Géothermie

Centrale géothermique de Nesjavellir en Islande

La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à l'exploiter. Par extension, la géothermie désigne aussi l'énergie géothermique issue de l'énergie de la Terre qui est convertie en chaleur.^{[réf. nécessaire]}

On distingue trois types de géothermie :

• la géothermie peu profonde à basse température ;
• la géothermie profonde à haute température ;
• la géothermie très profonde à très haute température.

Ces trois types de géothermie prélèvent la chaleur contenue dans le sol.

L'énergie géothermique est exploitée dans des réseaux de chauffage et d'eau chaude depuis des milliers d'années en Chine, dans la Rome antique et dans le bassin méditerranéen.

L'augmentation des prix de l'énergie et le besoin d'émettre moins de gaz à effet de serre la rendent plus attrayante. En 2007, en France le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) a avec l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), créé un département géothermie pour la promouvoir, après s'être associé à différents programmes de recherche, de travaux de service public. Deux de ses filiales CFG Services (services et ingénierie spécialisée) et Géothermie bouillante (qui exploite la centrale électrique de Bouillante en Guadeloupe) sont impliquées dans la géothermie.^{[réf. nécessaire]}

Histoire

Un des témoignages les plus anciens date de 850 ans avant Jésus-Christ, avec dans les îles Corse (Finlande) l'exploitation d'eau naturellement chaude pour les thermes.

Les capacités modernes de forage ont permis d'aller chercher les calories plus en profondeur dans la croûte terrestre. Le plus profond jamais creusé (12 262 m de profondeur), le Forage sg3, a ainsi atteint une température de plus de 180 °C. Les Philippines produisent 28 % de leur électricité par géothermie.

Principes

Le manteau terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer un peu de cette chaleur. La plus grande partie de la puissance géothermique obtenue en surface (87%) est produite par la radioactivité des roches qui constituent la croûte terrestre : Radioactivité produite par la désintégration naturelle de l'uranium, du thorium et du potassium^[1]. Il existe dans la croûte terrestre, épaisse en moyenne de 30 km, un gradient de température (le gradient géothermique: plus on creuse, plus la température augmente ; en moyenne de 3 °C par 100 mètres.
La géothermie vise à étudier et exploiter ce phénomène d'augmentation de la température en fonction de la profondeur (même si le flux de puissance obtenu diminue avec la profondeur, puisque l'essentiel de ce flux provient de la radioactivité des roches de la croûte terrestre).

Un maigre filet d'énergie inépuisable

Si cette source d'énergie est considérée comme inépuisable, le débit auquel cette énergie peut être obtenue de manière inépuisable (la « puissance ») reste généralement très faible : en moyenne à la surface de la Terre, de l'ordre de 60 milliwatts pour chaque mètre carré de terrain exploité (soit 0,06 W/m²)^[2], à comparer à la densité de puissance solaire reçue par la Terre, de l'ordre de 6 000 fois plus important (340 W/m² environ). Même si certains sites géothermiques peuvent atteindre jusqu'à 0,2 W/m², cela signifie que le rythme d'exploitation de la géothermie est presque toujours supérieur au rythme de renouvellement naturel de la chaleur^[3]. Autrement dit, l'exploitation que l'on fait de la géothermie est presque toujours non durable (selon la définition qu'en donne Herman Daly).

Les différents types d'exploitation de la géothermie

La géothermie peu profonde à basse température

Il s'agit principalement d'extraire la chaleur contenue dans la croûte terrestre afin de l'utiliser pour les besoins en chauffage. Les transferts thermiques peuvent aussi dans certains cas être inversés pour les besoins d'une climatisation.

