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les enjeux des

GéosciencesLa géothermie

Quelles technologies pour quels usages ?

1

La géothermie

Quelles technologies pour quels usages ?

2 e

édition

Collection

"Les enjeux des Géosciences" 2 Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 PARTIE I LA GÉOTHERMIE,UNE ÉNERGIE EXEMPLAIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

Introduction Une énergie du développement durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .6

Partout présente pour des usages variés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .6 Propre et durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Locale et discrète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Régulière et disponible 24 h sur 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Économique et innovante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Chapitre I.1 La chaleur de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Le gradient géothermal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 L"origine de la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

De la chaleur aux frontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

De la chaleur dans le proche sous-sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .10

Chapitre I.2 La géothermie pour les usages domestiques et tertiaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Le boom des pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Les capteurs horizontaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Les sondes géothermiques verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .12 Les champs de sondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Les fondations thermoactives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

Les puits canadiens ou provençaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

Les pompes à chaleur géothermiques sur aquifères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .14

Le géocooling pour refroidir les bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .15

Chapitre I.3 L"usage direct de la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Capter le fluide géothermal par forage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .16 Pomper l"eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Récupérer la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Réinjecter l"eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Le concept de doublet géothermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Des traitements anti-corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Bien gérer les réservoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

Chapitre I.4 Produire de l"électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Près de 10 000 MW dans le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

De l"électricité en zone active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

De l"électricité à partir des systèmes géothermiques stimulés (EGS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

Chapitre I.5 Des applications très diverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .25

Du bain de boue à la turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Géothermie et agriculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Géothermie et pisciculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 Géothermie et industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Géothermie et loisirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Géothermie et"snow melting" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Géothermie et dessalement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

BRGM - Geowatt

© Grodan

Sommaire

© EnBW AG

3

Chapitre I.6 L"avenir de la géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Un contexte politique international favorable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .29

Croissance de la production de chaleur par géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Une production d"électricité par géothermie en légère hausse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Les perspectives technologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

PARTIE II LA GÉOTHERMIE EN FRANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .35

Chapitre II.1 Le contexte de la géothermie en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .36

Répondre aux objectifs du Grenelle de l"environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Les acteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

Les aspects réglementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Les aides et les dispositifs financiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .40

Chapitre II.2 Les usages domestiques et tertiaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . .43

La croissance du marché des pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .43

QualiPAC,la référence qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

La démarche QualiForage pour les sondes verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.43

La plate-forme expérimentale pour les pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

Inventorier les aquifères superficiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .44

Quelques exemples de réalisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .46

Chapitre II.3 Les réseaux de chaleur et autres usages directs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Des ressources importantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Une filière qui repart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

30 000 nouveaux logements chauffés par géothermie en 2013 en Ile-de-France . . . . . . . . .49

L"opération d"Orly-Choisy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Le triplet de Sucy-en-Brie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Le Bassin aquitain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

Les autres ressources :Alsace,Limagne,Bresse,Sud-Est,Hainaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

Un centre technique d"appui pour la géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .53

Chapitre II.4 La production d"électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

La géothermie dans les départements d"outre-mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .55

De l"électricité géothermique en Guadeloupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .55

Coopération régionale dans la Caraïbe à partir de la Dominique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

Reconnaissance géothermique à La Réunion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .57

L"électricité du futur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

À Soultz-sous-Forêts,le plus grand projet EGS dans le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

Présentation de l"ADEME et du BRGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

Pour en savoir plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

Morne aux DiablesLa Soufrière

Bouillante

GUADELOUPE

Marie Galante

Les SaintesLa Désirade

DOMINIQUE

MARTINIQUE

Morne Diablotins

Vallée de la Désolation

Volcanisme de Plat-Pays

Montagne PeléeSoufrière

Morne des AnglaisMorne des trois Pitons

0100 km

N

59 kmprofondeur maximum 54 km

profondeur maximum 720 m

Câble sous-marin

© BRGM-im@gé

© Geothermal Atlas of Europe,

© BRGM-im@gé© Antea

Sommaire

Partie I

La géothermie,formidable

réservoir de chaleur installé sous nos pieds,offre une

énergie renouvelable pour le

chauffage et le refroidissement des habitations,la climatisation des serres agricoles,les process industriels,l"alimentation des réseaux de chaleur, la production d"électricité... 5

La chaleur de la Terre

La géothermie pour les usages

domestiques et le tertiaire

L"usage direct de la chaleur

Produire de l"électricité

Des applications très diverses

L"avenir de la géothermie

© Communauté européenne - centrale Enel Lardarello 6

Une énergie

du développement durable

Introduction

Partout présente

pour des usages variés À la différence des énergies fossiles,concentrées en quelques sites particuliers de la croûte ter-

restre,la géothermie est présente dans tous lessous-sols et sous tous les climats. Ses usagessont variés, car elle présente une large gammede températures etde profondeurs.À faible pro-fondeur,en tout point du globe,associée à unepompe à chaleur, elle peut servir au chauffageet au refroidissement des habitations. Plus en

La géothermie est porteuse d"un potentiel immense pour notre développement responsable et durable.Elle participe à notre indépendance énergétique pour les besoins de chauffage et de refroidissement du secteur domestique et tertiaire, l"alimentation des réseaux de chaleur et la production d"électricité. 7

Une énergie du développement durable

profondeur et selon la structure des formations géologiques ou la composition des roches,cette énergie sera plus ou moins facile à extraire avec des technologies maîtrisées, permettant d"au- tres usages comme la production d"électricité.

