Le géothermie [topic unique]

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_g%C3%A9othermique

Géothermie

La géothermie est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre. C'est aussi l'ensemble des applications techniques qui permettent d'exploiter les source d'énergie géothermique. Dans le langage courant, la géothermie désigne parfois abusivement la technologie de pompe à chaleur géothermique, qui utilise la chaleur contenue dans le sol pour chauffer une habitation.

L'énergie géothermique est exploitée dans des réseaux de chauffage et d'eau chaude depuis des milliers d'années en Chine, dans la Rome antique et dans le bassin méditerranéen. Actuellement, la géothermie est soit directement exploitée comme source de chaleur, soit elle sert indirectement à la production d'électricité.

Le principe de la géothermie
Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Il existe un flux géothermique naturel à la surface du globe, mais il est si faible qu'il ne peut être directement capté. En réalité on exploite la chaleur accumulée, stockée dans certaines parties du sous-sol (nappes d'eau).

Selon les régions, l’augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte. Ce gradient géothermique varie de 3 °C par 100 m en moyenne jusqu’à 15°C ou même 30°C. La plus grande partie de la chaleur de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches qui constituent la croûte terrestre : c'est l'énergie nucléaire produite par la désintégration de l'uranium, du thorium et du potassium.

On distingue trois types de géothermie :

- la géothermie de haute énergie : températures supérieures à 80°C. Géothermie des régions privilégiées avec des sources hydrothermales très chaudes, ou forage très profond. Principale utilisation : la production d'électricité.
- la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 et 100°C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain.
- la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 et 30°C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle.

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d'énergie quasicontinue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l'énergie. Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années.

Géothermie haute énergie

Description

Champ d'essais géothermiques au TibetLa géothermie haute énergie, ou géothermie profonde, appelée plus rarement géothermie haute température, ou géothermie haute entalpie, est une source d'énergie contenue dans des réservoirs localisés à plus de 1500 mètres de profondeur et dont la température est supérieure à 80°C.


Centrale géothermique en IslandePlus l'on fore profond dans la croute terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteind de 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Les zones ou les températures sont beaucoup plus fortes, appelées anomalies de température, peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faible profondeur. Ces anomalies sont observées le plus souvent dans les régions volcaniques. En géothermie, elles sont désignées comme des gisements de haute entalpie, et utilisées pour fournir de l'énergie, la température élevée du gisement (entre 80°C et 300°C) permettant la production d'électricité.

L'exploitation de la chaleur provenant de la géothermie haute énergie est ancienne. Les bains dans des sources chaudes étaient déjà pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. C'est au début du sciècle qu'une centrale géothermique de production d'électricité a été pour la première fois réalisée à Larderello (Italie). La géothermie haute température connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées.

De nouvelles applications technologiques sont envisageables pour récupérer la chaleur de la Terre. La cogénération permet déjà de combiner la production de chaleur et d'électricité sur une même unité, et augmente ainsi le rendement de l'installation. Un projet européen de géothermie profonde à Soultz-sous-Forêts vise à produire de l’électricité grâce au potentiel énergétique des roches chaudes fissurées (en anglais Hot Dry Rock).[1]


Installations dans le monde - Capacité géothermique installée (2002)

Régions du monde MWe :

- Asie: 3.220
- Amérique du Nord: 2.971
- Union européenne: 883
- Océanie: 441
- Amériques centrale et du Sud: 416
- Autres pays d'Europe: 297
- Afrique: 128

Total mondial 8.536

La géothermie est la source d'énergie principale de l'Islande. Il existe trois centrales électriques importantes qui fournissent environ 17% (2004) de la production d'électricité du pays. De plus, la chaleur géothermique fournit le chauffage et l'eau chaude d'environ 87% des habitants de l'île.

L'une des sources géothermiques les plus importantes est située au États-Unis. The Geysers, à environ 145 km au nord de San Francisco, démarra la production en 1960 et dispose d'une puissance de 2000 mégawatt électrique. Au sud de la Californie, près de Niland et Calipatria, une quinzaine de centrales électriques produisent environ 570 mégawatt électrique.