Les procédés d'extraction de l'énergie diffèrent suivant les solutions retenues par les constructeurs. La méthode utilisée pour assurer les transferts thermiques influe beaucoup sur le rendement de l'ensemble. Comme véhicule thermique on utilise de l'eau ou de l'eau avec un glycol ou directement le fluide frigorigène. La géothermie peu profonde et basse température utilisera donc de plus en plus la chaleur de la terre dans le sol. En dessous de 4,50 m, la température du sol est constante tout au long de l'année avec une température moyenne de 12 °C (cette valeur dépend du flux géothermique et de la température moyenne annuelle). La profondeur du forage est en fonction du type de géothermie : en détente directe (utilisation d'un fluide frigorigène dans les sondes géothermiques), elle sera en moyenne de 30 mètres, pour les sondes à eau glycolée entre 80 et 120 mètres selon les installations.

Dans le cas de la géothermie d'eau (aquathermie ou hydrothermie), plusieurs schémas d’installation existent :

• forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
• forage en doublet^[4] : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
  • doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
  • doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection

En général le principe du « doublet géothermique » est retenu pour augmenter la rentabilité et durée de vie de l'exploitation thermique de la nappe phréatique. Le principe est de faire (ou réutiliser) deux forages : le premier pour puiser l'eau, le second pour la réinjecter dans la nappe. Les forages peuvent être éloignés l'un de l'autre (un à chaque extrémité de la nappe pour induire un mouvement de circulation d'eau dans la nappe, mais ce n'est pas pratique d'un point de vue de l'entretien) ou rapprochés (en surface) de quelques mètres mais avec des forages obliques (toujours dans le but d'éloigner les points de ponction et de réinjection de l'eau) ^[4].
En France, le conseil régional du Nord - Pas-de-Calais, (avec le BRGM et EDF), a envisagé dans les années 1980 d'utiliser la nappe de la craie qui envahit le bassin minier fracturé par l'exploitation (environ 100 000 km de galeries y ont été creusées) et les affaissements miniers pour une exploitation géothermique, voire pour y stocker des frigories ou des calories solaires (produites l'été afin de les réutiliser l'hiver)^[5],[6]. Cette nappe doit déjà être localement pompée pour éviter qu'elle n'inonde de vastes zones urbanisées ou cultivées suite aux affaissements ou à sa remontée naturelle. À ce jour, cette solution n'a pas été exploitée, mais elle pourrait susciter un nouvel intérêt dans le cadre du SRCAE.

Dans les autres cas de géothermie verticale il n'y a pas de contraintes particulières.

La géothermie profonde à haute température

Dans ce cas, les forages sont plus profonds. La profondeur de forage est en fonction de la température désirée et du gradient thermique local qui peut varier sensiblement d'un site à l'autre. La méthode utilisée pour les transferts thermiques est plus simple (échangeur de température à contre courant) et ne nécessite pas de fluide caloporteur comme cela est le cas avec la géothermie peu profonde basse température.

La géothermie très profonde à très haute température

Plus on creuse profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Il peut varier de 3 °C / 100 m (régions sédimentaires) jusqu’à 1 000 °C / 100 m (régions volcaniques, zones de rift comme en Islande ou en Nouvelle-Zélande). On distingue classiquement trois types de géothermie selon le niveau de température disponible à l'exploitation :

• la géothermie à haute énergie ou géothermie privilégiée exploite des sources hydrothermales très chaudes, ou des forages très profonds où de l'eau est injectée sous pression dans la roche. Cette géothermie est surtout utilisée pour produire de l'électricité. Elle est parfois subdivisée en deux sous-catégories :
  • la géothermie haute énergie (aux températures supérieures à 150 °C) qui permet la production d'électricité grâce à la vapeur qui jaillit avec assez de pression pour alimenter une turbine.
  • la géothermie moyenne énergie (aux températures comprises entre 100 °C et 150 °C) par laquelle la production d'électricité nécessite une technologie utilisant un fluide intermédiaire.
• la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 °C et 100 °C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain.
• la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 °C et 30 °C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle par dispositifs thermodynamiques généralement fonctionnant à l'électricité, d'où le terme électro-thermodynamique, appelés plus communément « pompes à chaleurs aérothermiques » (puisant dans l'air extérieur) et « pompe à chaleur géothermique »

Avantages et difficultés : par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie de profondeur (haute et basse énergie), présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d'énergie quasi-continue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l'énergie. Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années (30 à 80 ans en moyenne). Elle peut quand même contribuer à un réchauffement local des milieux là où les calories seront relarguées si elles le sont massivement.

