Géothermie : Différence entre versions

Version du 1 mai 2010 à 13:51

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Les mots énergie géothermique proviennent du grec Géo (Terre) et Thermos (Chaud), est l'énergie issue de la chaleur du sous-sol.

Description

Les sols accumulent la chaleur sans cesse renouvelée par l'énergie radioactive et de la présence proche du magma en-dessous de la croute terrestre. Ce principe consiste à extraire l'énergie contenue dans le sol pour l'utiliser sous forme de chauffage ou d'électricité. Selon les régions l'augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte, et varie de 3°C par 100 m en moyenne jusqu'à 15°C ou même 30°C.

Géothermie profonde

Cette source d'énergie est liée à la radioactivité naturelle de certaines roches, qui conduit à un gradient thermique variant selon les conditions géologiques (de l'ordre de 3°C par 100 m).

L'exploitation de la ressource géothermique est ancienne. Les bains des sources chaudes étaient pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. Elle connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées.

Les pays où la production de chaleur à partir de la géothermie est la plus importante sont la Chine, les États-Unis et l'Islande.

On parle de « basse énergie » lorsque la température de l'eau est entre 20°C et 80°C; elle est alors utilisée directement pour le chauffage. La « moyenne » et la « haute » énergie (entre 80°C et 300°C) permettent la production d'électricité. C'est en Italie que cela a été pour la première fois réalisé (1903 - Larderello).

Fonctionnement

Fichier:Hot Dry Rock.jpg

La chaleur terrestre est utilisée traditionnellement dans les constructions de centrales géothermiques dans les régions volcaniques et tectoniquement perturbés où il y a des couches de vapeur près de la surface. Elles sont principalement situées aux États-Unis, aux Philippines et en Italie.

Par contre, la chaleur de la Terre peut être utilisée à de basse température ce qui est possible presque partout dans le monde. Avec le procédé Hot-Dry-Rock, la chaleur logée dans des couches plus profondes peut être utilisée pour produire du courant et de la chaleur. La chaleur terrestre provient de la décomposition des substances radioactives présentes à l’intérieur de la Terre et de la chaleur résiduelle de la formation de la Terre. Le potentiel offert par cette technique est très important. Les scientifiques estiment que les ressources géothermiques exploitables par cette technique permettront, lorsqu'elle sera économiquement viable, de satisfaire une fraction significative des besoins de puissance électrique, d'un pays telle que les USA, et ceci pour de nombreux siècles. En effet, cette énergie est considérée comme renouvelable si on n'épuise pas le potentiel thermique du sol.

Le principe de fonctionnement est relativement simple, on extrait l'énergie géothermique d'un réservoir souterrain créé artificiellement en vue de production de chaleur ou d'électricité. Dans ce but, on injecte sous forte pression de l'eau froide dans un forage, à une profondeur où la roche atteint une température d'environ 200°C. Par exemple, en Suisse, cela correspond à des profondeurs s’approchant de 5000 m. Sous l'effet de la pression, l'eau élargit les fissures existantes dans le massif rocheux ainsi une circulation d’eau continu peut alors être instaurée entre le puits d'injection et le puits de production. Pendant son trajet souterrain, l'eau injectée capte la chaleur terrestre et se transforme partiellement en vapeur lors de sa remontée dans les forages de production situés à une distance de quelques centaines de mètres.

Ce fluide caloporteur remonte donc en surface et transmet son énergie, par le biais d'un échangeur de chaleur, à un deuxième fluide dans un circuit fermé équipé d'une turbine à vapeur couplée à un générateur. L'eau du premier circuit fermé, ainsi refroidie, retourne dans le massif rocheux par le forage d'injection et se réchauffe à nouveau.

Voici les avantages et inconvénients de ce mode de production d'électricité :

Avantages

- La géothermie est une source d’énergie renouvelable. (Pas de pollution, ni émission gaz à effet de serre)

- Cette source d’énergie permet d’assurer une production importante (des puissances quelques dizaines de MW selon les installations voir des centaines de MW à proximité des points chauds), contrairement au photovoltaïque (1kW) ou aux éoliennes. (1MW)

- Cette ressource a aussi l’avantage par rapport aux autres énergies renouvelables, de produire toute l’année et toute la journée, car l’énergie géothermique est peu sensible aux variations météorologiques.

Inconvénients

- Les forages pour accéder à cette ressource sont souvent très couteux, car la production d’électricité nécessite de très haute température, donc de très grande profondeur.

- Les forages peuvent parfois s’avérer infructueux voir même dangereux, on parle de « risque géologique » : provocation de séisme notamment.

