Dossier : Géothermie : la chaleur de la Terre

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Décryptages

La géothermie basse énergie : le chauffage

La géothermie de basse énergie permet d’alimenter des systèmes de chauffage, soit de maisons individuelles, soit d’immeubles, d’équipements collectifs, d’exploitations agricoles… La géothermie de moyenne et haute énergie, au-delà de 90 °C, est utilisée quant à elle pour la production d’électricité.

La géothermie permet de chauffer, entre autres, des serres, comme ici à Aigueperse, en Auvergne (France). © STF / AFP

La géothermieLe terme géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes au globe terrestre... de basse énergie utilisent la chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... du sous-sol terrestre ou des eaux chaudes souterraines, entre 20 °C et 90 °C (Voir le décryptage : « Qu’est-ce que la géothermie »). Cette chaleur que renferment les couches rocheuses du proche sous-sol (jusqu’à 150 mètres environ) peut être utilisée directement pour le chauffage au moyen de pompes à chaleur (PAC) et de capteurs géothermiques, formés de tuyaux enterrés ou de sondes sèches verticales. On parle alors de géothermie de très basse énergie (Voir le décryptage : « Pompes à chaleur et capteurs géothermiques »).

Pour la production de chaleur (géothermie basse énergie), la puissance installéeLa puissance électrique installée représente la capacité de production électrique d'un équipement... dans le monde est estimée à 27 000 MW. En 2005, plus de 70 pays déclaraient utiliser la géothermie pour produire de la chaleur, notamment le Japon, la Chine, l’Islande, les États-Unis et les pays d’Europe (2 500 MW).

Le forage de puits géothermiques

Il est obligatoire de réinjecter une eau géothermale salée ou sulfatée dans son réservoir d’origine

Les géothermiciens commencent par réaliser des forages. Ils creusent un ou plusieurs puitsDésigne la cavité cylindrique creusée dans le sous-sol par un forage... pour atteindre les terrains ou les réservoirs souterrains d’eau chaude, dont il faut capter la chaleur, puis ils introduisent des tubages (cylindres creux) qui consolident les parois. Dans le cas de la géothermie basse énergie, ce sont les réservoirs d’eau (les aquifèresUn aquifère est une formation géologique (ou une roche) réservoir contenant une nappe d'eau souterraine...) qui sont mobilisés. Ils se situent généralement entre 1 000 et 2 500 mètres de profondeur, avec des eaux dont la température est comprise entre 40 °C et 90 °C.

Ces eaux doivent avoir une pression assurant un débit régulier et suffisant. Selon les sites, plusieurs cas de figure peuvent se présenter :

  • quand la pression dans le réservoir rocheux est supérieure à celle de l’atmosphère, l’eau jaillit d’elle-même à travers le puits. On parle alors de puits artésien. Si l’eau est à la bonne température pour le chauffage (60 °C environ), si sa pression est constante et si elle n’est pas trop forte, on peut l’envoyer directement dans les radiateurs ;
  • quand la pression de l’eau n’est pas assez forte, on installe une pompe hydraulique à moteur. Cette pompe aspire l’eau chaude souterraine et l’envoie dans le système de chauffage.

La corrosion, l’ennemi des installations

L’eau géothermale contient des sels ou des gaz dissous. Présents en trop grande quantité, ils peuvent provoquer une corrosionAltération d'un matériau sous l'effet de facteurs physiques ou physico-chimiques... des tuyaux et poser des problèmes environnementaux. Face à ces problèmes, les géothermiciens ont mis au point des solutions techniques :

  • si l’eau est peu corrosive, on injecte au fond du puits des produits chimiques inhibiteurs de corrosion. De plus, on utilise des tuyaux faits de matériaux composites moins sensibles à la corrosion que des tuyauteries classiques en acier ;
  • si l’eau est très corrosive, on ne peut pas l’injecter directement dans le système de chauffage situé en surface. Après être remontée par le puits de pompageLe pompage est une technique de récupération assistée du pétrole et du gaz..., l’eau géothermale cède sa chaleur à un échangeur de chaleur placé entre le circuit géothermique et la tuyauterie de chauffage. Grâce à ce dispositif, l’eau géothermale chauffe l’eau de ville qui circule dans la tuyauterie de chauffage, sans entrer en contact. Un tel circuit géothermique présentant un débit de 200 m3 d’eau par heure peut chauffer 2 000 à 3 000 logements.

Lorsque l’eau géothermale n’est pas suffisamment pure, elle ne peut pas être évacuée avec les eaux usées. On la réinjecte alors dans son réservoir d’origine au moyen d’un second puits. Appelé « doublet », il est situé à quelque distance de l’aspiration du premier puits.

Utilisations diversifiées du chauffage géothermique

Les techniques géothermiques basse énergie sont majoritairement employées pour chauffer, par planchers chauffants ou radiateurs, ou pour produire l’eau chaude sanitaire des bâtiments publics, des immeubles ou habitations individuelles.

Elles trouvent aussi d’autres applications telles que le chauffage de piscines, d’établissements thermaux, de parcs de loisirs, de serres agricoles, de champignonnières, de bassins de pisciculture, de locaux de séchage de bois.