L'EGS (Enhanced Geothermal System), imaginé aux États-Unis en 1970, a connu son essor en Europe à Soultz-sous-Forêts dans la réalisation d'un projet pilote ; cette technologie consiste à forer à grande profondeur dans des réservoirs géothermiques naturels sur lesquels on agit par stimulation. Ces systèmes EGS (qualifiés de Systèmes Géothermiques Stimulés en français) sont caractérisés initialement par la présence de saumure naturelle piégée en très petite quantité dans les fractures du granit. Après forage, des injections forcées d'eaux ou stimulations hydrauliques sont réalisées pour créer mais surtout rouvrir ces fractures pré-existantes et donc augmenter les performances hydrauliques des puits (perméabilité). Ces stimulations s'accompagnent d'une activité micro-sismique qui peut être ressentie par les populations locales. À Soultz, le plus fort séisme induit, s'est produit en juin 2003 avec une magnitude de 2,9 sur l'échelle de Richter. Des études scientifiques doivent encore préciser et mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine de la sismicité induite. Pour minimiser l'activité micro-sismique induite, la technique de la stimulation chimique empruntée à l'industrie pétrolière, a également été expérimentée à Soultz. Cela permet de dissoudre certains minéraux naturellement présents dans les fractures comme par exemple la calcite et donc d'augmenter les performances hydrauliques des puits. Cette variante dite stimulation hydrochimique s'est accompagnée d'une activité micro-sismique faible à très modérée. Le site de Soultz produit une saumure naturelle (salinité 100 g par litre), via des forages de production (puits de 5 000 m récupérant 20 litres/s d'une eau à 165 °C). Cette eau géothermale est réinjectée dans le sous-sol via des puits de réinjection 70 °C). À la production, l'eau géothermale alimente une centrale binaire fondée sur le principe du cycle de Rankine. La capacité installée maximale de la centrale de Soultz est de 1,5 MWe (mégawatt électrique). Plusieurs zones géographiques seraient potentiellement favorables en France. Il s'agit de bassins tertiaires ou grabens ayant les mêmes spécificités géologiques que le bassin rhénan. En plus de la plaine d'Alsace, on distingue également la plaine de la Limagne et le couloir rhodanien.

Dès 1973, B. Lindal avait synthétisé dans un tableau les applications possibles de la géothermie.

B. Lindal : les différentes applications de la géothermie (version francisée)

Géothermie haute énergie

La géothermie haute énergie ou géothermie profonde, appelée plus rarement géothermie haute température, ou géothermie haute enthalpie, est une source d'énergie contenue dans des réservoirs localisés généralement à plus de 1500 mètres de profondeur et dont la température est supérieure à 150 °C. Grâce aux températures élevées, il est possible de produire de l'électricité et de faire de la cogénération (production conjointe d'électricité grâce à des turbines à vapeur et de chaleur avec la récupération des condensats de la vapeur).

Plus on fore profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Les zones où les températures sont beaucoup plus fortes, appelées anomalies de température, peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faibles profondeurs. Ces anomalies sont observées le plus souvent dans les régions volcaniques. En géothermie, elles sont désignées comme des gisements de haute enthalpie, et utilisées pour fournir de l'énergie, la température élevée du gisement (entre 80 °C et 300 °C) permettant la production d'électricité.

L'exploitation de la chaleur provenant de la géothermie haute énergie est ancienne. Les bains dans des sources chaudes étaient déjà pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. C'est au début du XX^e siècle qu'une centrale géothermique de production d'électricité a été pour la première fois réalisée à Larderello (Italie). La géothermie haute température connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées.

