Face aux défis environnementaux actuels, il devient urgent de repenser notre manière de produire et consommer l’énergie. Parmi les solutions durables et performantes figure la géothermie, une énergie renouvelable encore trop méconnue du grand public. Dans cet article, nous vous proposons de plonger au cœur de ce procédé thermodynamique et découvrir ses fondements, ses avantages ainsi que ses domaines d’application.
Principe de la géothermie
Géothermie basse température et haute température
On distingue deux types de géothermie selon la profondeur à laquelle on exploite la chaleur terrestre : la géothermie basse température et la géothermie haute température.
Géothermie basse température
La géothermie basse température concerne principalement le captage de la chaleur superficielle du sol pour alimenter des pompes à chaleur (PAC). On distingue trois grandes catégories de systèmes en fonction de la configuration des capteurs :
- Capteurs horizontaux : Disposés à une profondeur comprise entre 0,8 et 1,2 mètre, ces capteurs forment des boucles enterrées sur une large surface (de l’ordre de 1,5 à 2 fois la surface à chauffer). Ils nécessitent un terrain suffisamment étendu mais offrent l’avantage d’être relativement simples et bon marché à mettre en œuvre.
- Capteurs verticaux : Moins encombrants que les capteurs horizontaux, ils consistent en des sondes tubulaires enfoncées verticalement jusqu’à 100 mètres de profondeur environ. Bien qu’ils soient plus coûteux, ils présentent néanmoins un meilleur rendement grâce à une meilleure isolation thermique offerte par le sous-sol.
- Captage eau-eau : Cette variante utilise une nappe phréatique comme source froide et chaude. Un double circuit fermé circule dans le forage, permettant d’extraire l’eau chaude du sous-sol pour alimenter la PAC tandis que l’eau refroidie est réinjectée dans la nappe.
Géothermie haute température
La géothermie haute température consiste en l’exploitation directe de fluides très chauds situés entre 1 500 et 4 000 mètres de profondeur afin de produire de l’électricité. Après extraction, le fluide géothermal circule dans une turbine couplée à un alternateur qui convertit l’énergie mécanique en courant électrique. Selon la qualité du gisement et le rendement des machines, ces centrales peuvent produire entre 5 MW et 70 MW d’électricité, soit l’équivalent de la consommation annuelle de plusieurs dizaines de milliers de foyers.
Cycle naturel de la géothermie
Le processus géothermique repose sur un cycle continu où la Terre libère en permanence sa chaleur interne accumulée depuis sa formation il y a près de 4,6 milliards d’années. Issu de la radioactivité naturelle et de la descente des matériaux refroidis en surface, ce magma en fusion transfert une partie de son énergie calorifique vers les roches adjacentes, créant ainsi des nappes aquifères surchauffées. Ces dernières constituent alors des réservoirs exploitables pour capter et transformer cette chaleur en énergie utile.
Atouts de la géothermie
Une source d’énergie renouvelable et continue
Caractère renouvelable
Contrairement aux énergies fossiles dont les stocks s’amenuisent progressivement, la géothermie puise dans une ressource abondante et quasi illimitée. En effet, la chaleur terrestre se recharge continuellement grâce aux phénomènes radiogéniques et convectifs internes.
Continuité de la production
De par sa nature intrinsèque, la géothermie offre un potentiel constant et prévisible, indépendamment des conditions météorologiques extérieures. Contrairement aux autres énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien), elle ne subit pas les aléas climatiques ni les variations saisonnières, garantissant ainsi une production stable et régulière.
Des impacts environnementaux minimaux
Faibles émissions polluantes
Exploitée correctement, la géothermie engendre peu d’émissions polluantes et de gaz à effet de serre. En comparaison avec les centrales thermiques classiques, les installations géothermiques produisent jusqu’à 97 % moins de CO2 et divisent par quatre les émissions de SO2.
Consommation d’eau maîtrisée
Contrairement aux barrages hydroélectriques ou aux centrales nucléaires, la géothermie requiert une quantité d’eau relativement faible pour fonctionner. Par ailleurs, l’essentiel de l’eau utilisée est réinjectée dans le sous-sol après avoir servi à extraire la chaleur, limitant ainsi les prélèvements et les rejets dans le milieu naturel.
Applications de la géothermie
Pompe à chaleur géothermique
Chauffage et rafraîchissement
Dans le cadre résidentiel et tertiaire, les pompes à chaleur (PAC) géothermiques représentent une alternative performante et économe en énergie pour assurer le chauffage, la ventilation et la climatisation des bâtiments. Associées à un plancher chauffant ou des radiateurs basse température, ces PAC affichent des rendements exceptionnels allant jusqu’à cinq fois l’énergie injectée.
Eau chaude sanitaire
Certaines PAC géothermiques peuvent également être configurées pour produire de l’eau chaude sanitaire (ECS) durant les périodes creuses de chauffage. Grâce à un ballon tampon adapté, l’excédent de calories peut être stocké temporairement puis restitué lorsque nécessaire, limitant ainsi les consommations électriques pendant les heures pleines.
Production d’électricité
Centrales géothermiques
Implantées généralement dans des zones volcaniques ou thermaliques, les centrales géothermiques exploitent des ressources souterraines riches en vapeur ou en eau chaude pour actionner une turbine reliée à un alternateur. Selon la qualité du gisement et le type d’installation, ces centrales peuvent produire plusieurs mégawatts d’électricité, couvrant ainsi les besoins de plusieurs milliers de foyers.
Co-génération
Certains projets geothermiques optent pour une stratégie de co-génération, consistant à produire simultanément de l’électricité et de la chaleur destinée au réseau urbain de chauffage. Cette synergie permet non seulement d’augmenter le rendement global de l’installation mais également de mutualiser les infrastructures et les coûts associés.
Autres applications industrielles
Traitements thermiques
Outre la production d’électricité, la géothermie trouve également des débouchés dans divers secteurs industriels tels que la chimie, l’alimentation, la pharmaceutique ou encore le textile. Elle intervient notamment pour le traitement thermique de matériaux, la stérilisation de produits sensibles, le séchage de denrées agricoles ou encore le chauffage d’espaces collectifs (piscines, serres, habitats sociaux, etc.).
Échangeurs souterrains
Dans certains cas, il est possible d’utiliser directement la chaleur du sol sans passer par une pompe à chaleur. Il suffit alors d’installer un échangeur enterré à proximité immédiate du bâtiment à chauffer. Ce dispositif permet de capter la chaleur ambiante du sous-sol et de la transférer directement vers le circuit de chauffage, offrant ainsi un rendement optimal et des consommations énergétiques minimes.
La géothermie constitue donc une énergie renouvelable prometteuse aux multiples facettes. Que ce soit pour chauffer une habitation, refroidir un data center ou produire de l’électricité à grande échelle, cette filière dispose d’arguments convaincants en termes de performance, fiabilité et respect de l’environnement. Malgré un déploiement encore timide en France, la géothermie devrait logiquement trouver sa place dans le bouquet énergétique national et accompagner ainsi notre transition vers un modèle sobre et durable.
