Feuille de Route Stratégique

Géothermie

Géothermie

2/3

Sommaire

Préambule .........................................................................................................................................................................................4

1 Contexte .......................................................................................................................................................................................6

2 Périmètre de la feuille de route ......................................................................................................................................92.1 Champ thématique ..........................................................................................................................................................92.2 Périmètre géographique ............................................................................................................................................112.3 Horizons temporels .....................................................................................................................................................12

3 Défis et enjeux de la filière « géothermie » ........................................................................................................133.1 Des solutions économiquement optimisées .................................................................................................133.2 Une filière spécialisée et structurée....................................................................................................................133.3 Une ressource identifiée et valorisée ................................................................................................................143.4 Un développement responsable, durable et des impacts maîtrisés .................................................14

4 La vision 2020 .........................................................................................................................................................................15

5 Les visions prospectives ...................................................................................................................................................165.1 Paramètres clés ...............................................................................................................................................................165.2 Les visions 2050 .............................................................................................................................................................18

6 Les verrous ...............................................................................................................................................................................216.1 Transversaux .....................................................................................................................................................................216.2 Pompes à chaleur (PAC) ...........................................................................................................................................216.3 Usage direct de la chaleur ........................................................................................................................................216.4 Production d’électricité ..............................................................................................................................................22

7 Les priorités de recherche..............................................................................................................................................237.1 Pompes à chaleur ..........................................................................................................................................................237.2 Usage direct de la chaleur ........................................................................................................................................237.3 Production d’électricité ..............................................................................................................................................247.4 Transversales .....................................................................................................................................................................25

8 Les besoins de plates-formes technologiques, de démonstrateurs de recherche et industriels .............................................................................................................................................268.1 Démonstrateurs de recherche et industriels, sites pilotes .....................................................................268.2 Plates-formes technologiques et sites d’essai ................................................................................................26

9 Autres besoins .........................................................................................................................................................................279.1 Formation ...........................................................................................................................................................................279.2 Structuration ....................................................................................................................................................................279.3 Financement et système de garantie des risques........................................................................................27

Annexe - Benchmark international ................................................................................................................................28

PréambuleDepuis 2010, l’ADEME gère quatre programmes dans le cadre des investissements d’avenir1. Des groupes d’experts issus de la recherche dans les secteurs de l’industrie, des or-ganismes de recherche et des agences de financement et de programmation de la recherche, sont chargés, dans le cadre d’un travail collectif, de la réalisation de feuilles de route stratégiques. Celles-ci sont utilisées pour lancer les Appels à manifestations d’intérêt (AMI).

Les feuilles de route ont pour objectif :

• D’éclairer les enjeux industriels, technologiques, environnementaux et sociétaux du développement de la filière ;

• D’élaborer des visions cohérentes et partagées des technologies ou du système socio-technique en question à moyen et long terme ;

• D’identifier les verrous technologiques, organisationnels, environnementaux et socio-économiques, et donc lancer (ou poursuivre) le développement de technologies performantes et économiquement viables ;

• De mettre en avant les besoins de recherche, de développement, de démonstra-tion (au moyen de démonstrateurs technologiques pour valider des solutions technologiques innovantes), d’expérimentation et de plates-formes technologiques à déployer (grâce à des projets pilotes à tester en situation réelle) pour améliorer la compétitivité des offres et des entreprises dans ce secteur, et permettre d’atteindre les objectifs ambitieux établis dans le cadre du Grenelle de l’environnement, de favoriser et d’accompagner le développement d’une filière. Ces besoins servent ensuite de base pour :

- la rédaction des AMI ; - la programmation de la recherche au sein de l’ADEME et d’autres institutions comme l’Agence nationale de la recherche (ANR), le Comité stratégique national sur la recherche énergie ou l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

Ces priorités de recherche et d’expérimentation proviennent du croisement entre les visions et les verrous, mais prennent également en compte les capacités françaises dans les domaines de la recherche et de l’industrie.

La feuille de route inclura, en outre, une comparaison internationale se focalisant principalement sur les initiatives de politique publique ayant trait à la filière géothermique.

1. Les investissements d’avenir s’inscrivent dans la continuité des orientations du Fonds démonstrateurs de recherche géré par l’ADEME. Les quatre programmes concernés sont : Energie renouvelable, décarbonée et chimie verte (1,35 milliard d’euros), Véhicules du futur (1 milliard d’euros), Réseaux électriques intelligents (250 millions d’euros) et Economie circulaire (250 millions d’euros).

Géothermie

4/5

Liste des membres du groupe d’experts

2. Semhach : Société anonyme d’économie mixte pour la gestion de la géothermie à Chevilly-Larue et l’Haÿ-les-Roses ; Cofely : filiale de GDF Suez, spécialisée dans les services en efficacité énergétique et environnementale ; CPCU : Compagnie parisienne de chauffage urbain ; SMP : Société de main-tenance pétrolière ; G2H Conseils : Géologie, géothermie et hydrogéologie conseils ; AFPG : Association française des professionnels de la géothermie ; CSTB : Centre scientifique et technique du bâtiment ; BRGM : Bureau de recherches géologiques et minières : EOST/CNRS : Ecole et observatoire des sciences de la terre.

Nature de l’organisme Expert Organisme2

Exploitants

Philippe Jamet Dalkia

Odile Cauret EDF R&D

Michel Andres Semhach

Nicolas Monneyron GDF Suez, Cofely, CPCU

Jean-Jacques Graff Electricité de Strasbourg Géothermie

Opérateurs et servicesBernard Raignaud SMP

Christian Boissavy G2H Conseils, AFPG

Fabricants

Philippe Delage lstom

Frédéric Marcuccilli Cryostar

Thierry Rouilly Friotherm France

Christophe Marvillet Ciat

Institutionnels

Peter Riederer CSTB

Romain Vernier BRGM

Jean Schmittbuhl EOST/CNRS

Guy Brassard Expert indépendant

Le groupe d’experts a reçu l’appui d’un secréta-riat technique composé de Norbert Bommen-satt, Astrid Cardona Maestro, Philippe Laplaige, Daniel Clément et Nicolas Tonnet de l’ADEME.

1 ContexteLa géothermie, définie selon la directive européenne sur les énergies renouvelables comme « l’exploitation de la chaleur contenue dans le sous-sol », peut être utilisée de manières très différentes selon les usages énergétiques et les contextes géologiques.

La filière géothermique se segmente selon la technologie utilisée (principalement liée à la profondeur et à la température de la ressource)

ou selon l’usage (production de chaleur ou d’électricité, voir encadré ci-dessous).

Le plan de développement des énergies re-nouvelables de la France issu du Grenelle de l’environnement, présenté le 17 novembre 2008, vise à augmenter leur part dans le bou-quet énergétique (proportion des différentes sources dans la production d’énergie) de 20 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep) entre 2009 et 2020. Objectif : atteindre 23 % d’énergies renouvelables (en termes d’énergie finale) dans de bonnes conditions environne-

3. Loi n° 2009-967 du 3 août 2009 dite Grenelle 1.

mentales et de faisabilité. Cet objectif a été ins-crit dans la loi de programmation pluriannuelle3 (2009-2020). Dans ce scénario « + 20 Mtep en 2020 », un objectif de 10 Mtep supplémen-taires de chaleur renouvelable entre 2006 et 2020 est affiché avec une contribution accrue de la géothermie à l’horizon 2020, à hauteur de 1,3 Mtep, soit une multiplication par six de la production de chaleur d’origine géothermique entre 2006 et 2020.

Les différents usages de la ressource géothermique

Au sein d’un réservoir géothermal, selon la pression et la température, le fluide géothermique se présente sous plusieurs formes : liquide, vapeur ou un mélange de ces deux phases. Un forage géothermique pourra donc produire de la vapeur seule ou un mélange liquide et vapeur. Selon les cas, les sites géothermiques sont susceptibles de permettre la production d’électricité et/ou de chaleur.

Sur les sites dits à basse énergie (entre 30 °C et 90 °C, en général dans des bassins sédimen-taires situés entre 1 500 et 2 500 mètres de profondeur), on exploite directement la chaleur des nappes d’eau chaude du sous-sol profond pour chauffer des habitations, en général des logements collectifs via des réseaux de chaleur (voir encadré ci-après) : on parle d’usage direct de la chaleur par opposition à la géothermie très basse énergie (inférieure à 30 °C), accessible à peu près partout, mais qui nécessite de faire appel à des pompes à chaleur (voir encadré ci-après), qui permettent également de climatiser les bâtiments en été. Cette chaleur peut aussi servir à produire de l’eau chaude sanitaire.

Pour les sites à moyenne et haute énergie (au-delà de 90 °C), différentes applications sont envisageables : utilisation de la chaleur pour des procédés industriels (séchage notamment), cogénération (production simultanée de chaleur et d’électricité) et production d’électricité. Cette dernière peut se faire soit directement comme à Bouillante en Guadeloupe (voir encadré ci-après), soit via une technique de stimulation du sous-sol comme à Soultz-sous-Forêts en Alsace (voir encadré ci-après).

Géothermie

6/7

Réseaux de chaleur, pompes à chaleur géothermiques

La chaleur des ressources géothermiques basse énergie peut être utilisée directement et ali-menter des réseaux de chaleur urbains pour fournir de la chaleur à plusieurs clients (bâtiments pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire, industries, hôpitaux…) au moyen de canalisations dans lesquelles circule un fluide caloporteur.

La chaleur des ressources géothermiques très basse énergie n’est, quant à elle, en général pas suffisante pour être utilisée directement, par simple échange thermique. Pour chauffer des habitations, il faut utiliser des pompes à chaleur pour élever la température, grâce à un fluide caloporteur, selon le principe inverse d’un circuit frigorifique. Les pompes à chaleur sont réver-sibles et peuvent être utilisées comme climatiseurs en été. On distingue les pompes à chaleur pour le tertiaire et le résidentiel collectif de celles à l’usage des particuliers.

Dans certains cas, et pour des opérations de taille importante, collectives, de type grand tertiaire, on peut utiliser la chaleur de nappes aquifères peu profondes (moins de 100 mètres). L’eau est prélevée, alimente une pompe à chaleur dite « sur aquifère superficiel », puis réinjectée.

Concernant la production d’électricité, la géo-thermie devrait participer à hauteur de 80 mégawatts (MW) d’ici à 2020, presque exclu-sivement dans les DROM-COM. L’objectif est qu’en 2020, 20 % de l’électricité produite dans l’ensemble des DROM-COM soit d’origine géo-thermique.

Les plus fortes croissances sont attendues dans le secteur des pompes à chaleur géothermiques (PAC) pour les maisons individuelles (neuf et rénovation), le tertiaire et le résidentiel collectif, ainsi que dans les réseaux de chaleur alimentés par des forages profonds (1 500 à 2 500 mètres).

Le marché français des forages profonds croît doucement tant pour les réseaux de chaleur que pour la production d’électricité dans les DROM-COM. Des difficultés structurelles ont à ce jour empêché l’aboutissement des projets dans les DROM-COM. Au niveau français, fin 2010, la production annuelle d’électricité géo-thermique est légèrement inférieure à 100 gigawattheures (GWh) (site de Bouillante en Guadeloupe, voir encadré ci-dessous) pour une puissance électrique installée de 16 MW.

Le 13 juin 2008, l’ADEME et le BRGM ont si-gné, sur la base d’une feuille de route rédigée conjointement en mai 2007, une convention générale de partenariat précisant le cadre de mise en œuvre de la stratégie élaborée par

Actuellement, deux évolutions très distinctes coexistent sur le marché des PAC :

• le marché de la maison individuelle a émer-gé au début des années 2000, s’est stabilisé autour de 20 000 nouvelles unités par an jusqu’en 2008 et connaît depuis de fortes baisses (- 26 % en 2009, - 38 % en 2010) ;

• le marché du tertiaire et résidentiel collectif, en particulier celui des PAC sur nappe, croît depuis 2005 (3 dossiers Aquapac en 2005 – voir encadré « Les fonds de garantie », p. 32 –, 24 dossiers en 2008, 26 dossiers en 2010).

