Géothermie - Définition et Explications

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Principes

Le magma terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer cette chaleur. La plus grande partie de la chaleur interne de l'eau (87%), est produite par la radioactivité des roches qui constituent le manteau et la croûte terrestre : Radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) produite par la désintégration naturelle de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un...), du thorium (Le thorium est un élément chimique, un métal de la famille des actinides, de symbole...) et du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de...) (selon le livre "geothermie : du geyser (Un geyser est un type particulier de source d'eau chaude qui jaillit par intermittence en projetant...) au radiateur" de Jean Michel Coudert). Il existe dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....) (épaisse de 30 à 70 km en moyenne) un gradient de température : plus on creuse, plus la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) augmente ; en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) de 3 °C par 100 mètres.
La géothermie (La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui...) vise à étudier et exploiter ce phénomène d'augmentation de la température en fonction de la profondeur.

Géothermie basse énergie

On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) entre 30 °C et 100 °C dans des gisements situés entre 1500 et 2500 m de profondeur. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) est utilisée principalement pour le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) urbain collectif par réseau de chaleur (Un réseau de chaleur est une installation comprenant une chaufferie fournissant de la chaleur à...), et certaines applications industrielles.

En France, un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de chauffage urbain situé en région parisienne utilise la géothermie basse énergie. Les installations de pompes à chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) 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 (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) voisine de Lörrach. L'agrandissement a provoqué un mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) tremblement (Les tremblements sont des mouvements anormaux involontaires, rythmiques et oscillatoires, de faible...) de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) en décembre 2006.

La production de chaleur au moyen d’une pompe à chaleur (Une pompe à chaleur (PAC) est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la...) sur nappe, repose sur le prélèvement et le transfert de l'énergie contenue dans l’eau souterraine vers les locaux à chauffer. Par ailleurs, une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) à chaleur peut assurer simultanément et/ou successivement des besoins en chauffage et/ou climatisation/rafraîchissement. Cette catégorie est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) de même, d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) technicien et d'investissement financier, plus de la famille des géothermies de très basse énergie.

Géothermie haute énergie

La géothermie haute énergie, ou géothermie profonde, appelée plus rarement géothermie haute température, ou géothermie haute enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la...), est une source d'énergie contenue dans des réservoirs localisés généralement à plus de 1500 mètres de profondeur et dont la température est supérieure à 150 °C. Grâce aux températures élevées, il est possible de produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) et de faire de la cogénération (La cogénération (ou « co-génération ») est un principe de...) (production conjointe d'électricité grâce à des turbines à vapeur () et de chaleur avec la récupération des condensats de la vapeur).

Plus l'on fore profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) dépend beaucoup de la région du globe considérée. Les zones où les températures sont beaucoup plus fortes, appelées anomalies de température, peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faibles profondeurs. Ces anomalies sont observées le plus souvent dans les régions volcaniques. En géothermie, elles sont désignées comme des gisements de haute enthalpie, 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 (Le mot monde peut désigner :). C'est au début du XXe siècle 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 (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) 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).

Méthodes d’exploration avant forage

  • Gravimétrie : Les mesures gravimétriques permettent d’identifier des corps lourds, liés à des stockages magmatiques à « faible profondeur ». Ces stockages peuvent constituer des sources potentielles de chaleur qui sont nécessaires au développement d’un réservoir géothermique.
  • Magnétotellurie : Elle permet de déterminer la structure géoélectrique des zones prospectées entre terrains conducteurs et isolants, en particulier les couches imperméables susceptibles de constituer système géothermique convectif (couvercle d'eau chaude).
  • Polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) Spontanée : La polarisation spontanée (PS) détecte les circulations de fluides sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...).
  • Analyse chimique des eaux et des gaz : La présence d'anomalies en He, CO2, H2S, CH4 et radon (Le radon est un élément chimique du tableau périodique de symbole Rn et de...) permettent de mettre en évidence d'éventuelles contaminations par des gaz d'origine magmatique.

Installations dans le monde

Capacité géothermique installée (2002)
Région du monde MWe
Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la...) 3 220
Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) 2 971
Union européenne 883
Océanie (L'Océanie est une vaste région regroupant des territoires situés dans l'océan...) 441
Amériques centrale et du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) 416
Autres pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) d'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) 297
Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...) 128
Total mondial 8 536

L'électricité produite à partir de la géothermie est disponible dans plus de 20 pays dans le monde : la Chine, l'Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de...), les États-Unis, l'Italie, la France, l'Allemagne, la Nouvelle-Zélande (La Nouvelle-Zélande est un pays de l'Océanie, au Sud-Ouest de l'océan Pacifique,...), le Mexique, le Nicaragua, le Costa Rica, la Russie, l'Indonésie (L'Indonésie, officiellement la République d'Indonésie (en indonésien Republik...), le Japon, le Kenya et le Canada. Les trois premiers producteurs sont les États-Unis, les Philippines (La République des Philippines est un pays constituée d'un archipel de...) et l'Indonésie. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales).

L'une des sources géothermiques les plus importantes est située aux États-Unis. The Geysers, à environ 145 km au nord de San Francisco, démarra la production en 1960 et dispose d'une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 2000 mégawatts électriques. Il s'agit d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de 21 centrales électriques qui utilisent la vapeur de plus de 350 puits. La Calpine Corporation gère et possède 19 des 21 installations. Au sud de la Californie, près de Niland et Calipatria, une quinzaine de centrales électriques produisent environ 570 mégawatts électriques.

La géothermie est la source d'énergie principale de l'Islande, mais ce sont les Philippines qui en sont le plus gros consommateur, 28% de l'électricité générée y étant produite par la géothermie. 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 (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...).

La géothermie est particulièrement rentable dans la zone du Rift (Un rift est une zone où la lithosphère continentale est en extension, ce qui provoque son...) en Afrique. Trois centrales ont récemment été construites au Kenya, respectivement de 45 MW, 65 MW et 48 MW. La planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) prévoit d'augmenter la production de 576 MW en 2017, couvrant 25% des besoins du Kenya, et réduisant ainsi la dépendance du pays aux importations de pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...).

En Guadeloupe (La Guadeloupe (prononcée : [gwa.də.lup]), en créole Gwadloup, est à la...), la seule référence française en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de géothermie haute température se situe à Bouillante, non loin du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et...) 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 (La France métropolitaine, parfois raccourcie en Métropole, est dans le langage courant la...), on fore actuellement à grande profondeur (de l'ordre de 5 000 m à Soultz-sous-Forêts) dans des « roches chaudes sèches » où de l'eau est injectée ; on crée ainsi un échangeur thermique. La commune de Fresnes exploite la géothermie depuis 1985 pour son chauffage urbain.

En Allemagne, une centrale utilisant la géothermie de 3,4 mégawatts, 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 ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) à une température de 122 °C.

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