Dossier : Géothermie : la chaleur de la Terre

4 contenus dans ce dossier

J'approfondis
Imprimer

Décryptages

Qu'est-ce que la géothermie ?

Plus on descend dans la croûte terrestre, plus la roche et les eaux souterraines sont chaudes. Différentes techniques de géothermie permettent de récupérer cette chaleur, selon les différentes températures. Mais la chaleur des réservoirs n’est pas inépuisable…

Une source naturelle de vapeur sur le site islandais de Geysir (qui donna son nom aux geysers). © AFP

Le gradient thermique

3 °C : l’augmentation moyenne de la température tous les 100 m de profondeur

Le terme de géothermieLe terme géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes au globe terrestre... est formé à partir des mots grecs Gê (la Terre) et thermos (chaud). Il recouvre l’ensemble des techniques qui permettent de récupérer la chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... naturellement présente dans le sous-sol terrestre, en particulier dans les aquifèresUn aquifère est une formation géologique (ou une roche) réservoir contenant une nappe d'eau souterraine... (réservoirs rocheux renfermant des eaux souterraines). Cette énergie calorifique provient en part à peu près égale de la chaleur résiduelle produite par les phénomènes de formation de la planète (il y a 4,5 milliards d’années) et de la radioactivitéDécouverte en 1896 par le physicien français Henri Becquerel, la radioactivité est un phénomène naturel... naturelle. 

La température des eaux géothermales augmente avec la profondeur, selon le gradient thermique de chaque région (hausse moyenne de la température en fonction de la profondeur). Le gradient a une valeur mondiale moyenne de 3 °C pour 100 m de profondeur. Il s’échelonne ensuite entre 1 °C pour 100 mètres et 10 °C pour 100 mètres, selon les conditions physiques et géologiques de la région.

Les différents types de géothermie

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

  • entre 20 °C et 90 °C, la chaleur et l’eau géothermales sont utilisées pour le chauffage géothermique. C’est la géothermie basse énergie (Voir le décryptage « Le chauffage géothermique ») ;
  • entre 90 °C et 160 °C, l’eau est employée à la surface sous forme liquide. Elle transfère sa chaleur à un autre liquide, qui se vaporise à basse température et actionne une turbine pour la production d’électricité. C’est la géothermie de moyenne énergie (Voir le décryptage « L’électricité géothermique ») ;
  • au-delà de 160 °C, cette eau se trouve alors sous forme de vapeur quand elle atteint la surface du sol. Elle fait tourner des turbines dont le mouvement génère également de l’électricité. C’est la géothermie de haute énergie.

Les frontières des intervalles de températures ainsi définis sont indicatives, et les usages peuvent varier selon les conditions économiques des lieux considérés.

La disponibilité des ressources géothermiques

Cette chaleur est variable selon les zones. 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 wattLe watt (symbole W) est l'unité dérivée du système international (SI) de mesure de la puissance... 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. Ces « réservoirs géothermiques » sont disponibles dans tous les bassins sédimentaires de la planète mais la géothermie haute énergie se situe surtout à proximité de volcans. Dans ces zones, le flux géothermique peut atteindre 1 watt/m²/an.

Les réservoirs géothermiques ont tendance à s’épuiser au fur et à mesure de leur exploitation, certains plus rapidement que d’autres. Leurs capacités de renouvellement reposent sur :  

  • des sources de chaleur internes à la croûte terrestre (radioactivité essentiellement et chaleur résiduelle) ;  
  • des apports d’énergie venus de l’extérieur du réservoir (chaleur solaire) pour les usages de très basse température au moyen de pompes à chaleur (PAC). Assurer ces conditions de réchauffement se révèle d’autant plus crucial pour les PAC géothermales que le sous-sol est également refroidi par des facteurs extérieurs : en hiver, par exemple, on y récolte moins de chaleur ;  
  • 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. Ainsi, pour pouvoir exploiter un réservoir de manière durable, on doit veiller à la reconstitution progressive de ses ressources calorifiques. Cela passe par le plafonnement des quantités de chaleur prélevées et la limitation dans le temps de l’exploitation du site.

En outre, 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.