Bouillante, principale référence française

en géothermie haute énergie

La centrale de Bouillante, située en pleine agglomération, au pied du volcan gua-deloupéen de la Soufrière, utilise une ressource géothermale haute énergie extraite d’un forage d’une profondeur de 300 mètres. Elle permet une production électrique annuelle de 95 GWh.

La technologie EGS et le pilote de Soultz-sous-Forêts

Dans les très anciennes zones d’activité volcanique comme le Bassin rhénan ou la Limagne en France, la roche fracturée par les mouvements tectoniques s’est transformée en un piège à eau de pluie. Au fil des périodes géologiques, les pré-cipitations ont rempli le sous-sol et l’eau circule depuis des millénaires en décri-vant de grandes boucles de convections ramenant la chaleur des profondeurs vers la surface. Mais en circulant dans le sous-sol, l’eau déplace des particules sédi-mentaires qui, au fil du temps, colmatent partiellement les failles existantes. La technologie EGS (« système géothermal activé ou stimulé » en français) consiste à réactiver cette circulation souterraine par des techniques de stimulation du sous-sol, une sorte de détartrage des failles qui permet à l’eau de retrouver de nouveaux chemins.

Le pilote scientifique de Soultz exploite ainsi la chaleur des granites profonds (entre 3 000 et 6 000 mètres). L’eau se réchauffe en circulant dans les failles, elle est pompée jusqu’à un échangeur de chaleur puis transformée en électricité. Le premier kilowattheure a été produit en juin 2008. Plusieurs projets EGS sont en cours aux États-Unis (voir Annexe).

les deux établissements dans le domaine de la géothermie. Quatre axes stratégiques ont été mis en avant :

1. Promouvoir la chaleur géothermique en métropole.

2. Développer la géothermie comme source de production d’électricité dans les DROM-COM insulaires.

3. Valider le concept des EGS (Enhanced Geo-thermal System, voir encadré ci-dessous) via le pilote scientifique de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin).

4. Aider à structurer une offre française de biens et services pour l’exportation.

Par ailleurs, une association nationale, l’Associa-tion française des professionnels de la géother-mie (AFPG) a été créée le 15 juin 2010 à Paris avec le soutien de l’ADEME et du BRGM. Elle se positionne comme le partenaire profession-nel incontournable et l’interlocuteur privilégié des pouvoirs publics pour la géothermie.

Elle est organisée en quatre filières (production d’électricité, usages directs de la chaleur géo-thermique, pompes à chaleur géothermiques dans le tertiaire et le résidentiel collectif, géo-thermie à l’usage des particuliers) ; son but est de permettre une exploitation accrue des ressources géothermiques, particulièrement abondantes en France, mais encore assez peu valorisées.

La géothermie, faisant partie des filières stra-tégiques de l’économie verte (définies comme les « filières vertes » selon le ministère de l’Environnement), les pouvoirs publics mènent des travaux pour le développement indus-triel des quatre filières. Dans ce cadre, a été créé, le 4 octobre 2010, le Comité national de géothermie (CNG), qui se décompose, dans l’esprit du Grenelle de L’environnement, en plusieurs collèges : « Etat », « Collectivités », « Entreprises », « Organisations syndicales », « ONG et consommateurs », ainsi qu’un groupe « Etablissements publics, experts ». Sa mission est de proposer des actions opérationnelles pour le développement durable de chacune des formes de géothermie, en constituant un lieu d’échange et de débat pour l’ensemble des parties prenantes. Le CNG travaille sur trois sujets prioritaires : la simplification administra-tive, la qualité et la formation des personnels, la diffusion de l’information vers chacune des parties intéressées.

Géothermie

8/9

2 Périmètre de la feuille de route

2.1 Champ thématique

Les dispositifs géothermiques, processus indus-triels qui visent à exploiter la ressource géo-thermique, se distinguent notamment par l’usage qu’ils en font ; cette feuille de route cible indifféremment la production de chaleur et d’électricité et couvre les différents niveaux énergétiques de la filière :Production de chaleur et de froid (PAC, usage direct)• la géothermie très basse énergie (tempéra-

tures inférieures à 30 °C),• la géothermie basse énergie (températures

entre 30 et 90 °C),

Production d’électricité/procédés industriels/cogé-nération (électricité et chaleur)• la géothermie moyenne énergie (tempéra-

tures entre 90 et 150 °C),• la géothermie haute énergie (températures

supérieures à 150 °C).

Les géothermies très basse et basse énergie visent uniquement à produire de la chaleur.• La géothermie très basse énergie couvre :

– la géothermie individuelle (ou domestique – c’est-à-dire s’adressant au particulier), avec les dispositifs de pompes à chaleur sur cap-

teurs enterrés (horizontaux, verticaux, cor-beilles... voir encadré ci-dessous) ;

– la géothermie collective, avec des opéra-tions de pompes à chaleur sur aquifère superficiel (moins de 100 mètres) ou sur champs de capteurs ou sondes géother-miques (voir encadré ci-dessous) : ces opé-rations alimentent des bâtiments (ou des serres) soit individuellement, soit par le biais de miniréseaux de chaleur.

– La valorisation thermique des eaux de surface (des lacs par exemple), des eaux des réseaux d’évacuation et des autres eaux souterraines comme celles des mines ou des tunnels, sera également considé-rée dans le cadre d’une optimisation des systèmes, pour produire de la chaleur à partir de pompes à chaleur (uniquement quelques pour cent du marché des PAC).

La feuille de route n’aborde pas la technologie des pompes à chaleur proprement dite (com-posants, régulation…). Elle sera uniquement considérée via son intégration au sein d’une installation de géothermie ou via le dévelop-pement d’une technologie spécifique pour les opérations géothermiques (en raison d’une forte interaction avec le milieu visé).

Capteurs, sondes, pieux, corbeilles géothermiques

Les capteurs enterrés horizontaux permettent d’exploiter la chaleur du proche sous-sol. Ils sont constitués de tubes installés en boucles enterrées horizontalement à faible profon-deur (de 0,60 m à 1,20 m), dans lesquels circule en circuit fermé un fluide caloporteur. La surface de terrain à mobiliser doit correspondre à 1,5 à 3 fois la surface habitable à chauffer.

Les sondes géothermiques sont des échangeurs thermiques verticaux installés dans un forage de plusieurs dizaines de mètres de profondeur (jusqu’à 200 mètres) contenant un fluide caloporteur. Pour des bâtiments de grande taille, les sondes peuvent être installées au cœur des fondations : on parle de pieux géothermiques.

A mi-chemin entre les capteurs horizontaux et les sondes verticales, les corbeilles géo-thermiques représentent une solution plus récente. Enterrées à une profondeur de 4 mètres, elles se composent d’un tube en polyéthylène, long de 100 mètres, spiralé selon une forme conique de 2,4 m de hauteur (diamètre de 1,2 m en partie haute, 1 mètre en partie basse). Le principe de fonctionnement est similaire aux solutions de captage traditionnel. Cette énergie est ensuite restituée par la PAC pour chauffer ou rafraîchir la maison.

En dehors des sondes géothermiques qui captent la chaleur à une certaine profondeur, la dési-gnation de géothermie est quelque peu abusive pour les ressources récupérées par capteurs horizontaux ou corbeilles, la chaleur étant, à ces faibles profondeurs (0,60 à 4 mètres), essentiel-lement liée à l’énergie solaire et au ruissellement d’eau de pluie plutôt qu’à la croûte terrestre.

• La géothermie basse énergie est principa-lement associée à des réseaux de chaleur urbains (majoritairement développés dans le Bassin parisien). Elle permet un usage direct de la ressource géothermique. Il est égale-ment possible d’utiliser la chaleur d’aquifères profonds pour chauffer des serres, des bassins de pisciculture, ou pour des usages industriels.

Les différents matériaux et technologies utilisés au cours des phases d’installation et d’utilisation des systèmes basse et très basse énergie seront considérés (tubes, ciments, pompes, machines et méthodes de forage, traitement des ef-fluents, rationalisation des chantiers, métrologie et suivi de données associé…). La question du couplage entre les différents composants d’une installation (sous-sol, pompe à chaleur, bâti-ment), l’automatisation des systèmes et leur pi-lotage seront également pris en compte en vue d’optimiser le fonctionnement du système. Ce couplage peut également prendre la forme de projets multi-énergies (voir encadré ci-dessous). A ce titre, la thématique du froid renouvelable (communément appelée geocooling ou rafraî-chissement direct) est à prendre en compte dans une vision système pour améliorer les rendements énergétiques des installations et proposer des couplages performants.

Quant aux géothermies moyenne et haute énergie (à des profondeurs entre 1 000 et 5 000 mètres), elles ciblent majoritairement la production d’électricité (aussi bien en contexte volcanique, comme à Bouillante en Guade-loupe, qu’avec des systèmes géothermiques stimulés comme celui développé à Soultz, en Alsace). La géothermie moyenne énergie peut néanmoins être utilisée pour des procédés industriels (séchage notamment) ou pour la production de froid (dans les DROM-COM). La cogénération est également une thématique à considérer afin d’améliorer les rendements énergétiques des systèmes et valoriser le maxi-mum d’énergie récupérée.

Les différentes étapes d’exploration, de connexion des forages au réservoir (éventuel-lement par stimulation du sous-sol comme dans la technologie EGS) et d’exploitation de la ressource (avec un suivi dans le temps) sont incluses dans ce périmètre.

L’adaptation des machines et composants technologiques (pompes, échangeurs, turbines, filtres…) aux sites et fluides géothermaux (sa-lés, corrosifs, riches en particules) est un enjeu important dans le cadre d’un objectif global d’amélioration des procédés, de la fiabilité et des rendements des installations géothermiques.

La problématique du forage (machines de fo-rage, équipement des puits, métrologie…) se pose également pour des ressources qui restent difficiles à localiser et/ou mobiliser (contextes urbain, insulaire, tropical, d’accès difficile).

Enfin, principalement pour la géothermie moyenne énergie, la conception et la mise en place des installations de surface (notamment dans le cadre de procédés industriels) sont des étapes importantes pour le développement de la filière et le déploiement de la technologie.

Le périmètre couvre la connaissance du sous-sol, les techniques d’exploration des ressources (géophysique, géochimie…) et de suivi de l’exploitation des réservoirs (outils de modé-lisation par exemple) pour tous les types de géothermie.

Au-delà de ces aspects techniques spécifiques à chaque filière, sont étudiés les offres de ser-vices spécifiques aux opérations géothermiques (dont les couvertures de risques) et les aspects

Des projets multi-énergies

Ils permettent de combiner différents dispositifs de production d’énergie et de proposer des systèmes mutualisés à l’échelle du bâtiment, d’un ensemble de bâtiments (îlots), d’un territoire… Ces systèmes doivent être performants tant en termes de rentabilité économique que d’efficacité énergétique. Il s’agit par exemple de faire de la cogénération grâce à la géothermie ou encore d’utiliser la géothermie comme moyen de stoc-kage thermique en associant géothermie et solaire thermique (recharge ou stoc-kage dans des pieux et autres géostruc-tures énergétiques, dans des corbeilles, des champs de sonde, des aquifères). La géothermie peut ainsi participer à des systèmes énergétiques hybrides, par une association avec d’autres ressources énergétiques (gaz, solaire thermique…).

Géothermie

10/11

économiques (modèles d’affaires, valorisation, moyens et méthodes de financement à mobi-liser, actions pour promouvoir la technologie).

Le développement de la filière passe nécessai-rement par la prise en compte des questions environnementales (prévention des pollutions, gestion des impacts et maîtrise des risques, inté-gration dans les espaces naturels) et sociétales (concertation) liées à l’implantation de struc-tures dans des zones contraintes (accès difficile, espace limité, forte densité de population). Par ailleurs, l’utilisation du sous-sol par d’autres ac-teurs énergétiques et l’engagement des parties prenantes dans les projets de grande ampleur doivent être pris en considération pour assu-rer un développement durable de la filière. Il semble enfin inévitable de s’intéresser à la sis-micité induite par l’exploitation d’une ressource géothermique profonde : cet impact environ-nemental potentiel devant en effet faire l’objet d’une évaluation et d’une gestion adéquate.

