La géothermie

Baigneurs et centrale géothermique du Blue Lagoon - Islande
© Christophe Magdelaine

L'essentiel de la chaleur dégagée par la Terre provient de la radioactivité. C'est l'énergie nucléaire produite par la désintégration de l'uranium, du thorium et du potassium.
Ce flux géothermique est si faible à la surface du globe qu'il ne peut être directement capté et en réalité on exploite la chaleur accumulée, stockée dans certaines parties du sous-sol sous la forme de nappes d'eau.

Cette eau est alors captée au moyen de forages. On véhicule ainsi la chaleur emmagasinée vers la surface. Le flux géothermique est particulièrement intense sur toute la côte ouest de l'Amérique, sur la côte est de l'Asie, ainsi que sur la "ceinture de feu" qui borde l'océan pacifique.

Les caractéristiques du fluide géothermique extrait (température, composition) dépendent de celles de la formation géologique. Il en résulte une multiplicité de techniques et de modes de valorisation. C'est pourquoi on distingue plusieurs types de géothermie et deux filières en fonction des technologies utilisées et de leurs applications.

Les principaux usages de la géothermie en fonction de la température des couches géologiques
Crédits : BRGM / EDF

La filière production d'électricité

Cette filière concerne la géothermie haute énergie. La production d'électricité géothermique consiste à convertir la chaleur des nappes aquifères à haute température (de 150 à 350°C) à l'aide de turboalternateurs.
La première centrale géothermique a été construite en 1904 sur le site de Larderello en Italie.

Etat au niveau mondial

A la fin de l'année 2002, la capacité géothermique installée dans le monde pour la production d'électricité était de 8356 MWe (Mégawatts électriques), en progression de 382 MWe par rapport à 2000 soit une augmentation de 4,8% (EurObserv'ER, août 2003)

Etat de la géothermie en Europe

En Europe, c'est l'Italie qui est la mieux pourvue en gisements de géothermie haute température. Sa puissance installée est de 810,5 MWe pour unr production de 5 527 Gwh en 2006.

Etat de la géothermie en France

Pour la France, la capacité géothermique du site de bouillante en Guadeloupe est de 16 MWe répartis entre les unités Bouillante 1 (5 MWe) et Bouillante 2 (11 MWe). Cela correspond pour 2005 a une production électrique délivrée sur le réseau EDF de 95,3 GWh. Actuellement, un projet "Bouillante 3" est à l'étude avec une capacité de production envisagée de plusieurs dizaines de MWe (20 à 30 MWe espérés).

La technologie du cycle binaire

Mise au point au début des années 80, le principe de production binaire d'électricité géothermique est d'utiliser l'eau des nappes aquifères pour chauffer un fluide intermédiaire (isobutane, isopentane, ammoniac) dont la propriété est de se vaporiser à une température inférieure à celle de la nappe. Il est donc possible de produire de l'électricité via cette vapeur pour des températures d'eau avoisinant les 100°C. Cette technologie devient l'un des systèmes les plus diffusés dans le monde.

La géothermie basse énergie

Chauffage d'une serre par géothermie
Crédit : ADEME

Les ressources géothermales dites de "basse énergie" se caractérisent par une température comprise entre 30 et 150 °C. Elles se rencontrent normalement à une profondeur moyenne de 1 000 à 2 500 m dans des formations rocheuses et perméables remplies d'eau, situées principalement dans des bassins sédimentaires de très grandes dimensions. Cependant, certaines nappes sont situées à moins de 100 mètres de profondeur mais leur température n'excède alors guère 30°C. L'eau chaude peut être envoyée directement dans les radiateurs lorsqu'elle est suffisamment pure et à des conditions de températures adéquates, sinon on utilise des pompes à chaleur géothermales (PACG).

On distingue également :

• la géothermie sur nappe, avec deux forages sur une nappe phréatique à 8-10 m de profondeur
• le système rateau : des câbles sont enterrés horizontalement à faible profondeur (0,6 à 1,2 m) pour capter le rayonnement solaire qui chauffe le sol. On estime la surface nécessaire de 1,5 à 2 fois la surface habitable pour chauffer sa maison individuelle, ce qui implique donc un grand terrain.

Enfin, les coûts de fonctionnement sont extrêmement bas : de 0,3 à 0,6 centimes d'euros le kw par heure.

Domaines d'applications

Chauffage de logements, de bâtiments (60 à 80°C), serres (30°C), piscicultures (30°C), élevages d'animaux, séchage de produis agricoles, mise hors gel des routes (serpentins d'eau chaude sous le bitume à 30°C), climatisation ou réfrigération... Plus de deux millions de pompes à chaleur géothermale sont utilisées dans 30 pays pour le chauffage et la climatisation de bâtiments.

La géothermie "moyenne énergie"

Elle exploite des gisements d'eau chaude sous pression dont la température est comprise entre 90° et 180°C. Ces gisements peuvent se trouver : dans des contextes géologiques propres à des profondeurs inférieures à 1000 m ou bien dans les bassins sédimentaires entre 2000 et 4000 m.

Centrale géothermique, Philippine
Crédit : Testut, A. (UNESCO)

La géothermie haute énergie

Elle exploite des gisements de vapeur sèche ou humide (mélange eau + vapeur) à des températures supérieures à 150 °C, en général à des profondeurs de 1500 m à 3000 m dans des zones de volcanisme ou de frontières de plaques où la géothermie est particulièrement intense. Cette ressource peut parfois se trouver à quelques centaines de mètres dans les zones anomaliques (limites de plaques).
Par exemple, l'usine de Bouillante en Guadeloupe pompe l'eau et la vapeur chauffée à 240°C par le Volcan de la Soufrière pour produire de l'électricité.

En savoir plus

Références

• L'actualité sur la géothermie
• L’exploitation géothermique de Bouillante, Guadeloupe - BRGM / EDF

Auteur

• Christophe MAGDELAINE, responsable du site