Explications : Géothermie

Définition

La géothermie ou « chaleur de la terre » permet de récupérer l’énergie stockée sous la surface de la Terre et de s’en servir pour chauffer les bâtiments ou produire de l’électricité via un système de cogénération. 

Information sur la géothermie

Avec environ 2300 MWth installés, la géothermie en France permet d’éviter l’émission de près
de 1 million de tonnes d’équivalents CO₂.

Il existe plusieurs types de géothermie :

• La géothermie haute énergie (ressources thermiques > 150°C),
• La géothermie basse énergie (30°C < ressource thermique < 150°C),
• La géothermie très basse énergie (ressources thermiques < 30°C).

Les forages géothermiques peuvent se faire en surface ou en profondeur variant ainsi de quelques mètres à 6 000m.

En France, la géothermie profonde basse énergie a deux sites privilégiés : le bassin parisien avec la nappe du Dogger (jurassique), et l’Alsace (Soultz).

A l’heure actuelle, la géothermie en Nord-Pas de Calais consiste à récupérer l’énergie issue de la chaleur des nappes d’eau souterraines. La géologie de la région ne présente pas les mêmes avantages que les bassins sédimentaires parisien et aquitain en matière de nappes d’eau chaude situées en profondeur.

Ainsi, les caractéristiques régionales sont plus propices à des projets de géothermie très basse énergie (prélèvement des calories dans une nappe d’eau à température comprise en général entre 10 °C et 20 °C ou dans le sol) tels que celui mené par la Communauté d’Agglomération Valenciennes Métropole depuis 2010.

Comment fonctionne l’énergie géothermique

La géothermie ne nécessite pas la combustion de combustibles fossiles. L’eau chaude ou la vapeur utilisée est renvoyée au sol après son utilisation, où elle peut être réutilisée, ce qui en fait également une source d’énergie renouvelable.

Il existe trois principaux types de centrales géothermiques qui produisent de l’électricité de manière légèrement différente.

• Les centrales à vapeur sèche sont les types les plus courants de centrales géothermiques, représentant environ la moitié des centrales géothermiques installées. Ils fonctionnent en canalisant la vapeur chaude des réservoirs souterrains directement dans les turbines des réservoirs géothermiques, qui alimentent les générateurs pour fournir de l’électricité. Après avoir alimenté les turbines, la vapeur se condense en eau et est renvoyée dans la terre via le puits d’injection.

• Les installations à vapeur instantanée diffèrent de la vapeur sèche parce qu’elles pompent de l’eau chaude, plutôt que de la vapeur, directement à la surface. Ces centrales à vapeur flash pompent de l’eau chaude à haute pression sous la terre dans un «réservoir flash» à la surface.

• Le réservoir de flash est à une température beaucoup plus basse, ce qui fait que le fluide se transforme rapidement en vapeur. La vapeur produite alimente les turbines. La vapeur est refroidie et se condense en eau, où elle est repompée dans le sol à travers le puits d’injection.

Dans ces usines à cycle binaire, la principale différence est que l’eau ou la vapeur d’eau souterraine n’entre jamais en contact direct avec les turbines. Au lieu de cela, l’eau des réservoirs géothermiques est pompée à travers un échangeur de chaleur où elle chauffe un deuxième liquide, comme l’isobutène (qui bout à une température inférieure à celle de l’eau).

Ce deuxième liquide est chauffé en vapeur, qui alimente les turbines qui entraînent un générateur. L’eau chaude de la terre est recyclée dans la terre par le puits d’injection, et le deuxième liquide est recyclé à travers la turbine et de nouveau dans l’échangeur de chaleur où il peut être réutilisé.

Pompes à chaleur géothermiques

Alimenter votre maison avec une pompe à chaleur géothermique vous permet d’exploiter les températures sous la surface de la terre pour chauffer ou refroidir une structure. Même si les températures au-dessus du sol fluctuent au fil des saisons tout au long des années, la température sous la surface reste constante entre 10˚C et 15˚C toute l’année.

Il existe quatre types de pompes, trois systèmes en boucle fermée et des systèmes en boucle ouverte. Chacun dépend du type de sol, des conditions climatiques et des terres disponibles.

Les systèmes horizontaux en boucle fermée sont les plus rentables pour les zones résidentielles. Pour les grands bâtiments commerciaux, les systèmes verticaux en boucle fermée sont plus souvent utilisés. Ceux-ci peuvent parfois descendre à 122 mètres de profondeur. Les boucles fermées construites sous ou dans un étang ou un lac sont généralement les moins chères.

Dans les systèmes en boucle fermée, un mélange eau / antigel circule à travers une boucle de tuyaux souterrains (ou sous un plan d’eau) et dans un bâtiment. En hiver, les températures souterraines sont plus chaudes que l’air, de sorte que le fluide pompé est plus chaud. Ensuite, les compresseurs électriques et les échangeurs de chaleur transfèrent la chaleur à travers les conduits du bâtiment.

En été, les tuyaux évacuent la chaleur du bâtiment et celle-ci est absorbée par la terre ou l’eau. Étant donné que le fluide est déjà frais en été et plus chaud que l’air en hiver, le système de chauffage / climatisation n’a pas à travailler aussi fort.

Dans les systèmes en boucle ouverte, l’eau est prélevée directement d’une source d’eau et dans la pompe à chaleur où elle peut ensuite être recyclée dans la même source ou pompée dans une autre source d’eau (sans polluer). La seule différence avec l’eau entrant et sortant est un léger changement de température. Bien que ceux-ci puissent être moins chers, ils nécessitent également un débit d’eau constant capable d’alimenter votre maison.

Ces quatre types de pompes à chaleur géothermiques peuvent être utilisées dans tout le pays en raison de la température constante sous la surface, mais elles varient en efficacité et en économies de coûts.

L’une des grandes avancées pour l’avenir de l’énergie géothermique s’appelle un système géothermique amélioré. Traditionnellement, l’énergie géothermique doit être utilisée là où des réservoirs géothermiques existent. Ainsi, ce nouveau système créé des réservoirs géothermiques techniques en pompant de l’eau froide à des milliers de mètres sous terre pour accéder à l’eau chaude et produire la vapeur nécessaire pour alimenter les centrales en surface.

Puisque l’énergie géothermique est une ressource naturelle renouvelable, pensez-y comme un cadeau de la terre qui ne cesse de donner. Bien qu’au fil du temps, il soit souvent nécessaire de forer des puits supplémentaires pour maintenir les niveaux de production d’énergie, la terre dégage constamment de la chaleur qui a été générée lorsque notre planète s’est formée il y a des milliards d’années. La prochaine fois que vous verrez un geyser tirant de la vapeur chaude et de l’eau dans les airs, imaginez que la même puissance soit utilisée pour produire de l’électricité.