Enfin, la valorisation et/ou la réhabilitation des ouvrages existants (puits de pétrole ou de gaz, puits forés en fin de vie ou qui ne sont plus à ce jour exploités – soit plusieurs cen-taines en France métropolitaine –, anciennes exploitations minières) pour une opération de géothermie mérite d’être considérée ; en effet, l’exploitation de la chaleur géothermale de ces puits existants nécessite un investisse-ment limité. La proximité avec l’utilisateur ou des lieux de consommation énergétique (loge-ment, bâtiment collectif ou tertiaire, industrie) peut de plus favoriser leur utilisation et les légiti-mer comme source exploitable de chaleur. Ces puits pourraient aussi, dans certains cas, être instrumentés et permettre d’étudier l’évolution des réservoirs profonds.

à l’instar de la technologie des pompes à cha-leur, les techniques de stockage thermique sou-terrain et les concepts multi-énergies ne seront considérés qu’à travers leur intégration au sein d’un dispositif géothermique. Le développe-ment des technologies de stockage thermique en tant que tel est traité dans la feuille de route sur les systèmes de stockage de l’énergie et dans l’appel à manifestations d’intérêt sur les technologies de stockage de l’énergie.

L’identification et la planification d’une offre de services et de formations en géothermie ac-

compagnent en toute logique une filière et des acteurs français en cours de structuration, no-tamment avec la création de l’AFPG mi-2010.

2.2 Périmètre géographique

Le champ géographique privilégié dans le cadre de cette feuille de route est multiple à l’instar des usages de la géothermie.

Dans un marché de forte compétitivité interna-tionale avec des acteurs français qui souhaitent se tourner vers l’export, les réflexions du groupe d’experts sur la géothermie s’inscrivent dans une perspective de déploiement de la filière à l’international et du positionnement des acteurs français sur le marché mondial. Cette vision à l’international permet de couvrir l’ensemble des enjeux et défis liés au développement de la géothermie ; cependant, pour certaines filières, le marché national semble très intéressant et actif pour déployer et commercialiser, dans un premier temps, des dispositifs géothermiques.

Dans cette perspective de déploiement natio-nal et international, l’ensemble de la chaîne de valeur doit être considéré pour intégrer les mar-chés potentiels de développement : l’expertise ou le savoir-faire acquis par les acteurs français sur la géothermie (notamment sur les usages directs de la ressource géothermique) peuvent être valorisés et commercialisés aussi bien au niveau français qu’au niveau international.

4. Rapport CFG Services/SEED : « Perspectives d’exportation de biens et de services français en matière de géothermie appliquée au chauffage ou à la production d’électricité », novembre 2009.5. New Entrance Reserve, réserve de 300 millions de quotas d’émission de CO2, réservée aux nouveaux entrants du système d’échange de l’Union européenne.6. Strategic Energy Technology Plan, plan de la Commission européenne pour le développement de technologies à faible intensité carbonique.7. European Energy Research Alliance.8. Joint Programme on Geothermal Energy.9. European Technology Platform on Renewable Heating & Cooling.10. European Geothermal Energy Council.11. Issu du programme d’orientation de la politique énergétique française de 2005, le facteur 4 vise à diviser par quatre les émissions françaises de gaz à effet de serre à l’horizon 2050 par rapport à leur niveau de 1990.

L’objectif est également de positionner les acteurs français comme acteurs de référence auprès des grands donneurs d’ordre.

Pour la production de chaleur via l’utilisation des pompes à chaleur (géothermie très basse énergie), l’échelle visée est principalement celle du territoire national (ce qui n’exclut pas pour des opérations de géothermie intégrant des pompes à chaleur d’une puissance significative de s’intéresser à l’export). L’échelle locale pour-ra être introduite dans le cadre de questions de politique publique et de soutien des opérations de géothermie.

A contrario, les réflexions sur les autres types de géothermie devront s’inscrire, en priorité, dans une perspective de déploiement de la filière à l’international et du positionnement des acteurs français sur le marché mondial4 (exportation de biens et de services français). Cependant, les spécificités de notre territoire national (DROM-COM, présence de quelques ressources géo-thermales profondes) sont à considérer à la fois pour des opérations de démonstration de nou-velles technologies (pilote de Soultz-sous-Forêts et fossé rhénan), des opérations de référence dans des sites insulaires (site de Bouillante) ou des opérations portant sur de nouveaux aqui-fères. Ces dernières permettront de démontrer aux maîtres d’ouvrage leur caractère exploitable et de multiplier par la suite les opérations sur ces aquifères.

Pour l’élaboration de visions prospectives, il pourra être pertinent de choisir des cibles (géo-graphiques ou sectorielles) où les compétences et l’excellence françaises sont reconnues et/ou peuvent participer à la croissance du marché.

Enfin, les stratégies françaises, les priorités de recherche et les besoins de démonstrateurs de recherche et préindustriels devront s’articu-ler avec les travaux de l’ANCRE, les initiatives européennes en matière de recherche et de démonstration et notamment le NER 3005, le SET Plan6, le programme conjoint EERA7 Géo-thermie (JPGE8), la plate-forme technologique européenne sur le chaud et le froid renouve-lable (ETP-RHC9, Geothermal Panel), le Conseil européen de l’énergie (EGEC10) et les travaux au niveau international de l’Agence internatio-nale de l’énergie.

2.3 Horizons temporels

Les visions du déploiement de la filière géother-mie, développées dans cette feuille de route, viseront l’horizon 2050, notamment pour être cohérentes avec l’objectif « facteur 4 »11.

Cependant, ces objectifs de long terme se jouent aussi à court et moyen terme via la mise en œuvre d’efforts particuliers de recherche, d’innovation et de structuration. Une vision à l’horizon 2020 sera ainsi élaborée, en suppo-sant que les objectifs du Grenelle de l’envi-ronnement seront atteints, afin de mettre en évidence un certain nombre de verrous à lever et d’élaborer une phase à mi-parcours du dé-ploiement de la filière.

Différents horizons temporels seront donc étudiés : avant 2020, 2020-2030, après 2030. L’objectif est ici de mettre en évidence les élé-ments (technologiques, structurels, de politiques publiques, économiques) qui permettraient aux opérations géothermiques de jouer tout leur rôle pour atteindre les objectifs énergétiques visés.

Géothermie

12/13

Le défi majeur consiste à atteindre les objectifs du Grenelle de l’environnement à l’horizon 2020 (23 % d’énergies renou-velables dans la consommation d’énergie finale) et le facteur 4 à l’horizon 2050.

3 Défis et enjeux de la filière géothermie

Ces objectifs constituent le fondement des visions de déploiement de la filière, des priori-tés de recherche et des besoins de démonstra-teurs de recherche et préindustriels.

Comme il a été vu précédemment, ces ob-jectifs se déclinent différemment selon qu’ils concernent la production de chaleur ou d’élec-tricité. Ils s’adressent par ailleurs à des filières technologiques et commerciales de maturité très variable. Les verrous à lever et les priorités de recherche qui en découlent seront donc dif-férents selon les secteurs.

Malgré cette diversité, quatre grands enjeux transverses peuvent être identifiés. Ils sont considérés comme critiques pour le déploie-ment des solutions géothermiques et/ou pour leur pérennité.

3.1 Des solutions économiquement optimisées

Le développement des dispositifs de produc-tion de chaleur ou d’électricité dépend princi-palement de la compétitivité de l’offre et de la rentabilité économique des projets. L’enjeu principal (aussi bien pour les PAC, l’usage direct de la chaleur que pour la production d’électri-cité) est de proposer des dispositifs compétitifs (avec comme objectif de ne plus faire appel aux mécanismes de soutien) et attractifs pour les acteurs du secteur privé, comparativement aux autres solutions énergétiques. La maîtrise des coûts, au cours des différentes étapes du cycle de vie des opérations, permettrait de favoriser le développement de la filière et d’accroître son intérêt.

3.2 Une filière spécialisée et structurée

La transition d’une filière professionnelle très diversifiée, avec des acteurs qui proposent des solutions géothermiques dans une offre plus générale de solutions énergétiques, vers une filière spécialisée, avec des acteurs dédiés à la géothermie, est un enjeu majeur pour les années à venir. Que ce soit pour la production de chaleur ou d’électricité, la filière et le réseau d’acteurs français doivent être en mesure de proposer une offre structurée (via le regrou-pement d’acteurs complémentaires) avec des projets intégrés, allant de la caractérisation de la ressource à la production d’énergie géother-mique. La formation des acteurs participera à cette professionnalisation de l’ensemble de la filière.

Les démarches qualité et si possible les procé-dures de certification (promues par la directive européenne sur les énergies renouvelables) doivent être engagées pour sécuriser le dé-ploiement de dispositifs géothermiques, assurer leur performance en termes de gain énergé-tique et de rentabilité économique. La mise en œuvre de normes, de labels garantissant la qualité des dispositifs et de procédures de contrôle doit permettre de rassurer les acteurs et de soutenir des investissements aussi bien à l’échelle du particulier qu’à l’échelle industrielle. L’objectif prioritaire est la mise en place d’une certification verticale de la filière.

différents impacts ; l’objectif est d’évaluer et de prendre en compte les enjeux environnemen-taux et sociétaux lors des phases de mise en œuvre, d’exploitation et de gestion de la fin de vie des installations, que ce soit pour la produc-tion de chaleur ou d’électricité.

L’intégration environnementale des projets de géothermie est un point essentiel pour la filière, notamment pour les projets de production d’électricité en contexte insulaire où l’espace est limité et pour lesquels la réalisation des pro-jets peut entrer en conflit avec les exigences de protection des milieux naturels. L’évaluation et la maîtrise des impacts (nuisances environnemen-tales de centrales géothermiques, risque biolo-gique lié à la mobilisation éventuelle de com-posés minéraux, chimiques ou biologiques) sont des étapes indispensables pour les futurs plans de déploiement des installations de géothermie. Un cadre réglementaire adapté devra contri-buer au développement pérenne de la géother-mie en conciliant développement du marché et protection des ressources souterraines.

La concertation avec le public et les riverains des opérations géothermiques doit être une étape clé de sensibilisation à la technologie et de participation citoyenne aux différentes étapes décisionnelles. Enfin, la gestion des conflits d’usage devient un enjeu majeur pour les années à venir : la maîtrise (connaissance et gestion) des interactions entre diverses utili-sations du sous-sol (telles que géothermie et stockage géologique du CO2 ou captage de l’eau d’un aquifère superficiel et son usage via une pompe à chaleur) est capitale pour assurer un développement durable de la filière. Des synergies pourraient d’ailleurs être trouvées. Dans ce cadre, la question de la mémoire des sites est un enjeu pour le déploiement futur et durable de la filière géothermique (cas des sites pollués par exemple en cas d’implantation d’opérations de géothermie superficielle).

3.3 Une ressource identifiée et valorisée

La faisabilité et la rentabilité économique des projets de géothermie sont fortement liées à la ressource géothermique : son identification et sa valorisation sont autant de paramètres qui joueront sur le développement de la filière.

Pour l’étape d’identification, l’enjeu est de pro-gresser sur la connaissance du sous-sol et sur les techniques d’exploration, de sondage et de caractérisation. Ces avancées permettraient de réduire les incertitudes sur la prédictibilité de la ressource et de limiter le risque géologique (risque de ne pas trouver la ressource escomp-tée). Les méthodes de caractérisation et de quantification de la ressource doivent intégrer la variable « temps » (constance dans le temps, vieillissement du réservoir à une échelle de temps plus ou moins longue) pour permettre de mieux évaluer le potentiel et la durabilité des ressources.

Pour l’étape de valorisation et d’exploitation, l’enjeu réside dans l’adaptation des technolo-gies aux puits et aux différents types de fluides géothermaux, ainsi que dans le développement de composants technologiques innovants, dits « de surface » (pompes, turbines…). La tech-nologie EGS, encore dans une phase de déve-loppement, pourrait être à l’horizon 2050 une solution crédible de production d’électricité, facile à mettre en place. D’ici là, l’enjeu est de démontrer sa faisabilité par un changement d’échelle des installations et par leur validation en conditions d’exploitation.