De nouvelles applications technologiques sont envisageables pour récupérer la chaleur de la Terre. La cogénération permet déjà de combiner la production de chaleur et d'électricité sur une même unité, et augmente ainsi le rendement de l'installation. Un projet européen de géothermie profonde à Soultz-sous-Forêts vise à produire de l’électricité grâce au potentiel énergétique des roches chaudes fissurées (en anglais Hot Dry Rock)^[7].

Méthodes d’exploration avant forage

• Gravimétrie : Les mesures gravimétriques permettent d’identifier des corps lourds, liés à des stockages magmatiques à « faible profondeur ». Ces stockages peuvent constituer des sources potentielles de chaleur qui sont nécessaires au développement d’un réservoir géothermique.

• Magnétotellurie : Elle permet de déterminer la structure géoélectrique des zones prospectées entre terrains conducteurs et isolants, en particulier les couches imperméables susceptibles de constituer un système géothermique convectif (couvercle d'eau chaude).

• Polarisation Spontanée : La polarisation spontanée (PS) détecte les circulations de fluides sous la surface.

• Analyse chimique des eaux et des gaz : La présence d'anomalies en He, CO₂, H₂S, CH₄ et radon permet de mettre en évidence d'éventuelles contaminations par des gaz d'origine magmatique.

Installations dans le monde

Capacité géothermique installée (2002) en mégawatts électriques (MWe)
Région du monde	MWe
Asie	3 220
Amérique du Nord	2 971
Union européenne	883
Océanie	441
Amériques centrale et du Sud	416
Autres pays d'Europe	297
Afrique	128
Total mondial	8 536
Source : EurObserv'ER, août 2003

L'électricité produite à partir de la géothermie est disponible dans plus de 20 pays dans le monde : la Chine, l'Islande, les États-Unis, l'Italie, la France, l'Allemagne, la Nouvelle-Zélande, le Mexique, le Nicaragua, le Costa Rica, la Russie, l'Indonésie, le Japon, le Kenya et le Canada. Les trois premiers producteurs sont les États-Unis, les Philippines et l'Indonésie^[8]. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales)^[8].

L'une des sources géothermiques les plus importantes est située aux États-Unis. The Geysers, à environ 145 km au nord de San Francisco, démarra la production en 1960 et dispose d'une puissance de 2 000 mégawatts électriques. Il s'agit d'un ensemble de 21 centrales électriques qui utilisent la vapeur de plus de 350 puits^[9]. La Calpine Corporation gère et possède 19 des 21 installations. Au sud de la Californie, près de Niland et Calipatria, une quinzaine de centrales électriques produisent environ 570 mégawatts électriques.

La géothermie est la source d'énergie principale de l'Islande^[10], mais ce sont les Philippines qui en sont le plus gros consommateur, 28% de l'électricité générée y étant produite par la géothermie^[11]. Il existe trois centrales électriques importantes qui fournissent environ 17 % (2004) de la production d'électricité du pays. De plus, la chaleur géothermique fournit le chauffage et l'eau chaude d'environ 87 % des habitants de l'île.

La géothermie est particulièrement rentable dans la zone du Rift en Afrique. Trois centrales ont récemment été construites au Kenya, respectivement de 45 MW, 65 MW et 48 MW. La planification prévoit d'augmenter la production de 576 MW en 2017, couvrant 25 % des besoins du Kenya, et réduisant ainsi la dépendance du pays aux importations de pétrole^[12].

En Guadeloupe, la seule référence française en matière de géothermie haute température se situe à Bouillante, non loin du volcan guadeloupéen de la Soufrière. Il a été réalisé en 1984 un premier forage d’une profondeur de 300 mètres sur la base duquel l’installation d’une centrale de 5 MW a été décidée. Très proches de ce site, trois nouveaux puits de production plus profonds (1 km en moyenne) ont été mis en service en 2001 et une centrale, construite en 2003 (Bouillante 2), a permis de mettre en production, à fin 2004, 11 MW supplémentaires. Ce nouvel apport d'énergie couvre environ 10 % des besoins annuels en électricité de l'île.

