Il existe de nombreuses façons de produire de l'électricité. La géothermie est l’un des moyens les plus propres et respectueux de l'environnement.

En effet, il s’agit d’une énergie renouvelable, qui utilise la chaleur de l’eau contenue dans les nappes phréatiques profondes. Elle est donc propre et quasiment inépuisable.

À l’heure du réchauffement climatique, il est essentiel de trouver et d’exploiter des moyens de production qui n'émettent pas de CO2 dans l'atmosphère.

La géothermie réunit tous ces critères, nous allons donc voir dans cet article dans quelle mesure cette énergie peut s’inscrire dans la transition énergétique.

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Comment fonctionne la géothermie ?

La géothermie exploite la chaleur naturelle du sous-sol pour produire de l'énergie. Des sondes ou pompes à chaleur captent les calories des roches ou nappes phréatiques. Cette chaleur est transférée à un fluide pour chauffer des bâtiments ou actionner des turbines produisant de l'électricité.

Le principe de la pompe à chaleur géothermique

Une centrale géothermique repose sur un principe de base relativement simple.
L’eau contenue dans les profondeurs de notre planète peut atteindre une température très élevée. En effet, la température des roches qui composent la croûte terrestre augmente de 1 °C tous les 30 m de profondeur. Ce rythme s'accélère, plus on approche du centre de la Terre.

Les volcans et les sources d’eau chaude en sont les représentations les plus visibles. Il est donc possible de creuser afin d’exploiter la température du sol comme source d’énergie.

Le principe de la pompe est donc d’utiliser cette chaleur contenue dans le sol afin de pouvoir l’exploiter. Cela est possible avec l’aide d’un fluide qui se chauffera au contact des roches plus ou moins profondes et sera remonté par la pompe.

Le fluide contenu dans les tuyaux qui le transportent en profondeur varie selon l’installation. Il peut s’agir d’eau ou d’un liquide glycolé (eau + antigel) comme nous allons le voir. Il existe deux méthodes afin d’exploiter un système géothermique : le captage vertical et horizontal.

Source : dedietrich-thermique.fr

Le captage vertical

Dans le cas du captage vertical, on installe des sondes géothermiques jusqu'à 100 mètres de profondeur maximum. Elles sont constituées de deux circuits fermés en U dans lesquels circule le liquide glycolé.

Il est essentiel que le sol utilisé soit suffisamment étendu et qu’aucun arbre ne soit planté sur sa surface. Les racines peuvent être un obstacle à l’efficacité des capteurs verticaux.

Cette méthodologie est plus coûteuse que le captage horizontal car la chaleur captée est située plus en profondeur. L’eau contenue à cette profondeur n’est pas soumise aux aléas climatiques et ce système est ainsi plus performant et stable.

Cette solution est souvent privilégiée par les entreprises, l’installation étant trop coûteuse pour des particuliers.

Source : geothermies.fr

Le captage horizontal

Il s’agit de la méthode la plus répandue chez les particuliers. L’installation est située entre 0,6 et 1,3 mètre de profondeur. Contrairement au captage vertical, il est nécessaire de disposer d’une surface suffisamment étendue. Elle doit notamment être beaucoup plus grande que la surface à chauffer.

L’installation dispose également de tuyaux en polyéthylène qui vont se charger de transporter les fluides. Cela va permettre de chauffer l’intérieur du logement via un réseau de câbles dans le sol. Il s’agit d’une alternative au système de chauffage classique d'une habitation.

Source : geothermies.fr

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Quels sont les différents types de géothermie ?

Les techniques utilisées, le rendement et les usages sont différents selon la profondeur de l’installation. La chaleur de l’eau et des roches augmente aussi à travers la profondeur.

Source : blog theconversation

La géothermie peu profonde

Elle se situe à une profondeur comprise entre 0 et 400 mètres, à cette distance la température avoisine les 15 à 20 degrés. Cette méthode est principalement utilisée pour des usages domestiques. Généralement ce système sert à chauffer un fluide caloporteur ou le refroidir grâce à un système de tuyaux ainsi que d’une pompe à chaleur.

C’est la méthode la plus utilisée car la moins coûteuse et la plus simple d’installation. Celle-ci comporte des risques minimes ce qui en fait un atout important dans sa mise en place. En effet, les fluides circulent en boucles fermées : c'est-à-dire que le fluide transporté n’est jamais en contact avec l’extérieur et réalise toujours le même circuit. Il s’agit ici d’un échange de chaleur par diffusion thermique uniquement.