La géothermie est particulièrement rentable dans la zone du Rift en Afrique. Trois centrales ont récemment été construites au Kenya, respectivement de 45 MW, 65 MW et 48 MW. La planification prévoit d'augmenter la production de 576 MW en 2017, couvrant 25% des besoin du Kenya, et réduisant ainsi la dépendance du pays aux importations de pétrole.

En Guadeloupe, la seule référence française en matière de géothermie haute température se situe à Bouillante, non loin du volcan guadeloupéen de la Soufrière. Il a été réalisé en 1984 un premier forage d’une profondeur de 300 m sur la base duquel l’installation d’une centrale de 5 MW a été décidée. Très proches de ce site, trois nouveaux puits de production plus profonds (1 km en moyenne) ont été mis en service en 2001 et une centrale, construite en 2003 (Bouillante 2), a permis de mettre en production, à fin 2004, 11 MW supplémentaires. Ce nouvel apport d'énergie couvre environ 10% des besoins annuels en électricité de l'île.

En France métropolitaine, on fore actuellement à grande profondeur (de l'ordre de 5 000 m à Soultz-sous-Forêts [2] ) dans des « roches chaudes sèches » où de l'eau est injectée ; on crée ainsi un échangeur thermique.

En Allemagne, une centrale utilisant la géothermie de 3,4 Mégawatt, devrait fonctionner à Unterhaching près de Munich à partir de 2007, et produire en cogénération de la chaleur et de l'électricité. Le forage a atteint 3350 mètres de profondeur, et 150 litres d'eau jaillissent par seconde à une température de 122 °C. [3]

L'électricité est produite à partir de la géothermie dans plus de 20 pays dans le monde : la Chine, l'Islande, les Etats-Unis, l'Italie, la France, l'Allemagne, la Nouvelle Zélande, le Mexique, le Nicaragua, la Costa Rica, la Russie, les Philippines, l'Indonesie, le Japon et le Canada.

Géothermie basse énergie
On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau entre 30°C et 100°C dans des gisements situés entre 1500 et 2500 m de profondeur. Cette technologie est utilisée principalement pour le chauffage urbain collectif par réseau de chaleur, et certaines applications industrielles.

En France, un réseau de chauffage urbain situé en région parisienne utilise la géothermie basse énergie. Les installations de pompes à chaleur sur nappe continuent à se développer en région parisienne car elles correspondent à des techniques de chauffage et de refroidissement particulièrement bien adaptées aux secteurs tertiaire et résidentiel.

Une centrale géothermique fonctionnant sur le principe du doublet a été mise en service en 1994 à Riehen en Suisse, pour le chauffage des immeubles locaux. Depuis décembre 2000, une partie de la chaleur produite est exportée en Allemagne et approvisionne ainsi un quartier de la ville voisine de Lörrach.

La production de chaleur au moyen d’une PAC sur nappe, repose sur le prélèvement et le transfert de calories contenues dans l’eau souterraine vers les locaux à chauffer. Par ailleurs, une PAC peut assurer simultanément et/ou successivement des besoins en chauffage et/ou climatisation / rafraîchissement.

Plusieurs schémas d’installation existent :

- forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
- doublet : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
- doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
- doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection

Géothermie très basse énergie

La géothermie très basse énergie est une géothermie aux niveaux de température compris entre 10 et 30°C. Dans ce cas, la chaleur provient non pas des profondeurs de la croûte terrestre, mais du soleil et du ruissellement de l'eau de pluie, le sol du terrain jouant un rôle d'inertie thermique. Cette technologie est appliquée à :

- la climatisation avec par exemple le système du puits provençal,
- le chauffage et la climatisation avec la pompes à chaleur géothermique

Ces systèmes permettent de faire des économies très importantes sur des habitations individuelles ou des logements collectifs, notamment en comparaison de la climatisation traditionnelle ou du chauffage électrique.