Comprendre la géothermie et ses limites

La géothermie est souvent présentée comme une source d’énergie propre et illimitée. On peut se demander, dans ces conditions, pourquoi elle n’est pas davantage exploitée. Comme souvent, c’est un mélange de contraintes techniques et de limites physiques qui la rendent peu attrayante. Et en pratique, la géothermie n’est pas si propre que cela non plus.

1920px-NesjavellirPowerPlant_edit2
Centrale électrique hydrothermale de Nesjavellir, en Islande.

Avant d’aller plus loin, rappelons que le terme « géothermie » recouvre trois réalités distinctes dans le langage courant :

  • Le stockage d’eau chaude dans de profonds puits, pour des durées allant de quelques heures à quelques semaines, qui ne relèvent pas de la chaleur géologique au sens strict, ou encore l’extraction à petite échelle d’eau chaude de puits peu profonds pour usage domestique, commercial ou institutionnel.

  • L’utilisation de sources souterraines d’eau chaude qui existent spontanément dans quelques régions du globe, à une profondeur généralement inférieure à 3 000 mètres. Dans ce cas, il serait plus précis de parler d’hydrothermie.

  • L’utilisation de la chaleur diffuse du roc enfoui dans les profondeurs de la terre à des profondeurs allant de 3 000 à 10 000 mètres, en l’absence d’eau souterraine. Cette source de chaleur se trouve partout sur la planète, mais certaines régions sont naturellement plus chaudes que d’autres.

Ce texte va se pencher uniquement sur l’utilisation de cette troisième source d’énergie pour la production d’électricité, bien que certains des constats qui suivent s’appliquent aussi à l’hydrothermie. De manière générale, la température augmente d’environ 30 °C chaque fois que l’on s’enfonce de 1 000 mètres dans le sol. Cette chaleur percole lentement des profondeurs de la Terre, mais elle est aussi produite sur place par la désintégration des petites quantités de matière radioactive naturellement présentes dans le roc. Cette accumulation de chaleur est assez lente et si les profondeurs sont chaudes, c’est principalement parce que la pierre agit comme son propre isolant.

Les limites techniques

L’idée générale derrière la géothermie consiste à forer des puits pour rejoindre les couches chaudes du sous-sol, puis à injecter de l’eau pour en récupérer l’énergie. À pression normale, cette eau extrêmement chaude se transforme en vapeur et alimente des turbines électriques.

La technologie nécessaire ressemble à celle utilisée pour forer les puits de pétrole. Toutefois, l’exploitation pétrolière descend rarement à plus de 2 000 mètres de profondeur. La géothermie vise des profondeurs de 3 000 à 10 000 mètres, ce qui ajoute un ensemble de contraintes :

  • La roche devient de plus en plus dure avec la profondeur et use plus rapidement les mèches et les tubes de forage.

  • La chaleur de la roche s’ajoute à celle produite par la friction de la mèche et rend l’équipement de forage plus difficile à refroidir, en plus d’exiger de coûteux alliages spéciaux.

  • Les fluides de forage et les matières libérées par le forage sont corrosifs et s’attaquent autant aux pièces en métal qu’au béton coulé pour stabiliser le puits.

  • La vapeur chargée en minéraux tend à obstruer la tuyauterie et les valves.

  • La pression de vapeur est telle qu’elle tend à fendre la roche le long du puits et à s’échapper par ces fissures.

  • La roche doit être brisée par fracturation hydraulique pour créer assez de surface de contact entre le sous-sol et l’eau qu’on y injecte.

  • À plus de 1 500 mètres de profondeur, la roche devient instable et le puits peut s’effondrer sur lui-même. Pire, de mauvaises décisions de forage peuvent déclencher de petits tremblements de terre.

Il faut ajouter qu’à ces profondeurs, les pressions deviennent énormes. Les tubes doivent être très épais et leur poids totale peut dépasser les 500 tonnes. Ils peuvent rompre sous leur propre charge et il existe peu d’équipement apte à soulever de pareilles masses. Il existe quelques installations hydrothermiques en activité, mais pour toutes les raisons évoquées ici, l’exploitation de la chaleur « sèche » des profondeurs n’est pas rentable et ne semble pas en voie de le devenir.

Les limites énergétiques

La puissance installée de tous les équipements de production d’énergie du monde est de l’ordre de 12 TW (térawatts), dont plus de 80 % de carburants fossiles. En comparaison, la chaleur qui s’échappe des profondeurs représenterait un potentiel d’environ 9 TW d’énergie, si on pouvait la capter. En pratique, les techniques d’extraction de chaleur ont leurs limites et même si l’on pouvait exploiter la totalité de la surface des continents, on ne réussirait pas à extraire plus de 2 TW. Le potentiel de l’hydrothermie, pour sa part, ne dépasserait pas 13 GW aux États-Unis, en dépit de l’abondance des sources chaudes en Californie et au Nevada.