Le circuit entier dispose donc de sondes géothermiques, verticales ou horizontales, d’une pompe à chaleur ainsi que d’un réseau de tuyaux étanches.

La géothermie moyennement profonde

Il est possible de creuser un niveau encore plus profond pour trouver des températures plus élevées. Au-delà des 400 mètres de profondeur les températures se situent entre 50 et 120 degrés Celsius.

Il existe plusieurs méthodes d'extraction mais l'idée générale reste la même. Il s’agit de récupérer de l’eau chauffée à une température importante. Il existe par exemple des endroits en sous-sol où l’eau est naturellement chauffée, par exemple le site de Bouillante en Guadeloupe.

On récupère ensuite la chaleur dégagée par cette eau chaude à l’aide d’un échangeur de chaleur ; l'énergie thermique de cette eau vient chauffer un autre liquide caloporteur.

Source : TotalEnergies

La géothermie profonde

Ce genre d’installations est généralement utilisé pour la production d'électricité. Les coûts de ce genre d’installation étant relativement élevés.

Pour cela, on installe une pompe à eau qui injecte de l’eau en profondeur. Elle dispose de deux circuits fermés, le primaire et le secondaire.

 
• Le circuit primaire a pour rôle d'injecter de l’eau en profondeur et de remonter ensuite le fluide à la surface ; sa température avoisine alors les 200 degrés. Ce fluide circule au sein d’un circuit fermé, qui passe par l’échangeur installé à la surface. L’eau redescend ensuite et le cycle recommence.
 
• Le circuit secondaire fait également circuler de l’eau dans un circuit fermé. Ce circuit passe au travers de l’échangeur, où les calories récupérées du premier circuit chauffent l’eau contenue dans le second. Elle se transforme ainsi en vapeur et fait tourner une turbine qui va produire de l'électricité.
  

Cette méthode est coûteuse et comporte de nombreux risques ; cependant son rendement est important. Il est ici question d’injecter de l’eau dans la roche en profondeur pour fracturer le sol et permettre à l’eau de circuler parmi les pierres chaudes avant de remonter. Cependant, ces méthodes se raréfient à cause du risque de séisme provoqué par les fractures à répétition. Il faut à ce titre bien distinguer la stimulation de la fracturation hydraulique.

En effet, avec la stimulation on vient injecter de l’eau douce afin d'agrandir des failles déjà existantes ; la pression de l’eau est donc 4 à 5 fois inférieure à la fracturation hydraulique.

Quels sont les avantages et inconvénients de la géothermie ?

Avantages de la géothermie

Comme nous l’avons vu dans la partie précédente, la géothermie n’émet pas de gaz à effet de serre par son processus de production de chaleur. À l’heure de la transition énergétique il est absolument crucial de s’appuyer sur des technologies qui nous permettent à moindres frais pour la planète de produire de l'électricité. Il s’agit d’une énergie renouvelable quasi inépuisable.

Son rendement énergétique reste limité mais son caractère abondant et pratique fait de la géothermie une énergie d’avenir.

Elle dépend peu des ressources naturelles (telles que le gaz, le vent, le soleil…) et peut se trouver partout sur la planète.

Inconvénients de la géothermie

Les fracturations hydrauliques profondes peuvent provoquer des séismes, ou des effondrements de certains sous-sols. La géothermie profonde nécessite une connaissance fine et détaillée du sous-sol en question. Il faut connaître la profondeur des cavités, leurs formes, afin de réduire le risque d’effondrement.

Il est évident que le déplacement du matériel ainsi que le forage sont des activités émettrices de CO2. Cependant, en comparaison à d’autres énergies fossiles extrêmement nocives pour l’environnement (combustion de charbon ou de gaz), la géothermie paraît être un choix tout à fait mesuré.

En conclusion, il est nécessaire de rappeler que la géothermie dispose de nombreux avantages, au-delà d'être une énergie propre. On peut imaginer que dans les années à venir cette technologie soit adoptée à grande échelle à l’image des panneaux solaires.

Le fait de pouvoir en faire bénéficier des particuliers dans leurs habitations est un atout majeur dans la transition énergétique. On peut espérer une démocratisation de ce genre de procédé.

De plus, contrairement aux éoliennes, la géothermie ne provoque pas de réactions négatives (bruit, paysage, etc.). En France, les sols ne sont pas tous propices à ce genre d’installation ; cependant, si les pouvoirs publics s'emparent du sujet, il est probable de voir évoluer ce sujet.

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