique: géothermie très faible à faible (température inférieure à 90 ° C), géothermie moyenne énergie (température supérieure à 90 ° C ) et la géothermie à haute énergie (température supérieure à 120 ° C).

Trois types d’énergie géothermique: peu profonde, moyenne et profonde, pour des sources de chaleur de plus en plus chaudes © Damien Do Couto (selon un diagramme BRGM)

La profondeur de ces opérations varie en fonction de la géologie du sous-sol. Sur Terre, en effet, la température augmente en moyenne de 30 ° C à chaque kilomètre (c’est ce qu’on appelle le «gradient géothermique»), mais ce gradient n’est pas identique en tous les points du globe et peut varier très fortement localement, atteignant parfois 100 ° C par kilomètre. Plus la pente est élevée, moins vous aurez à creuser pour trouver des températures élevées.

Les trois principaux types d’énergie géothermique diffèrent donc sous divers aspects, et en particulier dans les risques qui leur sont associés.

Géothermie à faible consommation d’énergie

La géothermie basse consommation concerne le secteur domestique ou industriel et s’applique à l’utilisation de la chaleur ou de la douceur du sous-sol pour chauffer, refroidir et produire de l’eau chaude pour les maisons individuelles, les bâtiments ou encore les bâtiments commerciaux.

À très faible profondeur (moins de 200 mètres et environ 20 ° C), l’utilisation de pompes à chaleur géothermiques est le meilleur moyen de récupérer cette chaleur et de produire de l’énergie. Dans ce cas les pompes à chaleur sont reliées à des “sondes” verticales ou à des “échangeurs” horizontaux, qui font circuler un liquide caloporteur en profondeur: il se réchauffe au contact de la chaleur du sous-sol et se refroidit dans la pompe à chaleur, un système de compresseur / détente vanne, pour transférer ses calories vers le fluide à chauffer, par exemple eau chaude sanitaire ou circuit de chauffage.

Cette géothermie proche de la surface est la plus développée de France, car elle est la moins chère et la plus simple à installer. C’est aussi le moins risqué, car les sondes géothermiques et les échangeurs horizontaux fonctionnent en circuits fermés: le fluide caloporteur n’entre jamais en contact avec l’environnement extérieur et effectue toujours le même circuit. C’est un échange de chaleur, uniquement par diffusion thermique.

Lorsqu’il y a un aquifère dans le sous-sol, c’est une roche dont la porosité et la perméabilité permettent à l’eau de circuler librement, ” doublets géothermiques », Composé d’un puits de production et d’un puits d’injection, il peut être mis en place. Dans ce cas, la chaleur du fluide ascendant est utilisée pour chauffer les réseaux urbains, puis elle est réinjectée dans son environnement d’origine à une température plus basse.

Coupe géologique du bassin parisien et des différents aquifères exploitables pour la géothermie © ADEME-BRGM (via The Conversation)

En Île-de-France, de nombreux doublets géothermiques sont installés pour alimenter les réseaux de chaleur urbains en utilisant un aquifère entre 1,5 et 2 km de profondeur, à une température moyenne comprise entre 60 et 85 ° vs. L’histoire géologique du bassin parisien a permis le dépôt d’une roche «réservoir» il y a plus de 160 millions d’années. La présence de ces aquifères profonds dépend entièrement de l’histoire géologique passée.

En fonctionnement à l’aide d’un doublet géothermique, l’eau chaude de la nappe en production est réintroduite dans son environnement d’origine afin que le fluide caloporteur n’entre pas en contact avec l’environnement extérieur (ou avec un potentiel aquifère de surface) pour éviter les contaminations et les déséquilibres physico -chimique entre les différents environnements.

Géothermie moyenne et haute énergie

La géothermie de moyenne énergie concerne des projets plus profonds et des températures généralement supérieures à 90 ° C.Le but de cette géothermie est d’utiliser la température élevée des profondeurs pour produire de la chaleur, ou de l’électricité (dans une moindre mesure), voire les deux à la fois. temps. Les principales utilisations de ce type d’énergie géothermique sont industrielles et comprennent l’extraction de produits chimiques, le séchage de produits industriels ou la récupération de métaux.

Le champ géothermique de Larderello en Italie © Damien Do Couto

La géothermie à haute énergie vise à capter l’eau à des températures supérieures à 120 ° C, sous forme de vapeur, qui sera utilisée pour produire de l’électricité à l’aide de turbines. Ce type d’énergie géothermique se développe dans des contextes géologiques spécifiques, impliquant la présence de corps chauds qui fournissent la source de chaleur: il peut s’agir de la proximité du manteau terrestre ou de corps magmatiques, comme on le trouve par exemple en Guadeloupe, sur le Site de Bouillante ou en Toscane.

Pour produire cette chaleur, des forages de plusieurs kilomètres de profondeur sont nécessaires, compte tenu du gradient géothermique moyen. En l’absence d’un aquifère profond, l’eau douce doit être injectée en profondeur, où elle se réchauffe, puis pompée à la surface, généralement à travers deux puits de production. Pour cette méthode, il est donc nécessaire de trouver, en profondeur, un environnement chaud et naturellement fracturé dans lequel l’eau peut circuler et stocker de la chaleur.

Dans ce contexte, l’utilisation de la «stimulation hydraulique» permet d’augmenter la perméabilité des réservoirs profondément fracturés. Cette technique dérivée du pétrole vise à injecter de l’eau douce sous pression pour ouvrir des fractures préexistantes. On parle donc de “EGS” pour Système géothermique avancé. Contrairement à la fracturation hydraulique, qui cherche par injection d’eau et de produits chimiques à créer de nouvelles fractures sur une grande surface, la stimulation hydraulique est beaucoup moins risquée, car les pressions d’injection sont quatre à cinq fois inférieures à celles de la fracturation hydraulique. Cette phase de la stimulation hydraulique
il provoque souvent des tremblements de terre, étant la plupart de ces faibles amplitudes pour ne pas être perçue par la population autour du site d’injection.

En revanche, l’utilisation de la stimulation hydraulique nécessite une parfaite connaissance du réservoir en profondeur: sa nature, sa géométrie, l’orientation des fractures ou la quantité de tension tectonique préalablement accumulée. Qu’est-il arrivé récemment sur le site de Vendenheim dans la région du Bas-Rhin démontre la méconnaissance des propriétés du réservoir profond. En effet, la plupart des données utilisées par les géoscientifiques sont des données indirectes issues d’observations géophysiques, et le diamètre d’un puits ne représente que quelques centimètres carrés de surface, pour un réservoir pouvant s’étendre sur plusieurs kilomètres carrés.

Cette analyse a été rédigée par Damien Do Couto, professeur de géologie (Sorbonne Université).
L’article original a été publié sur le site Web de
La conversation.

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Cunégonde Lestrange

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