3.4 Un développement responsable, durable et des impacts maîtrisés

Pour faciliter la pénétration de la filière dans le futur bouquet énergétique, il convient de s’as-surer d’un développement durable des dispo-sitifs géothermiques et d’une maîtrise de leurs

Géothermie

14/15

4 La vision 2020Les objectifs de développement des énergies renouvelables inscrits dans la loi Grenelle 1 (augmenter de 20 millions de tonnes équivalent pétrole la production annuelle d’énergies renouvelables d’ici à 2020) sont atteints.

Pour la production de chaleur, la filière géother-mique, bien structurée, participe activement pour atteindre l’objectif des 10 Mtep supplé-mentaires de chaleur renouvelable. La géo-thermie semble de mieux en mieux acceptée et visible parmi les énergies renouvelables (à travers notamment ses avantages intrinsèques). Les pompes à chaleur individuelles et collec-tives se sont développées et adaptées aux différents usages et installations dans lesquelles elles s’intègrent (logement individuel, bâtiment tertiaire et/ou collectif en construction ou ré-habilitation). L’intégration de cette filière dans un schéma plus large de l’énergie dans le bâti-ment a permis une augmentation du nombre d’installations (réseau de chaleur).

La capacité de ces opérations à satisfaire des besoins de chaud mais également de froid a favorisé sa croissance au cours des dernières années et a contribué à la rentabilité écono-mique des installations. Le marché des PAC sur champs de capteurs et sondes et sur aquifère superficiel s’est rapidement développé pour proposer des unités de production de chaleur de plusieurs mégawatts, adaptées à des struc-tures collectives ou mutualisées.

Concernant l’usage direct de la chaleur (qui fait appel à des forages profonds), les réseaux de chaleur géothermique ont continué de se développer, et ce, principalement en lien avec les ressources bien connues du Bassin pari-sien (l’Ile-de-France est la région leader dans le domaine du chauffage des bâtiments par géothermie). Pour faire face à la saturation de ces ressources, de nombreux travaux et études (évaluation de la ressource, ingénierie de réser-voir et procédés de forage) ont été lancés. Ils ont permis de mettre en évidence de nouvelles ressources géothermales exploitables et de diversifier les usages (industriels, agricoles) : des opérations pilotes ou de démonstration sur de

nouveaux aquifères se sont ainsi développées pour démontrer aux maîtres d’ouvrage leur faisabilité.

D’importants projets de démonstration sont également en cours, notamment sur des concepts d’hybridation des systèmes et d’inté-gration de la géothermie dans des approches de gestion de l’énergie.

Les opérations, menées dans les DROM-COM et en métropole (projet Roquette Frères à Beinheim dans le Bas-Rhin12, Soultz, piémont pyrénéen, couloir rhodanien, Limagne), de pro-duction d’électricité géothermique ont permis d’apporter une preuve de faisabilité et de par-ticipation de la géothermie à un bouquet éner-gétique global. La faisabilité de tels projets reste toutefois conditionnée à des spécificités locales ou à des aides publiques importantes pour la reconnaissance des ressources exploitables.

La mise à disposition de l’information sur la res-source et les techniques envisageables auprès des maîtres d’ouvrage et des maîtres d’œuvre a favorisé la multiplication des opérations de géothermie. Ces données (cartes de potentiel notamment) proposent une vision globale des ressources disponibles et de leur accessibilité ; la mise en place d’un Observatoire des res-sources géothermales contribue activement à l’alimentation de cette base de données et garantit les méthodes d’évaluation et de quan-tification de la ressource.

Les acteurs français de la géothermie participent à de nombreux projets, dont des plates-formes de tests ou des démonstrateurs industriels de production d’électricité géothermique : leur expérience en termes de forage, de gestion et d’exploitation de la ressource leur permet de participer au marché international et au déve-loppement de la géothermie sur des territoires dotés d’une ressource géothermale abondante.

12. Cette entreprise de transformation de matières premières agricoles renouvelables en amidons et dérivés d’amidons participe au développement d’une centrale de production de chaleur d’origine géothermale pour assurer ses besoins énergétiques pour les procédés industriels utilisés.

5 Les visions prospectivesPour construire des visions à l’horizon 2050 ayant notam-ment vocation à éclairer les décideurs, le groupe d’experts a identifié deux paramètres clés, des variables qui seront de nature à infléchir significativement la forme et la nature de la filière et des opérations de géothermie.

Leur évolution contrastée aboutira à des vi-sions radicalement différentes du déploiement de la géothermie.

Ces visions prospectives ont pour objectif de décrire, parfois de manière caricaturale, les dif-férentes modalités de déploiement des options technologiques, organisationnelles et socio-éco-nomiques. Elles n’ont pas la prétention de dé-crire ce que sera la réalité à l’horizon 2050, mais plutôt de définir le champ des possibles pour ensuite en déduire un large ensemble de ver-rous, de priorités de recherche et de besoins de démonstrateurs de recherche. La réalité, quant à elle, sera très probablement une combinaison de ces visions d’ici à 2050. Le groupe d’experts a souhaité souligner l’indépendance de chacun des segments de la filière géothermique, cha-cun d’eux pouvant s’insérer dans une des visions prospectives établies par la suite.

Pour chaque vision, il convient de considérer le marché à l’international (qui peut être, en raison des atouts importants de la géothermie française, une voie de valorisation importante) et d’identifier dans quelle mesure il se déve-lopperait.

5.1 Paramètres clés

Deux familles de paramètres semblent de na-ture à influencer sensiblement le déploiement des dispositifs géothermiques à long terme :

• La compétitivité des solutions géothermiques, leur degré de maturité, le potentiel de péné-tration de la filière dans le bouquet énergé-tique (aspects technologiques, économiques et socio-économiques) ;

• La perception sociale et l’intégration territo-riale des opérations de géothermie.

Ces familles de paramètres recouvrent parfai-tement les quatre enjeux majeurs exposés pré-cédemment. Ainsi, la compétitivité des solutions géothermiques aura des conséquences sur l’optimisation économique des solutions, mais

également sur l’identification et la valorisation des ressources et sur les aspects technologiques de structuration de la filière. Quant à l’intégra-tion territoriale et à la perception sociale, elles influencent le développement responsable et la maîtrise des impacts ainsi que les aspects terri-toriaux de la structuration de la filière.

A Compétitivité, degré de maturité de la filière

Le potentiel de pénétration de la géothermie peut fortement varier au cours des prochaines années selon le niveau de compétitivité de l’offre dans le paysage énergétique ; celle-ci est condi-tionnée par le degré de maturité que les tech-nologies géothermiques auront atteint. Selon le marché considéré, la maturité se mesure par :

• l’adéquation entre les moyens de production et l’exploitation par le système énergétique (adaptabilité de la technologie) ;

• la maîtrise de la chaîne de valeur de la géo-thermie et de l’ensemble des coûts de déve-loppement de la filière ;

• une minimisation des risques technologiques et géothermiques ;

• des offres de service adaptées à chaque mar-ché (garanties et couvertures de risques) ;

• des schémas de financement et de rémuné-ration durables.

En conséquence, cette maturité se traduit par une diminution des coûts unitaires de produc-tion et une analyse coûts/bénéfices maîtrisée.

La problématique des coûts, aussi bien pour la production de chaleur que d’électricité, est transversale et concerne l’ensemble des opé-rations de la chaîne de valeur (reconnaissance de la ressource, forage de puits, équipements et composants de sous-sol et de surface). Ce gain en termes de compétitivité permettrait d’aug-menter l’attractivité de la filière aux yeux des investisseurs publics et/ou privés.

Géothermie

16/17

Dans un contexte peu évolutif, les risques d’ex-ploitation, de marché ou socio-économiques ne sont pas maîtrisés pour les différents seg-ments de la filière qui ne connaissent pas tous une phase de croissance. Le développement reste contraint et la rentabilité économique des projets difficile à atteindre. Les développeurs doivent toujours faire appel à des dispositifs de soutien pour rentabiliser leur opération : ce mécanisme limite la visibilité à long terme sur la pérennité de la filière et des marchés. Le mar-ché n’est pas suffisamment dynamique pour attirer massivement des industriels et pour qu’ils développent des solutions spécifiques. La structuration de la filière industrielle et la mise en place d’une offre intégrée de géothermie restent très sectorisées.

à l’opposé, la géothermie peut atteindre une phase de maturité, tirée par des avancées tech-nologiques et une maîtrise des coûts qui per-mettent de la rendre compétitive et accessible. La meilleure connaissance de la ressource et la maîtrise du potentiel utilisable (électrique et thermique) permettent à la filière de proposer des solutions adaptées à la demande (de par-ticuliers ou d’industriels). La géothermie est un acteur clé et compétitif dans le paysage éner-gétique. La filière se structure et des offres inté-grées de production de chaleur et d’électricité géothermique sont mises en place grâce, no-tamment, à une forte volonté publique de voir émerger une filière française de la géothermie et à la création de différents dispositifs de sou-tien et de couverture des risques pour accom-pagner les investissements d’acteurs du secteur privé. Ces offres intégrées, à forte valeur ajou-tée pour le marché à l’export, bénéficient d’une optimisation des infrastructures, mais aussi des étapes de logistique et de maintenance spéci-fiques aux différents marchés visés.

B Perception de la géothermie, intégration territoriale

Au-delà de la problématique de la compétitivité de la filière, l’implantation et le développement de la géothermie dépendront fortement de questions de contexte sur les futurs territoires d’implantation ; la perception que les acteurs ont de la géothermie et, par conséquent, leur

volonté d’accompagner le développement de la filière seront déterminantes. La prise en compte des spécificités des territoires (et donc des sous-sols et des climats) dans le développement des énergies renouvelables modèlera la nature et la forme des projets. L’intégration territoriale des dispositifs géothermiques dans de nouveaux scénarios et entités énergétiques peut ainsi for-tement varier dans le temps et dans l’espace.

Dans une perspective de bonne perception et compréhension de la technologie et de ses atouts par les parties prenantes (publiques et privées), une réelle cohérence existe entre le territoire d’implantation et la technologie mise en œuvre, ceci afin d’intégrer la géothermie au sein de nouvelles entités de distribution et de consommation énergétiques (îlots éner-gétiques notamment). On assiste à une forte généralisation des dispositifs géothermiques sur l’ensemble du territoire.

De nouveaux modes de gouvernance peuvent émerger pour accompagner le développement de ces opérations, la pénétration de cette tech-nologie dans de nouveaux scénarios énergé-tiques (systèmes mutualisés de production et de consommation) et pour impliquer le maxi-mum d’acteurs dans l’ensemble des étapes de la vie d’un projet. Ce développement admet éven-tuellement une composante sociétale forte.

L’intégration des solutions géothermiques dans des réflexions plus globales telles que les scé-narios « Ville durable » résulte de cette volonté d’ancrer territorialement cette énergie renou-velable et d’en tenir compte pour la planifica-tion urbaine.

A contrario, l’acceptabilité des dispositifs géo-thermiques reste difficile et l’implication des acteurs territoriaux très variable selon les ter-ritoires visés. La composante sociétale est faible et la géothermie n’est majoritairement pas vue comme un acteur local et/ou durable du sys-tème énergétique. Les unités géothermiques ne se généralisent pas, de fortes hétérogénéités existent sur l’ensemble du territoire. Le déve-loppement de la filière s’effectue dans un envi-ronnement très concurrentiel, avec une forte compétition entre les différents dispositifs de production énergétique (chaleur et électricité).

A. Vision 1 : Une géothermie très contrainte, des marchés limités

Cette vision s’inscrit dans une évolution modé-rée de la filière après l’horizon 2020. Les diffé-rents risques (technologiques, géothermiques, socio-économiques) inhérents aux projets de géothermie n’ont pas été maîtrisés pour l’en-semble de la filière : les démonstrateurs et opé-rations pilotes n’ont pas offert de gains éco-nomiques ou technologiques suffisants pour favoriser le développement à long terme de la géothermie. Les marchés de la filière géother-mique n’ont pas tous connu de phase de crois-sance, limitant la compétitivité des dispositifs proposés. La rentabilité économique des pro-jets reste encore difficile à atteindre sans faire appel à des dispositifs de soutien (obligations d’achat ou appels d’offres notamment) : ce manque de visibilité sur la pérennité des mar-chés limite l’engagement d’investisseurs privés.