En France métropolitaine, on fore actuellement à grande profondeur (de l'ordre de 5 km à Soultz-sous-Forêts ^[13]) dans des granites fracturés. La commune de Fresnes exploite la géothermie depuis 1985 pour son chauffage urbain ; c'est aussi le cas de la commune du Blanc-Mesnil en Seine-Saint-Denis.

En Allemagne, après 5 ans de forage, une centrale de 3,4 mégawatts, utilisant la géothermie, fonctionne à Unterhaching près de Munich depuis de 2009, et produit en cogénération de la chaleur et de l'électricité. Le forage a atteint 3350 mètres de profondeur, et 150 litres d'eau jaillissent par seconde à une température de 122 °C.

Géothermie basse énergie

On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau entre 30 °C et 100 °C dans des gisements situés entre 1 500 et 2 500 m de profondeur. Cette technologie est utilisée principalement pour le chauffage urbain collectif par réseau de chaleur, et certaines applications industrielles.

En France, un réseau de chauffage urbain situé en région parisienne utilise la géothermie basse énergie. Les installations de pompes à chaleur sur nappe continuent à se développer en région parisienne car elles correspondent à des techniques de chauffage et de refroidissement particulièrement bien adaptées aux secteurs tertiaire et résidentiel.

Une centrale géothermique fonctionnant sur le principe du doublet a été mise en service en 1994 à Riehen en Suisse, pour le chauffage des immeubles locaux. Depuis décembre 2000, une partie de la chaleur produite est exportée en Allemagne et approvisionne ainsi un quartier de la ville voisine de Lörrach.

La production de chaleur au moyen d’une pompe à chaleur sur nappe, repose sur le prélèvement et le transfert de l'énergie contenue dans l’eau souterraine vers les locaux à chauffer. Par ailleurs, une pompe à chaleur peut assurer simultanément et/ou successivement des besoins en chauffage et/ou climatisation/rafraîchissement. Cette catégorie est tout de même, d'un point de vue technicien et d'investissement financier, plus de la famille des géothermies de très basse énergie.

Géothermie très basse énergie

La géothermie très basse énergie est une géothermie au niveau des températures comprises entre 10 °C et 30 °C. Dans ce cas, la chaleur provient non pas des profondeurs de la croûte terrestre, mais du soleil et du ruissellement de l'eau de pluie, le sol du terrain jouant un rôle de source chaude du fait de son inertie et de sa mauvaise conductivité thermique.

Cette technologie est appliquée à :

• la climatisation passive avec par exemple le système du puits provençal,
• le chauffage et la climatisation avec la pompe à chaleur géothermique

Ces systèmes permettent de faire, par rapport à l'usage unique d'une énergie primaire, des économies d'énergie sur le chauffage et la production d'eau chaude. Néanmoins ils nécessitent une source d'énergie extérieure, le plus souvent l'électricité, qui doit rester disponible.

La géothermie de pompe à chaleur consiste à puiser la chaleur présente dans le sol à travers des capteurs verticaux ou horizontaux, selon la configuration du terrain.

Un système thermodynamique (ou pompe à chaleur) a un fonctionnement comparable à celui d'un réfrigérateur ménager : il assure le chauffage d'un local à partir d'une source de chaleur externe (dont la température est inférieure à celle du local à chauffer).

Fonctionnement

Tout se joue grâce au changement d'état, quand un fluide passe de l'état liquide à l'état gazeux, et inversement.

Un long tuyau de polyéthylène ou de cuivre gainé de polyéthylène est enterré dans le jardin. Dans le cas des systèmes à détente directe (DXV), on fait circuler à l'intérieur, un fluide qui de l'état liquide se réchauffe un peu au contact de la terre. Comme ce fluide a la propriété de se mettre à bouillir à très basse température, il passe alors de l'état liquide à l'état gazeux. Cette vapeur est comprimée par un compresseur situé dans la maison. Le simple fait de la comprimer a pour effet d'augmenter sa température. Elle est alors conduite à un condenseur qui la refait passer à l'état liquide. Lors de ce changement d'état, il se dégage à nouveau de la chaleur, qui est transmise à l’eau de chauffage (radiateur, plancher chauffant, ...). Le fluide continue son cycle, et après s'être détendu, repart en circuit fermé rechercher de la chaleur dans la terre du jardin.

