Qu’est-ce que la géothermie ?

Depuis le début de l’humanité, l’Homme a su tirer parti de la géothermie, notamment grâce aux sources chaudes. La géothermie est une énergie renouvelable qui consiste à exploiter la chaleur terrestre pour chauffer les bâtiments ou produire de l’électricité. Zoom sur son mode de fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients.

La géothermie : définition

La géothermie est l’exploitation de la chaleur terrestre par l’être humain. La terre, les roches ou même les nappes phréatiques sont autant de sources d’énergie récupérable par la géothermie. À environ 10 mètres de profondeur sous la terre, la température constante est d’environ 15 °C. C’est cette chaleur que l’on exploite pour alimenter un système de chauffage par géothermie. Il s’agit dans ce cas de géothermie dite “à très basse énergie”, qui consiste à extraire la chaleur à une faible profondeur terrestre par le biais d’une pompe à chaleur.

Les 3 types de géothermie

On ne peut répondre simplement à la question : “Qu’est-ce que la géothermie ?” car la géothermie englobe en réalité trois types de géothermies bien distinctes et qui n’ont pas les mêmes applications : 

1. La géothermie de faible profondeur

Également appelée géothermie à très basse énergie, c’est celle qui est utilisée pour un système de chauffage domestique individuel géothermique, et qui exploite la chaleur superficielle du sol. En effet, à 10 mètres de profondeur environ, la terre bénéficie de la chaleur du soleil et de la température douce des eaux pluviales qui s’infiltrent au cœur des nappes phréatiques. La température est stable, puisqu’elle y est constamment évaluée à 15 °C environ. Cette chaleur est récupérée grâce à un système de capteurs et de pompe à chaleur. On pourrait comparer ce système à un préchauffage en hiver, et à un refroidisseur en été, car cette température peut également être exploitée pour rafraîchir l’air ambiant d’une habitation lors de fortes températures estivales. Ceci est possible si l’on choisit d’installer une pompe à chaleur dite “réversible”.

2. La géothermie moyenne

On parle de géothermie moyenne au-delà de 400 mètres de profondeur. La chaleur terrestre est récupérée par forage, parfois par forage hydrothermal dans les nappes aquifères, et la température terrestre atteinte oscille entre 40 et 130 °C. Une pompe récupère l’eau chaude du sol, puis l’énergie thermique présente dans cette eau, qui est ensuite injectée dans un fluide géothermal lui-même envoyé dans un réseau de chauffage collectif ou urbain. Là encore, cette température est augmentée à l’aide d’une pompe à chaleur. Enfin, l’eau résiduelle du forage est évacuée dans un cours d’eau ou réinjectée dans le sous-sol. Ce sont près de 200 000 logements des régions Île-de-France et Aquitaine qui bénéficient actuellement de ces installations.

3. La géothermie de grande profondeur

La géothermie de grande profondeur concerne les forages de 4000 à 6000 mètres sous terre, là où la température atteint 200 °C environ. La première étape consiste à forer de la roche qui est ensuite fracturée par le biais d’eau sous très haute pression, dans le but d’en améliorer la perméabilité. La seconde étape du processus géothermique est d’injecter de l’eau dans les fractures préalablement réalisées. Cette eau se réchauffe au contact de la roche, puis elle est à nouveau pompée pour être ramenée en surface. Un liquide, appelé “liquide de travail” est alors chauffé puis transformé en gaz sous pression par l’énergie thermique ainsi récupérée. Un turbogénérateur entre alors en action pour produire de l’électricité. L’eau pompée est réinjectée dans le sol tandis que la chaleur résiduelle est envoyée dans un réseau de chauffage. Cette technologie répond au nom de SGS, Système Géothermique Stimulé. Le danger de cette technologie est que sa mise en application expose le site à un risque de séisme, occasionné par la fracturation de la roche à de très grandes profondeurs. En effet, les forages ont lieu à plusieurs kilomètres sous terre, et ces techniques d’exploitation sont comparables à celles des plateformes pétrolières.

Pour l’instant, les forages n’ont lieu qu’à quelques kilomètres sous terre, mais la chaleur des entrailles de la Terre est encore largement sous-exploitée, car hors de portée avec nos technologies actuelles. La production électrique par la géothermie est donc encore marginale et balbutiante. Mais son potentiel est énorme, et il faut s’attendre à de gros progrès technologiques futurs dans ce domaine.

Géothermie verticale ou géothermie horizontale

La géothermie verticale ou horizontale se caractérise par les capteurs, qui sont donc verticaux ou horizontaux. Bien qu’ils aient le même objectif, ces capteurs sont très différents. Dans tous les cas, avant de vous décider pour l’énergie géothermique, qu’elle soit verticale ou horizontale, il est nécessaire de faire procéder en amont à une étude sérieuse et minutieuse de faisabilité.