D’autre part, l’intégration territoriale des uni-tés varie fortement pour des questions de contexte. Hormis quelques territoires bien précis (Bassin parisien ou Alsace notamment) qui avaient fortement contribué à atteindre les objectifs à l’horizon 2020, la géothermie n’est pas vue comme un acteur local du système énergétique et comme une énergie durable.

5.2 Les visions 2050

Le croisement des différents paramètres clés permet d’identifier des visions contrastées du déploie-ment des systèmes géothermiques et plus généralement de l’évolution de la filière.

Faible(faible maîtrise de la chaîne

de valeur, dispositifs peu adaptables)

Forte(analyses coûts/bénéfices

maîtrisées, filière compétitive)

Acceptabilité éventuellement difficile, disparités

territoriales

Vision 1Une géothermie très contrainte,

des marchés limités

Vision 2Développement très hétérogène, marché

à l’export

Bonne perception/relais territorial très présent

Vision 3Les dispositifs géother-

miques en appui des sys-tèmes énergétiques locaux

Vision 4Des systèmes optimisés au service du territoire, géothermie à l’export

Visions de déploiement à long terme de la filière géothermie

Perception/Intégration territoriale

Compétitivité de la géothermie/

Degré de maturité

Les dispositifs proposés souffrent d’une adap-tabilité et d’une flexibilité insuffisante pour permettre une mise en cohérence avec la de-mande énergétique.

Les systèmes géothermiques (PAC, usage direct de la chaleur ou production d’électricité) se développent peu en raison d’une combinaison de contraintes économiques, technologiques et territoriales :

• les différentes technologies de PAC n’ont pas réussi à s’imposer comme un dispositif stan-dard de production de la chaleur ; elles se sont majoritairement développées dans des territoires avec une expérience antérieure (manque de généralisation) ;

• quelques sites de production d’électricité de référence en outre-mer (Bouillante, Marti-nique, Dominique) perdurent, mais le déve-loppement à l’export est très limité.

L’exportation et le marché à l’international restent une voie de valorisation, bien que li-mitée, pour les acteurs français, conditionnée aux ressources géothermales accessibles et contrainte par des coûts encore élevés.

La formation (initiale ou continue) de nou-velles parties prenantes n’est pas structurée à l’échelle nationale et se fait au coup par coup.

Géothermie

18/19

B. Vision 2 : Développement très hétérogène, marché à l’export

A contrario de la vision précédente, l’offre géo-thermique est réellement compétitive et a at-teint un degré de maturité élevé. Selon le mar-ché considéré, les avancées et les évolutions technologiques, structurelles, réglementaires et juridiques ont participé à cette évolution et à l’affichage de la géothermie comme une éner-gie compétitive.

Une filière industrielle française est en place et propose une offre intégrée : la filière profes-sionnelle très diversifiée a laissé sa place à une filière spécialisée. L’émergence de structures, de machines et de composants dédiés, adaptés et optimisés est une conséquence logique de cette collaboration entre les différents acteurs et professionnels des segments de la géother-mie. La baisse des coûts pour les opérations de forage et l’obtention de données fiables et précises sur les ressources géothermales (loca-lisation et disponibilité) participent également à la compétitivité de la filière géothermique.

Cependant, le relais territorial est faible et l’implication des acteurs territoriaux est très variable : les régions avec une expérience an-térieure profitent pleinement de ce gain en termes de compétitivité, mais les technologies ne se généralisent pas à l’ensemble du terri-toire. Selon le marché considéré, cela se traduit différemment :

• pour les PAC, l’évolution du marché n’est ni significative ni homogène sur l’ensemble du territoire (elles sont utilisée en majorité là où existe une expérience antérieure) ; il n’y a pas d’intégration des PAC dans de nouvelles entités et scénarios énergétiques (elles sont peu prises en compte dans la planification urbaine) ; leur usage se généralise peu ;

• pour l’utilisation directe de la chaleur, les réseaux existants sont optimisés pour mu-tualiser les usages, mais il y a peu de projets émergents ;

• concernant la production d’électricité et la technologie EGS, malgré une technologie maîtrisée et une réduction des coûts impor-tante, l’implantation territoriale reste com-plexe ; la technologie ne se généralise pas et se cantonne aux sites qui ont peu d’alterna-

tives et aux quelques sites et territoires sensi-bilisés à la géothermie.

En raison de cette acceptabilité qui peut être difficile au niveau national, le marché à l’export est une voie de valorisation très importante pour la filière. Les acteurs se tournent vers les marchés internationaux très demandeurs de so-lutions optimisées à bas coût : que ce soit pour les marchés de la chaleur ou de l’électricité, la géothermie française s’exporte bien et propose une offre intégrée (reconnaissance de la res-source, couverture de risques, mise en place des installations et exploitation des systèmes) qui intéresse de nombreux marchés. Cependant, le manque de dynamisme sur le marché national et l’absence de projets-vitrines nationaux repré-sentent un frein à l’export, notamment dans le segment de la production d’électricité.

Cette vision, tournée vers l’export, suppose une offre de formation à la charge des indus-triels pour développer leur réseau et favoriser l’émergence de nouveaux marchés principale-ment à l’international.

C. Vision 3 : Les dispositifs géother-miques en appui des systèmes éner-gétiques locaux

Cette vision s’inscrit dans une volonté de pro-mouvoir les systèmes géothermiques et de les intégrer dans de nouveaux scénarios énergé-tiques tels que les scénarios « Ville durable ». La géothermie bénéficie d’une acceptabilité forte qui favorise son implantation territoriale et l’implication de multiples acteurs dans le finan-cement des projets. L’offre souffre cependant encore de contraintes technologiques qui n’ont pas pu être levées et/ou des contraintes de coût qui ne facilitent pas la rentabilité et le retour sur investissement des dispositifs.

Pour pallier cette contrainte, l’émergence de synergies avec d’autres systèmes énergétiques et de solutions multi-énergies innovantes per-mettent à la filière de continuer à se développer et de réussir à s’intégrer aux différentes échelles géographiques.

Les projets sont pour la plupart financés dans le cadre de partenariats publics/privés pour assurer leur aboutissement et inciter les indus-triels à investir.

Le développement de la géothermie et sa géné-ralisation résultent d’une implication forte des pouvoirs publics nationaux, locaux et des par-ticuliers (voire de groupement d’acteurs) : elle se traduit par la mise en place de mécanismes participatifs, une sensibilisation à ce type d’opé-rations et aux intérêts énergétiques.

Cette vision suppose une offre de formation, plutôt orientée vers la communication, afin que les acteurs puissent mettre en avant les atouts de la géothermie dans des systèmes couplés et comme source énergétique complémentaire : cette offre est avant tout portée par un impor-tant soutien public.

La production de chaleur et d’électricité géo-thermique vient en appui des systèmes éner-gétiques locaux, cette complémentarité avec les autres sources d’énergies renouvelables offre à la filière un rôle à part entière dans le bouquet énergétique.

D. Vision 4 : Des systèmes optimisés au service du territoire, géothermie à l’export

La volonté d’intégrer la géothermie dans le bou-quet énergétique et dans les nouvelles entités énergétiques est très présente dans cette vision : la géothermie est perçue au niveau territorial comme une énergie durable, fiable et compéti-tive. De plus, de nombreuses avancées ont per-mis de structurer une filière industrielle qui est en mesure de proposer des offres intégrées :

• des avancées technologiques décisives sur la faisabilité, la durabilité et les performances énergétiques (production d’électricité avec la technologie EGS, production de chaleur avec des systèmes de captage innovants pour les pompes à chaleur, par exemple) ;

• une maîtrise et/ou une meilleure intégration des coûts que ce soit pour les forages pro-fonds ou pour les installations de capteurs pour des dispositifs de PAC individuelles et/ou collectives ;

• la structuration de la filière (professionnalisa-tion des acteurs et formation) qui concerne aussi bien les étapes de conception, de mise en place, d’exploitation que de diffusion des connaissances.

La mise en cohérence des ressources dispo-nibles et de la solution énergétique choisie est réelle et participe à l’insertion de la géothermie dans de nouvelles structures énergétiques, telles que les sites mutualisés de production et de consommation (îlots énergétiques notamment). La filière géothermique propose une offre di-versifiée et adaptable, avec des marchés bien identifiés et développés :

• pour l’usage direct de la chaleur, le marché reste principalement centré sur les régions « historiques » de la géothermie bénéficiant de ressources géothermales profondes ; cependant, la meilleure reconnaissance de la ressource a permis d’identifier de nouveaux gisements géothermiques sur le territoire ;

• le marché des PAC (individuelles, collectives et tertiaires) évolue significativement ; leur utilisation se généralise sur l’ensemble du ter-ritoire comme des solutions standard, voire de référence, à prendre en compte dans la planification urbaine ;

• concernant le marché électrique, on observe une exploitation complète du potentiel des DROM-COM dans l’arc volcanique des Ca-raïbes. La technologie EGS s’est rapidement développée et généralisée à l’ensemble des régions pour s’intégrer dans différents scéna-rios énergétiques locaux ;

• la géothermie française s’exporte très bien et valorise ses atouts. Les acteurs français par-ticipent à de nombreux projets de produc-tion d’électricité géothermique et de mise en place de nouveaux réseaux de chaleur. Cette exportation peut se faire sous la forme de partenariat pour proposer des systèmes cou-plés. La géothermie française est reconnue pour son savoir-faire, sa capacité à développer des dispositifs adaptatifs et à proposer des offres intégrées.

L’offre de formation et de recherche, portée par un partenariat public/privé, est importante et permet d’essaimer des ingénieurs et des tech-niciens à l’international.

Géothermie

20/21

6 Les verrous Les visions 2020 et 2050 sont conditionnées par des verrous scientifiques, technologiques, économiques, organisation-nels, structurels, réglementaires et juridiques.

La spécificité de chacun des segments de la géothermie (usage direct de la chaleur, pompes à chaleur, production d’électricité) incite à pro-poser une ventilation par marché des verrous. Les verrous communs à l’ensemble de la filière seront identifiés comme transversaux.

6.1 Transversaux

• Manque de reconnaissance et d’évaluation des différentes ressources, afin de diminuer le risque (exploration) et de permettre de considérer la géothermie dans les études énergétiques de préfaisabilité réalisées pour un projet de bâtiment.

• Manque de données sur les impacts environ-nementaux des technologies, données indis-pensables pour améliorer l’acceptabilité et favoriser l’implantation territoriale.

• Manque de compétitivité de l’offre géother-mique, comparativement aux autres énergies sur le marché notamment.

• Problème de formation de la filière (main d’œuvre, installateurs, bureaux d’études) : pas d’interlocuteur précis, qualification hété-rogène de la filière ; offre professionnelle insuffisante, manque d’ensemblier ; besoin de mettre en place un mécanisme de certifica-tion (notamment une réglementation précise sur les opérations de forage).

• Méconnaissance de la technologie, manque de visibilité, de compréhension et acceptabi-lité sociale limitée.

• Problème de valorisation de l’investissement (en cas de revente du logement alimenté par une ressource géothermale, par exemple).

• Délais administratifs trop longs (incompa-tibles avec les projets de bâtiments ou d’îlots).

6.2 Pompes à chaleur

Le verrou principal concerne le manque de compétitivité des solutions. Les autres verrous pourront selon les cas instaurer une baisse des coûts (dimensionnement, réglementation et formation) ou en grande partie disparaître avec l’émergence du marché. Par ordre de priorité, ils concernent :

• Le manque de stratégies de dimensionne-ment adaptées aux nouvelles réglementa-tions thermiques des bâtiments (BBC13 no-tamment) et optimisant le système complet.

• La réglementation inadaptée pour les capteurs horizontaux et les sondes verticales, normali-sation en retard par rapport au marché.

