Géothermie - Définition et Explications

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Principes

Le magma terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer cette chaleur. La plus grande partie de la chaleur interne de l'eau (87%), est produite par la radioactivité des roches qui constituent le manteau et la croûte terrestre : Radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie...) produite par la désintégration naturelle de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que...), du thorium (Le thorium est un élément chimique, un métal de la famille des actinides, de symbole Th et de numéro atomique 90.) et du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه al-qalyah) et de numéro...) (selon le livre "geothermie : du geyser (Un geyser est un type particulier de source d'eau chaude qui jaillit par intermittence en projetant à haute température et à haute pression de l'eau et de la...) au radiateur" de Jean Michel Coudert). Il existe dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques...) (épaisse de 30 à 70 km en moyenne) un gradient de température : plus on creuse, plus la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) augmente ; en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble...) de 3 °C par 100 mètres.
La géothermie (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...) vise à étudier et exploiter ce phénomène d'augmentation de la température en fonction de la profondeur.

Géothermie basse énergie

On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) entre 30 °C et 100 °C dans des gisements situés entre 1500 et 2500 m de profondeur. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) est utilisée principalement pour le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) urbain collectif par réseau de chaleur (Un réseau de chaleur est une installation comprenant une chaufferie fournissant de la chaleur à plusieurs clients par l'intermédiaire de canalisations de transport de chaleur.), et certaines applications industrielles.

En France, un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) de chauffage urbain situé en région parisienne utilise la géothermie basse énergie. Les installations de pompes à chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle 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 (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune,...) voisine de Lörrach. L'agrandissement a provoqué un mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) tremblement (Les tremblements sont des mouvements anormaux involontaires, rythmiques et oscillatoires, de faible amplitude. Ils peuvent être uni ou bilatéraux.) de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) en décembre 2006.

La production de chaleur au moyen d’une pompe à chaleur (Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et...) 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 (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) à chaleur peut assurer simultanément et/ou successivement des besoins en chauffage et/ou climatisation/rafraîchissement. Cette catégorie est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de même, d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) technicien et d'investissement financier, plus de la famille des géothermies de très basse énergie.

Géothermie haute énergie

La géothermie haute énergie, ou géothermie profonde, appelée plus rarement géothermie haute température, ou géothermie haute enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu pendant la transformation isobare...), 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 (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les phénomènes...) 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 l'on fore 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 (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et...) 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 (Le mot monde peut désigner :). C'est au début du XXe 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 (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) 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).

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 système géothermique convectif (couvercle d'eau chaude).
  • Polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour...) Spontanée : La polarisation spontanée (PS) détecte les circulations de fluides sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...).
  • Analyse chimique des eaux et des gaz : La présence d'anomalies en He, CO2, H2S, CH4 et radon (Le radon est un élément chimique du tableau périodique de symbole Rn et de numéro atomique 86. C'est un gaz rare, radioactif, d'origine naturelle, qui est...) permettent de mettre en évidence d'éventuelles contaminations par des gaz d'origine magmatique.

Installations dans le monde

Capacité géothermique installée (2002)
Région du monde MWe
Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la...) 3 220
Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) 2 971
Union européenne 883
Océanie (L'Océanie est une vaste région regroupant des territoires situés dans l'océan Pacifique. Elle est une des cinq divisions traditionnelles des terres émergées de la...) 441
Amériques centrale et du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) 416
Autres pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme de...) d'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une...) 297
Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de...) 128
Total mondial 8 536

L'électricité produite à partir de la géothermie est disponible dans plus de 20 pays dans le monde : la Chine, l'Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de glace »), est un État insulaire de l’océan Atlantique Nord, situé entre le Groenland et l’Écosse,...), les États-Unis, l'Italie, la France, l'Allemagne, la Nouvelle-Zélande (La Nouvelle-Zélande est un pays de l'Océanie, au Sud-Ouest de l'océan Pacifique, constitué de deux îles principales (l'île du Nord et l'île du Sud), et de nombreuses îles beaucoup plus...), le Mexique, le Nicaragua, le Costa Rica, la Russie, l'Indonésie (L'Indonésie, officiellement la République d'Indonésie (en indonésien Republik Indonesia), est un pays transcontinental d'Asie du Sud-Est et d'Océanie. Avec plus de 17 500 îles, il...), le Japon, le Kenya et le Canada. Les trois premiers producteurs sont les États-Unis, les Philippines (La République des Philippines est un pays constituée d'un archipel de 7 107 îles dont onze d'entre elles totalisent plus de 90 % des terres et un peu plus de...) et l'Indonésie. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales).

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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 2000 mégawatts électriques. Il s'agit d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de 21 centrales électriques qui utilisent la vapeur de plus de 350 puits. 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, mais ce sont les Philippines qui en sont le plus gros consommateur, 28% de l'électricité générée y étant produite par la géothermie. 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 (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un lac ou d'une mer. Son étymologie latine, insula, a donné l'adjectif « insulaire » ; on dit aussi...).

La géothermie est particulièrement rentable dans la zone du Rift (Un rift est une zone où la lithosphère continentale est en extension, ce qui provoque son affaissement (graben), une zone de volcanisme et une importante sédimentation...) en Afrique. Trois centrales ont récemment été construites au Kenya, respectivement de 45 MW, 65 MW et 48 MW. La planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) 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 (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de...).

En Guadeloupe (La Guadeloupe (prononcée : [gwa.də.lup]), en créole Gwadloup, est à la fois une région, un département d'outre-mer français et une région ultrapériphérique...), la seule référence française en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace...) de géothermie haute température se situe à Bouillante, non loin du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et de tephras tels que les cendres. Ce...) guadeloupéen de la Soufrière. Il a été réalisé en 1984 un premier forage d’une profondeur de 300 m 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 (La France métropolitaine, parfois raccourcie en Métropole, est dans le langage courant la partie européenne de la France, c'est-à-dire le territoire...), on fore actuellement à grande profondeur (de l'ordre de 5 000 m à Soultz-sous-Forêts) dans des « roches chaudes sèches » où de l'eau est injectée ; on crée ainsi un échangeur thermique. La commune de Fresnes exploite la géothermie depuis 1985 pour son chauffage urbain.

En Allemagne, une centrale utilisant la géothermie de 3,4 mégawatts, devrait fonctionner à Unterhaching près de Munich à partir de 2007, et produire 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 ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...) à une température de 122 °C.

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