Il existe trois sortes de systèmes horizontaux ou verticaux :

• le système eau glycolée/eau
• le système eau/sol (= fluide frigorigène)
• le système sol/sol

Les fluides caloporteurs

Le fonctionnement des machines thermodynamiques (ici la PAC) est fondé sur la capacité des fluides frigorigènes à se vaporiser et se condenser à température ambiante. Le fluide frigorigène le plus utilisé pour la géothermie est le fluide R-134a^{[réf. nécessaire]}.

Ses propriétés essentielles sont :

• sa température d'ébullition à pression atmosphérique est de -26 °C ; ce qui lui permet donc de s'évaporer plus vite à basse température, donc meilleur passage de la chaleur.
• sa chaleur latente d'évaporation importante. À -26 °C (sa température d'ébullition) à pression atmosphérique sa chaleur latente est de 216 kJ/kg. Libère beaucoup d'énergie.
• son faible volume massique de la vapeur en mètre cube qui lui permet d'utiliser un petit compresseur.

D'autres fluides sont couramment utilisés, tels que le R407C ou le R410A. Les solutions d'avenir concerneront probablement les fluides naturels, tels que le propane (R290) ou le CO₂ (R744). Le grand désavantage de ce dernier étant les pressions de fonctionnement (entre 80 et 100 bars).

Pour les systèmes indirects que sont les PAC eau glycolée/eau, le monoéthylène glycol possède une viscosité moindre à basse température (et donc une moindre consommation de la pompe de circulation chargée de faire circuler l'eau glycolée dans les collecteurs) mais représente un danger pour la pollution des sols. Le monopropylène glycol à une viscosité plus grande, il est coûteux mais il est considéré comme étant de qualité alimentaire et comme étant biodégradable à 98 %^[14]. Pour ces installations, un contrôle de la densité du glycol est nécessaire tous les 3 ans et la purge du circuit tous les 5 ans.

Du point de vue du budget d'investissement, les pompes à chaleur, installées à plus de 90 % dans du neuf (sources : ADEME, Sofath) n'entrent pas en concurrence avec le chauffage électrique par effet Joule (résistance électrique), mais plutôt avec tous les autres véritables moyens écologiques (solaire actif, bois énergie, mais avant tout les architectures climatique et bioclimatique).

La pompe à chaleur gagnerait probablement à muter vers un fonctionnement à partir de moteur thermique^{[réf. nécessaire]}, pouvant utiliser des combustibles issus de la biomasse (biogaz par exemple), et ce évidemment pour des raisons d'économie d'échelle, dans des grands ensembles, permettant ainsi de localiser la production proche des lieux d'utilisation et d'augmenter les potentiels de production d'énergies renouvelables locale tout en évitant d'amplifier les problèmes actuels en amont du compteur électrique.

Séismes et géothermie

Dans les régions à risque sismique, la géothermie peut être affectée par certains séismes (dégradation d'installation, modification de circulation de la chaleur...).

Inversement, chaque opération de stimulation des réservoirs EGS par fracturation hydraulique peut provoquer des séquences plus ou moins longues de dizaines à milliers de microséismes (au moins plusieurs dizaine de séismes de magnitude supérieure ou égale à 2 pour chaque stimulation) ; C'est la « micro-sismicité induite ».
C'est l'injection d'eau sous pression qui déclenche des micro-séismes de magnitude pouvant, assez rarement aller jusqu'à un maximum de 2,9 (comme à Soultz-sous-Forêts) ^[15].