• La gestion de l’ensemble du système (pompe à chaleur, boucle d’échange thermique) à améliorer.

• Les banques de données d’opérations exis-tantes à compléter et mettre à jour.

• Les suivis d’opérations insuffisants.

• Le matériel encombrant et peu adapté.

6.3 Usage direct de la chaleur

• Problème d’adéquation entre ressources et besoins : développement nécessaire de plani-fication territoriale de l’énergie pour créer de nouveaux besoins (réseaux de chaleur, zones d’activités) là où les ressources existent.

• Manque de communication, d’information et de démonstration autour des usages pos-sibles de la géothermie hors chauffage de bâtiments.

• Manque de prise en compte de la géother-mie dans la planification urbaine.

13. Bâtiment basse consommation.

• Problème de mise en adéquation des techno-logies géothermiques avec les nouvelles ré-glementations thermiques pour le bâtiment.

• Manque de réflexions avec les urbanistes pour mutualiser les usages et multiplier les consommateurs.

• Marché national trop limité : nécessité de développer une offre à l’international.

• Coût encore élevé (notamment le coût d’in-vestissement pour les forages d’exploration)

• Peu de machines dédiées et adaptées aux différents sites de forage (disponibilité, bruit, compacité).

• Problèmes d’injection dans des réservoirs moins perméables (argilo-gréseux notam-ment).

• Problème de maîtrise des phénomènes de dépôt, corrosion, développement bactériolo-gique dans tout aquifère exploité, à l’aide de solutions douces pour l’environnement.

6.4 Production d’électricité

• Besoin d’identification des zones exploitables en géothermie profonde, d’amélioration de l’accès aux réservoirs naturels et de la mise en œuvre des dispositifs d’injection et de pro-duction.

• Nécessité d’améliorer les connaissances des propriétés pétrophysiques (porosité, per-méabilité) des réservoirs visés à toutes les échelles (de la fracture individuelle au réser-voir) et de leur évolution dans le temps.

• Optimisation de la conception et de la ges-tion des systèmes énergétiques (verrous technologiques et économiques).

• Besoin d’améliorer la flexibilité de fonction-nement des dispositifs pour accompagner leur intégration sur le système électrique.

• Besoin d’accompagner l’acceptabilité sociétale et l’intégration environnementale (problème de l’emplacement et de la microsismicité).

• Nécessité de prendre en compte le risque géothermique, de mettre en place des sys-tèmes de garanties et de couvertures du risque adaptés à la production d’électricité géothermique pour le marché à l’export.

• Besoin d’un saut de puissance pour les sys-tèmes EGS.

• Nécessité d’estimer la durée de vie des sys-tèmes géothermiques.

• Besoin d’intégrer la production de froid en fin de procédé, pour favoriser l’implantation territoriale de cette énergie.

Géothermie

22/23

7 Les priorités de recherche La feuille de route n’étant pas destinée à orienter les seules actions de l’ADEME, les besoins de l’ensemble de la chaîne de développement (de la recherche amont jusqu’au déploie-ment commercial) sont répertoriés, qu’ils soient d’ordre technologique, scientifique, réglementaire ou sociétal.

Selon leur degré de maturité, les actions à mettre en œuvre pourront porter sur :

• la recherche amont : fondamentale et/ou exploratoire ;

• la recherche industrielle : finalisée, complé-tée par le développement expérimental de briques technologiques ;

• le développement préindustriel permettant, en conditions réelles, mais à échelle réduite, la validation de technologies innovantes. Il peut porter sur une ou un ensemble de briques technologiques. C’est le rôle des démonstra-teurs de recherche, de l’expérimentation et du prototypage préindustriels ;

• le déploiement commercial : cela commence avec la première unité de production et sup-pose une faisabilité technico-économique, un plan d’affaires, des études d’impacts.

Un certain nombre de recommandations ont été dressées au cours des échanges afin d’orienter les travaux à conduire. La ventilation des priorités de recherche et développement (R&D) reprend la segmentation des différents marchés de la filière. Elles admettent des objec-tifs communs pour favoriser le développement de la filière :

• diminuer le coût de l’énergie produite (cha-leur et électricité) (coûts d’investissement et opérationnels) ;

• accroître le potentiel des ressources géother-miques exploitables ;

• faciliter l’acceptation et l’implantation territo-riale des technologies de géothermie ;

• minimiser leurs impacts environnementaux.

7.1 Pompes à chaleur

Au-delà des priorités de R&D, le groupe d’experts a souligné de façon consensuelle un

besoin important en matière de formations ini-tiales et/ou continues (cf. partie 9.1). Pour ce sec-teur, une priorisation des thématiques de R&D est proposée afin de mettre en avant les prin-cipaux besoins pour accompagner l’émergence de dispositifs innovants et adaptés au marché. Les projets de recherche seront axés sur :

• Le développement de stratégies de dimen-sionnement et de simulation des perfor-mances (pour réduire l’écart entre les per-formances théoriques et réelles).

• Le zonage du territoire (dont l’identification de zones d’exclusion, de zones de prescrip-tion particulière) et cartographie fine du potentiel géothermique.

• Les capteurs géothermiques : utilisation de matériaux innovants (dans un objectif d’opti-misation des transferts thermiques et d’uti-lisation durable des ressources), développe-ment de géométries adaptées (par exemple, des capteurs compacts pour des bâtiments BBC) et de dispositifs innovants de grande profondeur (pieux énergétiques, capteurs et sondes de type coaxial…).

• L’amélioration des performances de l’en-semble du système : COP14, échanges ther-miques tuyau/terrain (au moyen d’échangeurs innovants), recharge avec d’autres appoints, PAC gaz, PAC à absorption, cycles organiques, optimisation du geocooling, conception de dispositifs intégrés.

• Potentiel d’exploitation de nouvelles res-sources ou de ressources de nature variable (ressources marines…).

7.2 Usage direct de la chaleur

Pour aller au-delà du marché actuel et favoriser le développement d’un marché plus étendu et mieux intégré, il convient de mettre en place des actions et projets favorisant les thèmes suivants :

14. Coefficient de performance ou performance énergétique d’une pompe à chaleur : c’est le rapport énergie thermique restituée/énergie électrique consommée.

• Diversification des usages de la chaleur géo-thermique et élargissement du périmètre géographique (nouvelles applications dans des territoires ayant un faible niveau d’utilisa-tion de la géothermie).

• Maîtrise de l’exploitation de ressources de nature variable (contexte géologique, géochi-mie, température…).

• Automatisation des différentes tâches (forage, manutention, maintenance…).

• Amélioration des performances des techno-logies de production (forages multidrains ou horizontaux, pompage, équipements de test, injection en réservoir sableux ou gréseux, durabilité), limitation de la corrosion et des dépôts.

• Prolongation de la durée de vie des projets, pérennisation des installations : maintenance, matériaux (tubages notamment) limitant l’uti-lisation de produits anticorrosifs.

Réhabilitation et utilisation d’ouvrages existants avec des échangeurs profonds : anciens puits géothermiques, ouvrages pétroliers, installa-tions minières.

• Amélioration des techniques à très basse température (optimisation, évaluation des performances).

7.3 Production d’électricité

La production d’électricité géothermique fait ap-pel à des ressources variées, aussi bien en termes de profondeur, de température que d’état initial de la ressource visée (porosité et perméabilité du réservoir). La maturité technologique des techniques de production d’électricité est très hétérogène, les axes de recherche ont donc été positionnés dans le temps et, pour certains, clas-sés en fonction de la technique de production.

Les priorités de recherche pourront ainsi porter sur :

Axes de recherche prioritairesObjectifs de validation

Avant 2020

2020 2030

Après 2030

Amélioration des performances (cycles de rankine, voire cycles supercritiques15) X

Conception d’outils dédiés et adaptés aux sollicitations (hautes températures, abrasion, corrosion) X

Diversification et maîtrise de l’exploitation de ressources de nature variable et/ou dans des réservoirs encore peu connus X

A. Exploitation conventionnelle

Conception et développement de nouveaux outils et de nouvelles stratégies d’exploration (géophysique…) X

Amélioration des techniques d’exploitation des réservoirs (bou-chage, injection, méthodes de filtration…) et sécurisation (notam-ment de la boucle primaire16)

X

Optimisation de la valorisation de l’énergie (cogénération, produc-tion de froid…) X

Développement de technologies et de procédés efficients basse température (80 – 100 °C) pour la production d’électricité : cycles binaires17, identification de nouveaux fluides de travail

X

15. Cycles thermodynamiques pour générer de l’électricité, qui nécessitent une source externe de chaleur et un fluide soumis à différentes transfor-mations (eau, fluide organique, fluide supercritique).16. Le système est composé d’une boucle primaire (production du fluide géothermique et réinjection du fluide) et d’une boucle secondaire (produc-tion d’électricité).17. Cycles avec deux fluides thermodynamiques.

Géothermie

24/25

Axes de recherche prioritairesObjectifs de validation

Avant 2020

2020 2030

Après 2030

B. Technologie EGS

Conception de composants dédiés et optimisés (pompes, équipe-ments tenant jusqu’à 250 °C), utilisation de nouveaux matériaux X

Amélioration des connaissances et de la gestion des phénomènes sismiques (monitoring très haute résolution de la microsismicité, imagerie du réservoir par corrélation de bruit, lien entre déforma-tion asismique et sismique)

X

Diminution des coûts, amélioration des rendements et de la fiabilité de l’ensemble du système (optimisation et développement de tech-nologies innovantes de stimulation, échangeurs innovants)

X

Application des techniques de stimulation aux champs convention-nels, lorsque la perméabilité est trop faible X

Diversification des fluides de travail (CO2…) X

7.4 Transversales

Malgré la spécificité de chaque marché, des priorités de R&D transversales à plusieurs et/ou à l’ensemble des segments de la filière ont été identifiées. Elles sont principalement cen-trées sur la ressource géothermale et sur les innovations en termes d’hybridation des sys-tèmes énergétiques. Ces projets de recherche transversaux pourront porter sur :

• La reconnaissance et la caractérisation des ressources superficielles et profondes en tout point du territoire (objectifs de dévelop-pement de la géothermie, de dimensionne-ment, de qualité…) : outils, logiciels, normes et méthodologies à généraliser, identification des réservoirs profonds et très profonds (respectivement inférieurs et supérieurs à 4 000 mètres de profondeur).

• Amélioration des connaissances sur l’évolu-tion du réservoir et adaptation des modèles de réservoir (interactions fluide/roche, défor-mation, vieillissement, modélisation géophy-sique et géologique 3D), développement de méthodes innovantes de monitoring (fibres optiques, satellitaires, long terme, bas coût…).

• Développement de techniques de forage in-novantes (exploration et première évaluation de la ressource, gestion des boues, compa-cité des machines, organisation et logistique) et de nouveaux équipements de pompage, principalement pour la géothermie profonde.

• Conception et mise au point de systèmes hy-brides chaleur et froid renouvelables (hybri-dation avec solaire et/ou biomasse, cogéné-ration chaleur et froid), principalement pour les PAC et pour l’usage direct de la chaleur.

8 Les besoins de plates-formes technologiques, de démonstra-teurs de recherche et industriels

Dans le cadre d’un plan d’action sur ces priorités de R&D, des outils peuvent émerger et se mettre en place pour lever les principaux verrous technologiques et identifier éventuel-lement de nouvelles priorités de recherche.

Ces outils participent au passage d’un projet de recherche à une étape de développement, de validation voire de préindustrialisation. La taille choisie pour les démonstrateurs de recherche, les démonstrateurs préindustriels et les plates-formes technologiques doit être ajustée pour que les options technologiques, organisation-nelles et économiques proposées puissent constituer de réelles preuves de faisabilité et de pertinence au regard d’un développement industriel et commercial ultérieur. Par ailleurs, les démonstrateurs doivent jouer le rôle d’opé-rations de référence dans le cadre d’une offre nationale et à l’export. Les installations peuvent concerner des expérimentations de compo-sants ou de systèmes complets, des unités de fabrication expérimentales, des plates-formes technologiques d’essai de matériels, l’applica-tion de méthodologies ou services.