Les capteurs verticaux

Les capteurs verticaux ne réclament pas de disposer d’une surface particulière. Cependant, la sonde pouvant descendre jusqu’à 100 mètres de profondeur, il est nécessaire de prévoir un forage conséquent. Les capteurs verticaux sont plus performants que les capteurs horizontaux car la puissance récupérée est de 40W par m². L’installation d’un système géothermique vertical dans un logement individuel nécessite 1,3 m² de surface de capteurs verticaux par m² habitable. D’un point de vue légal, les capteurs verticaux sont assimilés à des forages à usage domestique. Comme pour les capteurs horizontaux, des demandes de travaux doivent être effectuées. En supplément, une déclaration doit être préalablement déposée auprès des services de la DRIRE, Direction Régionale de l’Industrie, de la Recherche et de l’environnement.

Les capteurs horizontaux

Les capteurs horizontaux doivent être enfouis à une profondeur allant de 60 centimètres à 1,80 mètre. La puissance récupérée est de 35W par m² de terrain en moyenne, qui doit être plat et sans plantation. La surface requise pour l’installation d’un système de géothermie horizontale peut donc être plus ou moins importante selon la surface du logement à équiper et selon la puissance recherchée. Cet élément peut constituer un obstacle dans le cas où le terrain attenant à l’habitation ne dispose pas de la surface adéquate, ou encore s’il est vallonné ou boisé. Légalement, les capteurs horizontaux doivent faire l’objet d’une demande de travaux en mairie, au même titre que les capteurs verticaux. Ils doivent également être conformes aux arrêtés municipaux et préfectoraux.

Les avantages de la géothermie

L’énergie géothermique est aujourd’hui considérée comme étant la plus efficace de toutes les énergies renouvelables car :

  • Elle ne dépend d’aucune condition extérieure telle que la météo, contrairement à l’énergie solaire ; 
  • Son exploitation ne subit aucune variation saisonnière ;
  • Les pertes thermiques causées par l’acheminement de la chaleur sont infimes car le sous-sol dans lequel elle se trouve fait office d’isolant ; 
  • L’exploitation géothermique peut être mise en place n’importe où dans le monde, même si certains sites y sont plus favorables, comme les zones volcaniques, qui bénéficient d’une température plus élevée en sous-sol ;
  • L’énergie produite à partir de la géothermie apparaît comme relativement propre, puisqu’elle ne nécessite pas la combustion de matières polluantes telles que le charbon, l’uranium ou encore le pétrole et l’exploitation géothermique produit peu de déchets.
  • À l’échelle individuelle, un logement qui utilise l’énergie géothermique produit 2 tonnes de dioxyde de carbone en moins par an ;
  • La géothermie semble représenter une source d’énergie, sinon renouvelable, tout au moins inépuisable ;
  •  Enfin, les économies réalisées dans un logement de 150 à 180 m² sont de l’ordre de 70 % environ.

Les inconvénients de la géothermie

La géothermie comporte tout de même quelques inconvénients :

  • Le principal est que cette technologie est encore largement méconnue. Par exemple, on dénombre à l’heure actuelle moins d’une centaine de grandes exploitations géothermiques en France ;
  • Les méthodes d’exploitation de l’énergie du sous-sol sont encore très coûteuses et l’extraction est un long processus. 
  • L’installation géothermique individuelle n’est pas envisageable dès lors que le sous-sol est rocheux, que ce soit verticalement ou horizontalement ; le candidat à une installation de ce type est donc tributaire de la nature du sol sur lequel repose son habitation ;
  • L’installation d’une centrale géothermique est quasiment impossible dans les grandes métropoles ;
  • Ce système est encore relativement onéreux, entre 13 000 et 15 000 euros, bien que les économies d’énergie soient immédiates ;
  • L’énergie géothermique, en l’état actuelle des avancées technologiques, ne peut pas encore être utilisée comme source principale de chaleur ;
  • On peut craindre un impact environnemental à long terme car la multiplication des forages et des fracturations profondes risquent de provoquer la détérioration des sols. C’est déjà le cas dans les grandes infrastructures d’exploitation géothermique ;
  • Des émissions toxiques de sulfure d’hydrogène peuvent avoir lieu en cas de corrosion ou de fuite. L’introduction de substances protectrices dans les canalisations où passe l’eau peut permettre d’éviter ce genre d’incident.

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Comme nous l’avons déjà dit, la géothermie est quasi-inépuisable, propre et ne dépend d’aucun aléa météorologique ou saisonnier. Sa faiblesse réside donc principalement dans son accessibilité très restreinte, ce qui alourdit considérablement son coût de mise en œuvre. C’est la principale raison pour laquelle cette énergie reste encore marginale en termes de production de chaleur et d’électricité. Cependant on peut présager de son évolution au fil des avancées technologiques en matière de prospection et de prélèvement. L’implication et le soutien financier des États restent pour l’instant l’atout majeur du développement de l’énergie géothermique. Mais il faudra encore compter un moment sur les énergies fossiles, car même les énergies renouvelables telles que le solaire photovoltaïque ou l’éolien ne couvrent pas non plus la totalité des besoins énergétiques des populations, bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans ces domaines.

Auteur : Joshua B.