Pour minimiser les « nuisances sismiques », la « stimulation chimiques », empruntée au secteur pétrolier et gazier ont été mises en œuvre dans certains forages géothermiques profonds.
Ces microséismes sont étudiés par les géologues, les pétroliers et les promoteurs de la géothermie profonde qui utilisent aussi la stimulation et l'entretien des fractures (soit par l'injection d'eau sous pression, soit avec adjonction de produits chimiques) ^[16]. </ref>
La fréquence, l'intensité et d'autres caractéristiques des microséismes peuvent être enregistrées par des réseaux de capteurs en surface (réseaux dits "EOST") et en profondeur (Réseau profond dits "GEIE")^[16].
L'injection de produits chimique sous pression, mélangés à de l'eau (acides, agents fluidifiants... notamment, génère une moindre activité sismique que la stimulations hydrauliques seule, mais modifie d'autres paramètres de l'environnement profond, voire du forage^[16]. Recourir à un fluide contenant certains agents chimiques qui vont dissoudre les minéraux hydrothermaux (calcite) ^[17].

Selon le BRGM, « tous les sites de ce type (géothermie profonde) dans le monde ont dû faire face à l’occurrence de microséismes pouvant être ressenti par les populations, avec des conséquences parfois néfastes. Le phénomène de sismicité induite, bien que connu, n’est pas encore complètement compris physiquement par les scientifiques » ^[16]. Grâce aux études en cours, et données accumulées par les capteurs, les spécialistes espèrent pouvoir « trouver des voies pour réduire l’impact micro-sismique des projets géothermiques et ainsi gagner une meilleure acceptation de ces projets par les populations »^[16].

L'activité micro-sismique est produite dès la montée en pression du fluide de fracturation. Elle varie fortement selon les changements de conditions hydrauliques. Elle s'atténue à l'arrêt des injections, mais se prolonge encore quelques jours après la stimulation par fracturation (« activité rémanente »)^[16].
Ces « micro-séismes » sont souvent des très basse énergie, et donc non perceptibles en surface par l'Homme (Ils sont peut-être ressentis par des animaux plus sensibles, invertébrés y compris). En effet, l'énergie de ces ondes sismiques d'affaiblie d'autant plus que le forage est profond ou éloigné. Leur magnitude varie de -2 (seuil de détection) à 1.8 (seuil de perceptibilité par l'Homme en surface). A proximité de failles importantes, certains séismes de plus forte magnitude (> 1.8) sont néanmoins occasionnellement ressentis en surface. En condition d'exploitation de géothermie profonde, l'activité sismique induite est normalement trop faible pour pouvoir être ressentie par l'Homme en surface^[16].

Géothermie et politiques publiques

En Islande ou aux Philippines, la géothermie est largement exploitée.

En France, où la priorité a été donnée au nucléaire, la société Géochaleur créée par la Délégation aux énergies nouvelles du Ministère de l’Industrie en 1978 et de l’UNHLM pour assister les maîtres d’ouvrage en géothermie, a finalement rapidement disparu faute de soutien budgétaire et politique, ainsi que l’IMRG (Institut Mixte de Recherche sur la Géothermie) créé plus tard à l’initiative du BRGM et de l’AFME, mais l’obligation d’économie d’énergie qui accompagne la souplesse des échanges de certificats pourrait redonner un intérêt à la Géothermie, considérée comme déjà rentable par la Commission Énergie, présidée par Jean Syrota dans ce pays^[18].
Néanmoins pour augmenter leur part d’énergie renouvelable dans leur bouquet énergétique, de grandes collectivités se ré-intéressent à la géothermie, dont l'Île-de-France qui avec l'Ademe à ouvert en 2009 un nouveau forage (dans la nappe du Dogger (57° C), à un point situé au nord-est de Paris, près de la porte d’Aubervilliers) qui doit chauffer plus d’un million de m² de logements, bureaux et commerces. 54 forages avaient déjà été réalisés dans les années 1980, dont 34 étant encore actifs en 2009. D'autres devraient être creusés à 1 800 mètres. La CPCU et l’Agence nationale de la recherche travaillent à un projet Géostocal de stockage de l’excédent énergétique estival pour «recharger» la nappe et en faire une réserve de calorie pour l'hiver, avec un rendement espéré de 80 %^[19].