Notamment pour la production d’électricité, la mise en place de véritables opérations de référence, à une échelle préindustrielle, voire industrielle, est un véritable enjeu pour le dé-veloppement de la filière et des acteurs impli-qués dans ces installations. Pour améliorer la rentabilité à court terme, de telles opérations pourront combiner des objectifs de recherche à moyen et long terme (récolte de données, études de R&D) avec une production de cha-leur et d’électricité, créatrice de valeur ajoutée.

Une attention particulière doit être accordée aux bilans environnementaux (notamment la réduction globale des émissions de gaz à effet de serre), économiques et sociaux de ces outils.

8.1 Démonstrateurs de recherche et industriels, sites pilotes

Un démonstrateur doit permettre de lever des verrous technologiques liés à la taille d’une installation ou à sa complexité née d’une inté-

gration de systèmes. C’est une étape du pro-cessus de recherche/développement/industria-lisation de technologies, qui se situe en aval de la recherche et en amont des phases d’indus-trialisation ; cette étape peut bien évidemment conduire à identifier de nouvelles priorités de recherche voire relancer des projets de R&D appliquées et/ou fondamentales. Le choix de l’échelle du démonstrateur permet de passer du stade de laboratoire à une taille permettant de valider les technologies en condition d’usages réels. Dans le cas de la filière géothermique, la mise en place de démonstrateurs dans des zones géographiques n’ayant pas d’opérations de taille significative en fonctionnement peut constituer un atout déterminant pour favoriser la visibilité et l’acceptation sociétale de la filière.

8.2 Plates-formes technologiques et sites d’essaiL’objectif d’une plate-forme est d’assurer le transfert technologique entre le secteur de la recherche et le secteur industriel. Elle mutualise des moyens pour offrir des services, des pres-tations ou des ressources afin de permettre à une communauté ouverte d’utilisateurs (publics et/ou privés) de mener à bien leurs projets de R&D et d’innovation. Outre la carac-térisation des performances initiales des dis-positifs géothermiques (rendement, puissance, etc.), la mise en place d’un suivi de l’évolution des performances en fonction du temps et des sollicitations appliquées est indispensable. Ces tests, qui mobilisent sur de longues périodes d’importants moyens techniques et humains, sont par nature coûteux, ce qui en limite l’ac-cès, notamment vis-à-vis des nouvelles socié-tés innovantes. L’émergence de ces structures mutualisées doit se faire en cohérence avec la mise en place des Instituts d’excellence dans le domaine des énergies décarbonées (IEED18).

18. Initiative lancée par France Energie Eolienne, le Syndicat des énergies renouvelables, l’ADEME et Capgemini pour identifier, sensibiliser et rassembler des acteurs actifs et/ou potentiellement intéressés pour investir dans des projets éoliens.

Géothermie

26/27

9 Autres besoins9.1 Formation

L’amélioration des connaissances et la forma-tion de l’ensemble des intervenants potentiels sur la chaîne de valeur de la filière géother-mique (notamment foreurs, installateurs et bureaux d’études thermiques) sont clairement des enjeux clés pour le développement et la multiplication des opérations de géothermie. La mise en place de cursus de formations ini-tiales et continues semble capitale, à la fois pour accompagner la professionnalisation de la filière et des parties prenantes et pour améliorer la faisabilité sociale des opérations de géothermie. Dans cette optique, cette formation doit cou-vrir aussi bien les aspects techniques et l’ingé-nierie que la sensibilisation de l’ensemble des acteurs aux dispositifs de production de cha-leur et d’électricité géothermique.

9.2 Structuration

Dans un objectif de structuration de la filière et de gain en termes de visibilité et d’affichage, l’identification des compétences et atouts industriels français, à l’instar de l’initiative Win-dustry France19 pour le secteur éolien, favori-serait la mise en place et l’accompagnement d’offres intégrées aussi bien sur le territoire national qu’à l’export.

à l’heure actuelle, la filière et les acteurs inté-ressés par la technologie ne disposent pas d’un inventaire des entreprises françaises suscep-tibles d’intervenir en géothermie. Si les princi-pales entreprises spécialisées sont bien identi-fiées, d’autres acteurs, parfois de grande taille (Alstom, Cofor, Schlumberger), pour lesquels la géothermie ne représente qu’une part mo-deste de leur activité, le sont moins. Par ailleurs, des entreprises actuellement peu ou pas impli-quées en géothermie pourraient faire valoir des compétences et un savoir-faire valorisable pour la géothermie dans les bilans carbone et dans le développement d’énergies propres.

9.3 Financement et système de ga-rantie des risques

Dans le cadre de l’accompagnement de la mise en place d’une offre intégrée d’opérations de géothermie par des industriels français pour le

marché à l’export (hors Union européenne), il serait pertinent de mettre en place un ins-trument financier utilisable à l’international, inspiré du fonds SAF Environnement (voir encadré ci-dessous). Ce nouvel outil financier pourrait prendre la forme d’un fonds de garan-tie pour couvrir le risque géologique au cours des phases de préfaisabilité et de faisabilité des opérations haute énergie (production d’élec-tricité et de chaleur). Sa pérennité pourrait être assurée par un système de cotisation aux forages ou de redevance sur l’ensemble de la durée de l’exploitation en cas de succès.

19. Initiative lancée par France Energie Eolienne, le Syndicat des énergies renouvelables, l’ADEME et Capgemini pour identifier, sensibiliser et rassembler des acteurs actifs et/ou potentiellement intéressés pour investir dans des projets éoliens.

Les fonds de garantie

Le problème de la géothermie est au-jourd’hui moins la rentabilité en phase de fonctionnement que le risque géologique pris par le maître d’ouvrage, qui lance un forage sans avoir la certitude qu’il sera exploitable en termes de température ou de débit. Il existe depuis une tren-taine d’années un fonds de garantie long terme, géré par la SAF Environnement (Société auxiliaire de financement), filiale de la Caisse des Dépôts et Consignations, qui intervient sur les forages réalisés en métropole, uniquement pour la produc-tion de chaleur. Il s’agit d’une garantie de pérennité couvrant le risque de détério-ration de la ressource ou de dommages aux installations en cours d’exploitation et le risque de ne pas trouver de res-source exploitable.

En outre, un système de garantie à court et long terme, destiné essentiellement aux particuliers, existe pour la géother-mie très basse énergie : c’est la garantie Aquapac, créée par l’ADEME, le BRGM et EDF et gérée également par la SAF Environnement. La garantie Aquapac couvre le risque d’échec consécutif à la découverte d’une ressource en eau sou-terraine insuffisante pour le fonctionne-ment des installations prévues, ainsi que le risque de diminution ou de détériora-tion de la ressource durant les dix pre-mières années d’exploitation.

Annexe Benchmark international

Cette feuille de route vise à éclairer les choix pour accompagner le développement de la filière géothermie, des structures et technologies à mettre en place et de l’insertion de sa production dans des systèmes énergétiques de plus en plus diversifiés.

Pour cette raison, l’angle d’attaque choisi pour ce benchmark est celui des outils innovants de re-cherche, de démonstration, voire de préindustrialisation, des collaborations entre acteurs ainsi que des dispositifs de soutien (et des budgets) mis en œuvre pour appuyer et accompagner les travaux de recherche et de démonstration.

1. La géothermie au niveau mondial

A. Production de chaleur20

La capacité thermique installée fin 2010 représente 50 583 MW avec une énergie annuelle produite de 121 696 GWh. Elle varie fortement selon les pays. Les plus fortes capacités sont installées dans cinq pays : les États-Unis, la Chine, la Suède, la Norvège et l’Allemagne, pour un total de 60 % de la capacité mondiale. À l’heure actuelle, la majeure partie de la chaleur produite est liée à l’utilisation des pompes à chaleur (35 236 MW soit 69,7 % de la capacité totale installée). Le tableau ci-dessous donne la capacité thermique installée et l’énergie produite des principaux pays acteurs de la filière pour l’année 2010.

B. Production d’électricité21

La capacité totale installée dans le monde pour la production d’électricité s’élève en 2010 à 10 715 MW pour un productible annuel de 67 246 GWh. Elle suit une croissance constante de-puis le début des années 1970 et une forte évolution est envisagée pour les prochaines années (18 500 MW en 2015), notamment grâce à la technologie EGS. Le tableau ci-après donne la capacité installée et l’énergie produite des principaux pays acteurs de la filière pour l’année 2010 et une prévision pour 2015.

PaysCapacité installée Énergie annuelle produite

MW GWh

France 1 345 3 591

Allemagne 1 500 3 546

Suède 4 460 12 584

Norvège 3 300 7 000

Chine 8 898 20 931

États-Unis 12 611 15 710

20. Lund J.W., Freeston D.H., Boyd T.L., “Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide Review”, Proceedings World Geothermal Congress 2010, Indonesia, 25-29 April 2010. 21. Bertani Ruggero, “Geothermal power generation in the world 2005-2010 update report”, Proceedings World Geothermal Congress 2010, Indonesia, 25-29 April 2010.

Géothermie

28/29

PaysCapacité installée

en 2010Energie produite

en 2010Prévision pour 2015

MW GWh MW

France 16 95 35

Allemagne 6,6 50 15

Islande 575 4 597 800

Italie 843 5 520 920

Turquie 82 490 200

Russie 82 441 190

Indonésie 1 197 9 600 3 500

Japon 536 3 064 535

Philippines 1 904 10 311 2 500

États-Unis 3 093 16 603 5 400

Chine 24 150 60

États-Unis

Le programme Geothermal Technologies Pro-gram (GTP) de recherche et développement a pour objectif, en partenariat avec les industriels, les organismes de recherche et le département américain de l’énergie (Department of Energy, DOE) d’améliorer les techniques de caracté-risation, d’exploration, de mobilisation et d’ex-ploitation des ressources géothermales.

Ce programme est axé sur cinq priorités de R&D : technologie EGS, usage direct de la cha-leur, ressources basse température, analyse des systèmes et intégration des technologies. Il s’est fixé, à court terme (2014-2016), les objectifs chiffrés suivants :

• développer et valider des techniques inno-vantes d’exploration pour confirmer le po-tentiel de capacité géothermique de 400 MW d’ici à 2014, identifier les meilleures pratiques d’exploration qui permettent d’abaisser les coûts ;

• pour des ressources basse température et des systèmes de cogénération, tirer parti des installations souterraines et de surface des in-

dustries pétrolières et gazières pour démon-trer la possibilité de produire de l’électricité géothermique à un coût de 0,06 € par kWh d’ici à 2016 et d’installer une puissance de 3 GW à l’horizon 2020 ;

• pour la technologie EGS, démontrer la faisa-bilité d’une unité de production d’électricité géothermique d’une puissance de 5 MW, pour une durée minimale de cinq ans, d’ici à 2020, avec comme objectif pour 2035, un coût entre 0,05 et 0,08 € par kWh.

Pour atteindre ces objectifs, le programme GTP suit un scénario en trois points :

• mettre en place un large éventail de sources d’énergie géothermique à court et moyen terme (basse température, bassins profonds à forte pression, ressources dans des bassins sédimentaires perméables et/ou non connus à ce jour), tout en maintenant des travaux de R&D sur les technologies géothermiques améliorées et les systèmes dans un objectif à plus long terme ;

• inciter les partenariats entre les industries, les laboratoires nationaux, les universités, les

gouvernements fédéraux et provinciaux et les partenaires internationaux pour agran-dir la communauté des parties prenantes et mobiliser le maximum de ressources ;

• développer des actions de formation, d’édu-cation à l’énergie géothermique, à ses intérêts et mettre en place des mécanismes partici-patifs.

Comme de nombreuses autres filières éner-gétiques, la géothermie a bénéficié d’investis-sements importants (273 M€ avec une part importante sur la technologie EGS et les tech-nologies innovantes d’exploration) à la suite de la promulgation du plan de relance américain de 2009 (American Reinvestment and Recovery Act, ARRA). Par ailleurs, le programme GTP bénéficie d’un budget annuel qui croît d’année en année (32 M€ en 2010, 41 M€ en 2011 et 75 M€ prévus en 2012). La recherche sur la technologie EGS en est le principal bénéficiaire. Début 2011, sept projets de démonstration de cette technologie sont en cours pour valider sa faisabilité pour des conditions géologiques très différentes. Dans le cadre de la thématique « analyse des systèmes », 25 M€ ont été investis pour développer et alimenter une base de don-nées nationale sur les ressources géothermales, en partenariat avec le U.S. Geological Survey.