Mais ce n’est pas tout. La chaleur extraite du sous-sol ne se renouvelle pas rapidement. Les puits se refroidiraient rapidement et devraient être reforés tous les 4 à 8 ans. L’ensemble de la région en exploitation devrait être abandonnée après 20 à 30 ans (l’énergie hydrothermale souffre du même problème). La chaleur ne se reconstituerait que très lentement et à toutes fins utiles, il faut considérer la géothermie comme l’exploitation d’une chaleur « fossile », accumulée dans le passé.

La chaleur souterraine est également très diffuse. Pour chauffer une seule maison, il faut exploiter une zone d’environ 100 mètres de côté, soit 10 000 mètres carrés. Les superficies à forer et à fracturer pour alimenter des villes et des industries serait gigantesques.

Les limites environnementales

La quantité d’eau douce à injecter dans les puits constitue l’une des limites les plus évidentes de la géothermie. Mais les profondeurs de la terre émettent aussi du sulfure d’hydrogène (H2S, gaz extrêmement toxique) et du CO2. L’eau peut aussi dissoudre et ramener à la surface divers sels, ainsi que de l’arsenic, du mercure, du soufre, de la silice et divers autres minéraux qu’il n’est pas simple de gérer de manière sécuritaire.

Les boues de forage sont un problème à part entière. En plus de minéraux toxiques mentionnés plus, haut, les sous-sols les plus chauds doivent souvent leur chaleur à la désintégration de matières radioactives relativement abondantes. Ces éléments et leurs sous-produits peuvent se retrouver dans les boues en quantités justifiant une gestion plus serrée (et plus coûteuse) de ces résidus.

Pour toutes ces raisons, la géothermie tarde à faire des progrès. Certains projets ont même été prématurément abandonnés dans le passé. Cette filière est considérée comme risquée et reçoit peu financement. La recherche porte principalement sur l’identification des meilleurs sites, sur l’amélioration des techniques de forage à grande profondeur et sur des techniques adaptées de fracturation de la pierre. Les progrès sont lents.

Source :

Energy Skeptic, Can Geothermal power make up for declining fossil fuels?

6 réflexions sur “Comprendre la géothermie et ses limites”

  1. DEPUIS 40 À 50 ANS LES RÉSEAUX DE CHALEUR GÉOTHERMIQUE D’ILE DE FRANCE SONT À LA BASE DE LA FOURNITURE ÉCONOMIQUE DE CHALEUR À PLUSIEURS CENTAINES DE MILLIERS DE LOGEMENTS ET D’ACTIVITÉS DANS LE BASSIN PARISIEN : comment peut-on affirmer que les puits se refroidissent rapidement et qu’il s’agirait d’une chaleur fossile ??

    J’aime

    1. On ne parle pas tout à fairtde la même chose, ni des mêmes niveaux de chaleur. Donc, la chaleur extraite a plus de chances de se renouveler. On me dit toutefois que même en île-de-France, il faut creuser de plus en plus profondément pour trouver de la chaleur exploitable.

      J’aime

  2. Merci, clair et limpide (comme d’habitude).

    Quelques coquilles :

    Cette chaleur percole lentement des profondeurs de la Terre, mais elle [est] aussi produite sur place par la désintégration des petites quantités de matière radioactive naturellement présentes dans le roc. Cette accumulation de chaleur est assez lente et si les profondeurs sont chaudes, c’est principalement parce [que] la pierre agit comme son propre isolant.

    Les puits se refroidiraient rapidement [et] devraient être reforés [tous les] 4 à 8 ans.

    J’aime

  3. Je viens d’arriver dans un tout nouveau écoquartier du côté de Neuilly-sur-Marne et cela fonctionne avec la géothermie. Je compte prochainement visiter les installations et je ne manquerai de poser des questions précises grâce à votre article, merci.

    J’aime

    1. Notez que mon article se rapporte à une technologie précise, la production d’électricité à partir de la chaleur des pierres sèches, qui draine beaucoup d’énergie du sous-sol. Mais le problème de l’épuisement de l’énergie disponible et de son renouvellement reste entier. Si vous avez l’occasion de poser des questions, interrogez-les sur l’énergie extraite et son rythme de remplacement dans le sous-sol. On m’a dit que ces exploitants doivent forer de plus en plus creux pour trouver assez de chaleur.

      J’aime

Laisser un commentaire

Entrer les renseignements ci-dessous ou cliquer sur une icône pour ouvrir une session :

Logo WordPress.com

Vous commentez à l’aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l’aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l’aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l’aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s