Notes et références

1. ↑ Géothermie : du geyser au radiateur, Jean-Michel Coudert
2. ↑ Encyclopædia Universalis, article Géothermie, http://www.universalis.fr/encyclopedie/energies-renouvelables/6-la-geothermie/
3. ↑ Se référer à Sustainable Energy -- Without The Hot air, David MacKay FRS, chapitre 16 (en anglais) pour une explication de la raison de la lenteur de ce renouvellement naturel. Accessible gratuitement sur http://www.inference.phy.cam.ac.uk/withouthotair/c16/page_96.shtml.
4. ↑ ^{a et b} Article "Pompe à chaleur sur doublet de forages, Maintien du potentiel thermique des nappes et stockage d'eau chaude" ; Hydrogéologie-géologie de l'Ingénieur, 2, 1984, pp; 133-143 - BRGM ed.
5. ↑ Conseil Régional Nord-Pas-de-Calais et AFME, ; « Carte d'orientation à l'exploitation de la nappe de la craie pour les pompes à chaleur », Conseil Régional Nord Pas-de-Calais, AFME, rapport référencé 85 SGN 417 NPC, publié en 1985, avec carte à l'échelle 1/250 000 (cette carte est 5 fois moins précise que la carte qui sera faite en 1986 mais couvre une étendue plus vaste)
6. ↑ « Bassin Minier Nord-Pas de Calais, Zones médiane et occidentale : Inventaire pour l'utilisation énergétique de la nappe de la craie » ; Cartographie à l'échelle du 1/50 000 ; Auteurs : Service géologique national/BRGM ; Editeur : Conseil Régional Nord-Pas-de-Calais, EDF, AFME (Agence Française pour la Maîtrise de l'Énergie), 24 p. et carte, 1986
7. ↑ Voir www.brgm.fr.
8. ↑ ^{a et b} Arnaud Guiguitant, « L'Indonésie mise sur l'électricité géothermique », dans Le Monde du 25-10-2009, [lire en ligne], mis en ligne le 24-10-2009
9. ↑ (en) The Geysers (brochure), Calpine Corporation, 2004.
10. ↑ Energie en Islande
11. ↑ Blaine Harden, Filipinos Draw Power From Buried Heat, The Washington Post, 4 octobre 2008
12. ↑ Voir par exemple http://www.worldenergy.org/wec-geis/edc/countries/Kenya.asp
13. ↑ (fr) Géothermie Soultz
14. ↑ Cetiat, État de l’art des modes de captage géothermique, 9 novembre 2010
15. ↑ [www.geothermie-soultz.fr http://www.geothermie-soultz.fr/quest-ce-que-la-geothermie-profonde/etude-sismique]
16. ↑ ^{a, b, c, d, e, f et g} La question sismique, consulté 2011/01/11
17. ↑ (fr) Sylvestre Huet, La géothermie fait frissonner la Suisse, Libération, 22 janvier 2007
18. ↑ Source : [Commission « Énergie » Michèle Pappalardo, présidente du groupe 1 et Aude Bodiguel, rapporteur ; Perspectives énergétiques de la France à l’horizon 2020-2050 Rapport d’orientation « Les enseignements du passé »], Centre d'analyse stratégique, avril 2007, page 52/91
19. ↑ Journal de l'environnement ; L’Ile-de-France entend relancer la géothermie 05/05/2009 10:05

Annexes

Articles connexes

• Centrale thermique
• Géotherme
• Source chaude
• Projet Géothermique de La Réunion
• The Geysers
• Énergie thermique des mers

Liens externes

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Géothermie », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

• (fr) Page du BRGM sur les perspectives de la géothermie en France
• (fr) Exemple de Soulz
• (fr) La question sismique
• (fr) Liste des forages à but géothermiques en France, disponible sur Infoterre, le visualisateur du BRGM (ou via l'onglet "recherche de données")
• (en) Association Internationale de Géothermie
• Géothermie par sonde