Par ailleurs, le DOE soutient le déploiement de projets énergétiques propres et innovants en fournissant aux porteurs de projets des garan-ties de prêts. Le Trésor peut effectuer des paie-ments directs aux entreprises qui participent ou investissent dans des unités de production d’énergies renouvelables, en lieu et place des crédits d’impôt. Enfin, le DOE a également proposé des crédits d’impôt pour favoriser l’investissement dans des nouveaux projets énergétiques, accompagner le renouvellement d’installations domestiques peu performantes au niveau énergétique, stimuler la croissance économique, créer des emplois et réduire les émissions de gaz à effet de serre.

3. Union européenne

à la suite de la constitution de l’Alliance pour la recherche européenne pour l’énergie (Euro-pean Energy Research Alliance, EERA) par des organismes de recherche européens, le pro-

gramme conjoint sur la géothermie (Joint Pro-gramme on Geothermal Energy, JPGE) s’est mis en place avec comme objectif, pour les dix pro-chaines années, le développement et la mise en œuvre de technologies innovantes et fiables pour :

• améliorer significativement la production à partir de ressources déjà identifiées et utili-sées ;

• explorer à grande échelle de nouveaux sys-tèmes hydrothermaux situés en profondeur encore inexploités ;

• rendre opérationnelle la technologie EGS pour un déploiement à grande échelle ;

• accéder à de nouvelles ressources à haut potentiel telles que les fluides supercritiques et les systèmes magmatiques ;

• améliorer la durabilité environnementale et l’acceptabilité sociale des projets géother-miques.

A. Islande

Le gouvernement finance le projet Iceland Deep Drilling Project (IDDP) à hauteur d’envi-ron 2 M€ (342 millions de couronnes islan-daises) pour accompagner le développement et favoriser les innovations dans le secteur de la géothermie. L’objectif principal est d’étudier la faisabilité (technique et économique) de l’ex-traction d’énergie de systèmes hydrothermaux dans des conditions supercritiques.

Le plan directeur pour les ressources énergé-tiques géothermales et hydrauliques en Islande a pour objectif de classer et d’évaluer l’impact éventuel des projets sur l’économie et l’envi-ronnement. Trois modifications importantes ont été apportées récemment au cadre régle-mentaire sur l’énergie en Islande :

• La propriété des ressources ne peut plus être vendue par l’État ou les municipalités, les droits d’utilisation peuvent cependant être loués à un promoteur pour un maximum de soixante-cinq ans avec une possibilité d’ex-tension. Les redevances pour l’utilisation sont déterminées par le Premier ministre.

• Les producteurs d’électricité sont en concur-rence sur un marché ouvert en Islande. C’est pourquoi les centrales de cogénération sont

Géothermie

30/31

obligées de tenir des comptes séparés pour la production de chaleur et d’électricité pour éviter les subventions croisées de l’électricité.

• L’autorité nationale pour l’énergie (Orkus-tofnun, the National Energy Authority) peut accorder des licences au nom du ministère de l’Industrie.

L’énergie géothermique joue un rôle important en fournissant à la nation une énergie propre et fiable. Elle est fondamentale pour l’écono-mie, ainsi que le bien-être et l’indépendance islandaise. L’élaboration de politiques efficaces et un contrôle officiel du développement géo-thermique est cruciale pour assurer une durée de vie à long terme de la ressource.

B. Suisse et Allemagne

Le Centre d’hydrogéologie et de géothermie de l’université de Neuchâtel (CHYN) est un des membres de l’Alliance pour la recherche européenne pour l’énergie et participe désor-mais à son programme en matière d’énergie géothermique.

Le centre international de géothermie de Bo-chum (Allemagne) a signé début octobre 2010 un traité de coopération avec l’Institut des sciences de la terre et d’ingénierie de l’univer-sité d’Auckland en Nouvelle-Zélande (Institute of Earth Science and Engineering, IESE) afin de développer des projets communs dans les nouvelles technologies ainsi que des échanges d’étudiants et doctorants.

4 Australie

Les gouvernements successifs ont favorisé et souhaitent encore favoriser le développement d’une nouvelle industrie géothermique via le financement d’opérations de démonstration, de programmes de R&D et de diffusion d’in-formations sur les ressources géothermiques nationales. Le Département des ressources, de l’énergie et du tourisme (Department of Resources, Energy and Tourism, DRET) coor-donne plusieurs programmes pour accompa-gner le développement de la filière :

• le programme Geothermal Industry Develop-pement Framework (GIDF) a pour objectif d’accélérer le développement de l’énergie

géothermique en Australie en élaborant notamment une feuille de route qui liste les recommandations et avancées nécessaires pour atteindre l’objectif fixé ;

• le programme Renewable Energy Demonstra-tion Program (REDP), d’un montant de 321 M€ (435 millions de dollars australiens), a pour objectif de favoriser la commercialisa-tion et le déploiement de nouvelles techno-logies de production d’électricité renouve-lable en finançant des démonstrateurs (en partenariat avec des industriels) à l’échelle commerciale ;

• le programme Geothermal Drilling Program (GDP), d’un montant de 37 M€ (50 millions de dollars australiens), fournit une assurance aux industriels s’impliquant dans le déve-loppement de l’énergie géothermique et investissant dans des projets comportant une phase de forages de puits géothermiques.

Pour faire suite à un besoin identifié de réo-rientation du développement de l’énergie géothermique en Australie, des organismes de recherche se sont associés pour travailler de façon plus étroite au sein de l’initiative de recherche géothermique (Geothermal Research Initiative, GRI). Ce programme favorise des acti-vités de recherche pour identifier et travailler sur les verrous technologiques, et s’efforce de le faire en coopération avec les industriels. Par une mise en réseau des centres universitaires, des industriels et des agences nationales, GRI est le point focal pour l’industrie et le gouver-nement pour tirer parti des avancées techno-logiques permises par les travaux de recherche. Des liens vers l’international sont également mis en place.

L’Australie est un des membres fondateurs du partenariat international pour la technologie géothermique (International Partnership for Geothermal Technology, IPGT) avec les États-Unis et l’Islande. Ce partenariat, lancé en 2008, a pour objectif d’accélérer le développement de la technologie EGS à travers des coopéra-tions internationales. L’IPGT propose un forum pour les gouvernements et les industriels pour coordonner leurs efforts et collaborer sur des projets. Le comité de pilotage est composé de membres des gouvernements et d’industriels de chacun des pays membres. La démarche consiste, dans un premier temps, à identifier les besoins technologiques prioritaires pour les industriels (pompes, forages, composants haute température) puis de soutenir, dans un parte-nariat public-privé, des projets de recherche et de développement sur des solutions technolo-giques innovantes permettant de répondre à ces besoins.

5. Indonésie

Le gouvernement a maintes fois affirmé son engagement de développer l’énergie géother-mique comme une alternative à sa forte dé-pendance au charbon et au pétrole.

L’Indonésie a une capacité estimée de res-sources géothermiques de 28 GW, soit environ 40 % de la capacité mondiale. Mais une grande

partie de cette ressource est située dans des zones boisées. Dans les dernières propositions, le pays prévoit une puissance de 4 GW pour l’énergie géothermique en 2015 et 9,5 GW en 2025.

Sur la base de l’actuelle loi sur les zones fores-tières, la seule intervention humaine permise dans les forêts de conservation doit relever de l’enseignement ou de la recherche. Le gou-vernement a insisté sur le fait que la modifi-cation de la loi pour permettre le forage de puits géothermiques dans les aires protégées est acceptable parce qu’il ne causerait pas de déforestation à grande échelle.

Le ministère indonésien de l’Energie et des Ressources minérales a provisionné 29 M€ pour couvrir les risques d’exploration géother-mique et pour aider à relancer les investisse-ments dans des projets géothermiques.

6. Chine

De nombreux objectifs sont affichés par les au-torités chinoises comme ramener, avant 2010, le niveau de pollution à celui de 1995, diviser par deux l’émission de dioxyde de soufre avant 2010. La part des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique chinois devrait ainsi passer de 7 % à 15 % d’ici à 2020, avec un ob-jectif final de 40 % d’ici à 2040.

Géothermie

32/33

Depuis 2003, le gouvernement chinois autorise les investisseurs étrangers à acquérir des parts dans les réseaux de chaleur. En 2005, il a été décidé d’élargir cette autorisation afin que les investisseurs étrangers puissent être majori-taires dans les réseaux de chaleur du Nord-Est de la Chine.

Les ressources géothermiques de la Chine sont abondantes et réparties sur l’ensemble du territoire. Environ 250 zones potentielles de géothermie haute énergie ont été reconnues, en particulier au Tibet, dans les provinces du Sichuan et du Yunnan et à Taïwan. Le poten-tiel national pour la production d’électricité est estimé entre 2 000 et 10 000 MW selon les sources. Les zones potentielles de géother-mie basse et moyenne énergie sont encore plus nombreuses et réparties à travers tout le pays. Les provinces côtières du Sud-Est et les régions situées au nord-est et sud-est de Pékin possèdent des ressources liées à des circula-tions profondes. On recense aussi neuf bassins sédimentaires possédant des aquifères dont la température varie de 40 à 100 °C.

7. Japon

Le gouvernement japonais accorde des subven-tions financières au secteur privé pour le déve-loppement des énergies nouvelles et des tech-nologies industrielles (New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO). Pour les opérations de forage de puits d’explo-ration, des subventions à hauteur de 50 % des frais ont été mises en place, subventions qui doivent être remboursées si le puits est exploi-table. Pour les forages de puits de production et/ou d’injection et la construction d’installa-tions telles que les pipelines liés aux centrales électriques, la subvention est de 20 %. Pour

accompagner le développement des nouvelles centrales géothermiques à fluides binaires, une subvention de 30 % des frais engagés est pro-posée. Hormis la NEDO, différentes organisa-tions participent au développement de la filière et financent des projets de géothermie :

• l’institut AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) mène un large éventail de recherches géothermiques : cartographie des ressources régionales, techniques d’exploration géophysique et géochimique, modélisation des réservoirs et techniques de gestion des projets, étude des roches sèches et chaudes ;

• la société GRSJ (Geothermal Research So-ciety of Japan), une association académique, composée principalement d’universitaires, de chercheurs et d’ingénieurs d’entreprises spécialisées dans la géothermie, organise des conférences, des séminaires scientifiques et l’édition de revues constituées de documents de recherche en géothermie et en sciences de l’ingénieur.

www.ademe.fr www.ademe.fr

ADEME20, avenue du GrésilléBP 90406 49004 Angers Cedex 01

L’ADEME en bref

L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de

l’Energie (ADEME) participe à la mise en œuvre

des politiques publiques dans les domaines de

l’environnement, de l’énergie et du développe-

ment durable. Afin de leur permettre de pro-

gresser dans leur démarche environnementale,

l’agence met à disposition des entreprises, des

collectivités locales, des pouvoirs publics et du

grand public, ses capacités d’expertise et de

conseil. Elle aide en outre au financement de

projets, de la recherche à la mise en œuvre et

ce, dans les domaines suivants : la gestion des

déchets, la préservation des sols, l’efficacité

énergétique et les énergies renouvelables, la

qualité de l’air et la lutte contre le bruit.

L’ADEME est un établissement public sous la

tutelle du ministère de l’écologie, du dévelop-

pement durable et de l’énergie et du ministère

de l’enseignement supérieur et de la recherche.

Réf

: 73

12 I

ISBN

978

-2-3

5838

-205

-2 I

Sept

embr

e 20

11 I

Cré

dit P

hoto

: ©A

rnau

d Bo

uiss

ou/©

IPR/

©La

uren

t Mig

naux

/MET

L-M

EDD

EKO

SSU

TH

Com

mun

icat

ion