Propre et durable

La géothermie produit peu de rejets, c"est une

énergie propre qui ne participe pas à la dégrada- tion du climat et qui ne nécessite pas de trans- portni de stockage de substances polluantes ou dangereuses. Elle est inépuisable à l"échelle humaine. En profondeur, la Terre dispose d"un stock global de chaleur énorme et à sa surface, le sol est réchauffé par le rayonnement solaire et la migration des eaux de pluie.

Locale et discrète

Par nature, la géothermie est une énergie

locale, à valoriser sur place, sous forme de production d"électricité ou de chaleur.Les ins- tallations requises sont en général compac- tes avec très peu d"emprise au sol. Cette res- source peut être facilement adaptée aux besoins en énergie d"un particulier, d"une entreprise ou d"une collectivité.

Régulière et disponible 24 h sur 24

La géothermie n"est pas tributaire des condi-

tions climatiques, comme le sont l"énergie solaire ou l"énergie éolienne.Elle ne dépend que des caractéristiques intrinsèques du sous-sol (gradient géothermique, perméabilité* des roches...),une constance qui assure une grande régularité dans sa mise en œuvre.Ainsi,le taux de disponibilité des centrales géothermiques

électriques est de 90 % en moyenne et peut

atteindre 100 % pour les réseaux de chaleur et les pompes à chaleur géothermiques.

Économique et innovante

Avec un prix de revient réel compétitif et un coût d"exploitation faible, la géothermie est l"une des énergies renouvelables les plus ren- tables. Elle participe à l"indépendance éner- gétique pour la production d"électricité, le chauffage, la production d"eau chaude sani- taire, ou le refroidissement. Elle est égale- ment innovante.En effet,différentes techno- logies sont à l"étude, comme les systèmes géothermiques stimulés (EGS) qui consistent à stimuler artificiellement un gisement géo- thermique pour produire de la chaleur ou de l"électricité à l"échelle industrielle, ou encore les systèmes binaires qui permettent désor- mais la production d"électricité à partir de ressources à relativementbasse température (aux alentours de 100 °C).

Introduction

© BRGM IM@GÉ

LA GÉOTHERMIE EST DIVERSIFIÉE:

les utilisations de la géothermie varient en fonction de la profondeur.Elles sont très nombreuses :chauffage urbain collectif par réseau de chaleur,chauffage de logements individuels, de piscines,de serres,usages industriels,chauffage par pompe

à chaleur,production d"électricitéƒ

Géothermie, nom

d"origine grecque : "Gê"qui veut dire Terre et"Thermê"qui signifie chaleur.

La géothermie est

l"énergie thermique contenue dans la Terre et, par extension, ce mot désigne aussi l"en- semble des procédés qui permettent l"ex- traction et la valorisa- tion industrielle de cette chaleur interne. *Cf.glossaire p.61 Ce n"est pas sans raison que les anciens ont placé l"enfer et son feu purificateur au centre de notre planète.Sous nos pieds,la Terre est chaude,et même de plus en plus chaude à mesure que l"on s"enfonce dans ses entrailles.

Le gradient géothermal

Expérimenté concrètement par des géné- rations de mineurs de fond, la hausse de température liée à l"augmentation de la profondeur est appelée gradient géother- malŽ. Il augmente en moyenne de 3,3 °C par 100 mètres. Le flux d"énergie thermi- que à l"origine de ce gradient est de l"ordre de 60 milliwatt* par m 2 (mW/m 2) . Mais ces valeurs peuvent être nettement supé- rieures dans certaines zones instables du globe, et même varier de façon impor- tante dans les zones continentales sta- 8 bles. Ainsi, le gradient géothermal est en moyenne de 3,3 °C en France, et varie de

10°C/100 m dans le nord de l"Alsace à seu-

lement 2°C/100 m au pied des Pyrénées.

L"origine de la chaleur

Contrairement à une idée largement répan- due, l"essentiel de la chaleur dégagée par notre globe n"a pas pour principal respon- sable le refroidissement de son noyau,les roches intermédiaires étant de très mau- vais conducteurs de chaleur.

On considère en fait, qu"il existe deux

phénomènes principaux qui expliquent l"origine de la chaleur rencontrée dans la croûte terrestre :la désintégration des élé- ments radioactifs présents dans les rochesquotesdbs_dbs44.pdfusesText_44