- Avant d’effectuer le forage, il faut effectuer des études de sols, des travaux d’explorations, etc.… l’implantation d’une centrale est donc un processus très long.

- Il faut faire attention à ne pas extraire plus d'énergie que pourrait en produire le sol sous peine d'épuiser ses capacités thermiques et de voir les rendements des installations diminués. En effet, l'énergie est produite par des micro-organismes et cette énergie n'est pas renouvelable à 100 % : si on puise trop ou épuise la fonction des micro-organismes, qui sont mortels, il s'ensuit une réaction en chaîne où la terre n'est plus productive ni exploitable; plus rien ne pousse... et la terre meurt.

Éléments de dimensionnement

Pour bien dimensionner une installation géothermique, il est nécessaire de bien définir le contexte géologique et hydrogéologique local avant d'implanter une centrale. Voici les paramètres qui rentrent en compte lors d'une étude de dimensionnement :

• les caractéristiques physiques du sol, notamment sa conductivité thermique qui définira la puissance spécifique (puissance par mètre linéaire) qu'il est possible d'extraire.

• la composition chimique du sol. C'est elle qui déterminera selon la dureté du sol, le nombre, la profondeur et la disposition des sondes géothermiques.

• les besoins électriques à couvrir conditionneront la taille de la centrale.

Aujourd'hui la puissance totale installée dans le monde s'élève à 10 MWe environ avec la répartition suivante :

Cependant, il important de noter que la puissance installée ne correspond pas à la puissance en fonctionnement. Ainsi, en 2007, la puissance installée était de 9737 MWe (MégaWatt électrique) alors que la puissance en fonctionnement était de 8595,4 MWe. En effet, certaines installations sont mises hors services pour des raisons de maintenance par exemple. La production d'électricité à partir de la géothermie reste en constante augmentation ces dernières années : +804,3 MWe installés dans le monde depuis 2005.

Projet de géothermie profonde de Soultz-Sous-Forêts

Ce projet pilote, lancé en 1987 à Soultz-sous-Forêts dans le Bas-Rhin, est géré par le Groupement européen d'intérêt économique (GEIE) et a nécessité 16 années d'études. Ce programme consiste à démontrer la faisabilité de l'utilisation de la chaleur issue des roches sèches fracturées et donc que la production d’électricité par géothermie profonde est un procédé efficace.

Le 13 juin 2008, la centrale de production d’électricité a été mise en route. Elle produit 1.5 MW, une quantité qui suffit à alimenter en électricité un village de 1500 habitants. L’eau est pompée en grande profondeur (à 5000 mètres sous terre), pour se charger en calories en circulant dans les fractures existantes des roches chaudes, environ à 200 °C. Elle remonte ensuite en surface, avec une température qui avoisine les 180°C. Après être passée par le système d’échangeurs de chaleur, l’eau cède ses calories à un fluide (isobutane) qui va se transformer en vapeur sèche puis entraîner une turbine, couplée à un générateur pour produire l’électricité.

Ce projet de centrale, à caractère expérimental, sera suivi par la réalisation en 2015 d'un prototype industriel de 20 MWe capable d'alimenter en électricité une ville de 20000 habitants.

Deux projets de forages géothermiques similaires sont à l'étude en Alsace pour la production de chaleur dans la région de Beinheim et de Pechelbronn (Bas-Rhin), à des profondeurs de 1000 et 3000 mètres.

Géothermie de surface

Cette énergie est captée par soit directement pour de la climatisation avec des systèmes appelés puits provençal, soit par l'intermédiaire de pompes à chaleur qui vont refroidir le sol pour en capter l'énergie.

Ces systèmes sont très en vogue à l'heure actuelle, car ils permettent des économies très importantes notamment en comparaison de la climatisation traditionnelle ou du chauffage électrique.

La Géothermie moderne

De nos jour la plupart des systèmes de géothermie fonctionnent par un captage au sol dit horizontal, par puisage ou par sonde verticale; et par un procédé de compression / détente renvoi la chaleur par chauffage au sol.

Voir aussi

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Liens internes

• puits provençal
• pompe à chaleur
• énergies renouvelables
• Pieu énergétique

Liens externes

• http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_15.html
• http://www.geothermie-perspectives.fr
• Les différents types de pompes à chaleur géothermiques
• http://www.soultz.net/fr/
• http://www.geothermie-soultz.fr/
• http://www.edf.fr/html/ecole_energie/accessibilite/glo_g_geothermie.htm
• http://www.edf.com/html/panorama/production/renouvelable/geothermie/fonctionnement.html
• http://www.crdp.ac-caen.fr/energies/Geothermie.htm
• http://www.geothermie.ch/index.php?p=geothermics_worldwide&l=fr

Bibliographie

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