Qu’est-ce que la géothermie ?

La chaleur terrestre présente dans le sous-sol et dans les nappes d’eau
peut être mise à profit pour le chauffage et la production d’électricité, grâce
aux techniques de la géothermie.

Bassin turquoise en Islande (juillet 2006).
© Fotolia / Sylvain Bouquet

La Terre, une source d’énergie considérable

Le terme de "géothermie" est formé à partir des mots grecs "Gê" (la Terre) et "thermos" (chaud). Il recouvre l’ensemble des techniques qui permettent
de récupérer la chaleur naturellement présente dans
le sous-sol terrestre,
en particulier dans les aquifères (réservoirs rocheux renfermant des eaux souterraines).

La géothermie permet de récupérer la chaleur naturellement présente dans le sous-sol terrestre.

Cette énergie calorifique provient en très grande partie de la radioactivité naturelle, phénomène lié à l’existence dans les roches d’atomes radioactifs d’uranium, de potassium
ou de thorium. Produits dans les étoiles, ces atomes se sont en effet agglomérés avec des gaz, des poussières et des corps célestes pour former la Terre, il y a 4,5 milliards d’années. Certains sont encore présents dans la croûte terrestre. Au cours de leur désintégration naturelle, ils dégagent une chaleur importante qui perdure dans le sous-sol pendant des millions d’années.

L’exploitation de l’énergie géothermique consiste à employer la chaleur stockée dans les roches
et les eaux souterraines. La température des eaux géothermales augmente en même temps
que la profondeur à laquelle elles se trouvent, selon le gradient thermique de chaque région (hausse moyenne de la température, en fonction de la profondeur, dépendant des conditions physiques et géographiques dans la région concernée). Ainsi, selon les zones, le gradient thermique s’échelonne entre 1 °C pour 100 mètres de profondeur et 5 à 10 °C pour
100 mètres de profondeur.

Les différents types de géothermie

Les techniques géothermiques diffèrent selon la température des eaux géothermales, laquelle définit l’usage que l’on fait de ces eaux :

   •    entre 20 °C et 90 °C, l’eau géothermale est utilisée pour le chauffage : c’est
la géothermie basse énergie ;

   •    entre 90 °C et 150 °C, l’eau est employée sous forme liquide pour la production d’électricité (géothermie de moyenne énergie) ;

   •    si sa température excède les 150 °C, cette eau sous forme de vapeur fait tourner des turbines dont le mouvement génère également de l’électricité (géothermie de haute énergie).

La disponibilité des ressources géothermiques

La chaleur emmagasinée dans le sous-sol terrestre est produite sur de très longues périodes
qui se mesurent à l’échelle des temps géologiques et non à l’échelle d’une vie humaine.
Pour autant, l’énergie géothermique n’est disponible ni partout, ni à tout moment, ni en quantité illimitée.

En effet, à la surface du globe, le flux géothermique moyen est faible (il s’agit de l’énergie disponible pour une superficie et une période données). Ce flux s’élève à 0,06 watt par mètre carré et par an, soit 3 500 fois moins que le flux d’énergie solaire reçu en une année par la même surface de sol ! C’est pourquoi on cherche à exploiter en priorité les ressources calorifiques de certaines zones susceptibles de fournir des quantités d’énergie importantes (réservoirs géothermiques) situées notamment à proximité de volcans. En effet, en zone volcanique, le flux géothermique peut atteindre un watt/mètre carré/an.

En outre, la disponibilité des ressources géothermiques dépend de leur capacité de renouvellement, qui repose sur :

   •    des sources de chaleur internes à la croûte terrestre (radioactivité essentiellement) ;

   •    des apports d’énergie venus de l’extérieur du réservoir (chaleur solaire) ;

   •    la circulation des eaux souterraines qui leur permet de se réchauffer au contact
de sources de chaleur éloignées du réservoir, avant de réintégrer celui-ci.

Pour pouvoir exploiter un réservoir de manière durable, on doit donc veiller à la reconstitution progressive de ses ressources calorifiques. Cela peut passer par :

   •    le plafonnement des quantités de chaleur prélevées ;
 
   •    la limitation dans le temps de l’exploitation du site.

Assurer ces conditions de réchauffement se révèle d’autant plus crucial que le réservoir
est également refroidi par des facteurs extérieurs : en hiver, par exemple, le sous-sol refroidit et on y récolte moins de chaleur.

Enfin, la disponibilité de l’énergie géothermique est limitée géographiquement. Le transport
de la chaleur sur de longues distances génère en effet d’importantes pertes thermiques.
Il en résulte une difficulté à faire correspondre lieux de production et lieux de consommation
pour couvrir les besoins en énergie.