Dossier : Géothermie : la chaleur de la Terre

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Décryptages

La géothermie haute énergie : l’électricité

La géothermie de moyenne et haute énergie permet de capter dans le sous-sol terrestre des eaux et de la vapeur d’eau très chaudes, utilisées dans des centrales spécifiques pour produire de l’électricité.

La centrale électrique géothermique de Nesjavellir, près du volcan Hengill, en Islande. © WIKICOMMONS

Les ressources mondiales

Les ressources mondiales en géothermieLe terme géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes au globe terrestre... haute température (production d’électricité) se concentrent dans un nombre limité de pays, autour des zones volcaniques actives du globe. Elles sont surtout localisées en Asie, dans les îles du Pacifique, en Afrique de l’Est et des Grands Lacs, en Amérique du Nord, dans les Pays Andins de l’Amérique du Sud, en Amérique Centrale et aux Caraïbes.

Au total, une vingtaine de pays dans le monde produisent de l'électricité géothermique, pour une puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... d’environ 10 926 MW. Celle-ci joue un rôle essentiel dans certains pays comme les Philippines, où elle représente 17 % de l'électricité produite, ou l'Islande (30 %). On prévoit pour 2020 un quasi doublement de la puissance mondiale installée1.

Les centrales géothermiques de moyenne énergie

30 % : la part de l’électricité géothermique en Islande

Quand l’eau géothermale présente une température de 90 à 160 °C, elle peut être employée sous forme liquide dans la production d’électricité : c’est la géothermie de moyenne énergie.

Cette technique fait appel à des centrales qui captent l’eau souterraine à travers des puitsDésigne la cavité cylindrique creusée dans le sous-sol par un forage... géothermiques creusés dans le sol. Ainsi, les centrales géothermiques de moyenne énergie sont construites à proximité d’aquifèresUn aquifère est une formation géologique (ou une roche) réservoir contenant une nappe d'eau souterraine... situés entre 2 000 et 4 000 mètres de profondeur. Dans les zones volcaniques, où les sous-sols renferment davantage de chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière..., les eaux utilisables par ces centrales se trouvent parfois à moins de 1 000 mètres de profondeur.

Ces installations utilisent de l’eau maintenue sous pression (pour éviter qu’elle n’entre en ébullition) qui circule au sein d’un dispositif nommé échangeur de chaleur. Il s’agit d’un appareil dans lequel les tuyaux remplis d’eau géothermale sont en contact avec des tuyaux eux-mêmes remplis d’un liquide spécifique (généralement un hydrocarbureLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène...). En se chauffant  au contact des tuyaux pleins d’eau, ce liquide entre en ébullition et se vaporise. Le gaz ainsi obtenu fait tourner une turbine dont le mouvement produit de l’électricité. Ce gaz est ensuite refroidi et se liquéfie avant d’être réutilisé pour un nouveau cycle de production.

La géothermie de haute énergie en zone volcanique

La toute première centrale électrique géothermique de l’histoire, à Larderello (Italie), a été construite en 1913

Si la température de l’eau géothermale dépasse 160 °C, cette eau peut servir directement, sous forme de vapeur, à faire tourner des turbines générant de l’électricité : on parle de géothermie haute énergie. Ce principe a été utilisé, dès 1913, dans la toute première centrale électrique géothermique de l’histoire, à Larderello (Italie).

Les centrales de haute énergie captent l’eau des nappes situées dans les régions volcaniques, entre 1 500 et 3 000 mètres de profondeur. Dans de très rares occasions, l’eau est présente dans le réservoir sous forme de vapeur. Dans 95 % des cas, l’eau du gisementUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... est disponible sous forme liquide. La baisse de pression subie par le fluide dans le tubageLa paroi d'un trou de forage est fondamentalement instable du fait du différentiel de pression... lors de sa remontée vers la surface provoque la vaporisation d’une certaine proportion du fluide initial. En surface, on isole l’eau liquide de la vapeur sèche au moyen d’un appareil nommé séparateur. La vapeur sèche est envoyée sur la turbine tandis que l’eau liquide peut être vaporisée à nouveau par une baisse de pression plus poussée. L’eau liquide résiduelle est réinjectée dans le réservoir.

La géothermie moyenne ou la géothermie haute énergie trouve aussi des applications directes. Par exemple, dans le secteur industriel, l’eau et la vapeur géothermales peuvent servir à laver et à sécher la laine. Elles sont aussi utilisées pour la fabrication de pâte à papier ou le traitement de la biomasseDans le domaine de l'énergie, la biomasse se définit par l'ensemble des matières organiques d'origine végétale ou animale....

 

Source :

(1) Geothermie-Perspectives