les enjeuxdes

Géosciences

La géothermieQuelles technologies pour quels usages ?

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La géothermieQuelles technologies pour quels usages ?

2e édition

Collection “Les enjeux des Géosciences”

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Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

PARTIE I LA GÉOTHERMIE, UNE ÉNERGIE EXEMPLAIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Introduction Une énergie du développement durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Partout présente pour des usages variés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Propre et durable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Locale et discrète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Régulière et disponible 24 h sur 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Économique et innovante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Chapitre I.1 La chaleur de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Le gradient géothermal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8L’origine de la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8De la chaleur aux frontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9De la chaleur dans le proche sous-sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Chapitre I.2 La géothermie pour les usages domestiques et tertiaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Le boom des pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Les capteurs horizontaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Les sondes géothermiques verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Les champs de sondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Les fondations thermoactives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Les puits canadiens ou provençaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Les pompes à chaleur géothermiques sur aquifères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Le géocooling pour refroidir les bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Chapitre I.3 L'usage direct de la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Capter le fluide géothermal par forage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Pomper l'eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Récupérer la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Réinjecter l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Le concept de doublet géothermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Des traitements anti-corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Bien gérer les réservoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Chapitre I.4 Produire de l’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21Près de 10 000 MW dans le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21De l’électricité en zone active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22De l’électricité à partir des systèmes géothermiques stimulés (EGS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Chapitre I.5 Des applications très diverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Du bain de boue à la turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Géothermie et agriculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Géothermie et pisciculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Géothermie et industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Géothermie et loisirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Géothermie et “snow melting” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Géothermie et dessalement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

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Sommaire

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Chapitre I.6 L’avenir de la géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Un contexte politique international favorable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Croissance de la production de chaleur par géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Une production d’électricité par géothermie en légère hausse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Les perspectives technologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

PARTIE II LA GÉOTHERMIE EN FRANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Chapitre II.1 Le contexte de la géothermie en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Répondre aux objectifs du Grenelle de l’environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Les acteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Les aspects réglementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Les aides et les dispositifs financiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Chapitre II.2 Les usages domestiques et tertiaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43La croissance du marché des pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43QualiPAC, la référence qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43La démarche QualiForage pour les sondes verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43La plate-forme expérimentale pour les pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Inventorier les aquifères superficiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Quelques exemples de réalisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Chapitre II.3 Les réseaux de chaleur et autres usages directs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48Des ressources importantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Une filière qui repart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4830 000 nouveaux logements chauffés par géothermie en 2013 en Ile-de-France . . . . . . . . . 49L’opération d’Orly-Choisy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Le triplet de Sucy-en-Brie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Le Bassin aquitain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Les autres ressources : Alsace, Limagne, Bresse, Sud-Est, Hainaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Un centre technique d'appui pour la géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Chapitre II.4 La production d’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55La géothermie dans les départements d’outre-mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55De l'électricité géothermique en Guadeloupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Coopération régionale dans la Caraïbe à partir de la Dominique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Reconnaissance géothermique à La Réunion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57L'électricité du futur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58À Soultz-sous-Forêts, le plus grand projet EGS dans le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Présentation de l’ADEME et du BRGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61Pour en savoir plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

Morne aux Diables

La SoufrièreBouillante

GUADELOUPE

Marie Galante

Les Saintes

La Désirade

DOMINIQUE

MARTINIQUE

Morne Diablotins

Vallée de la Désolation

Volcanisme de Plat-Pays

Montagne Pelée

SoufrièreMorne des Anglais

Morne des trois Pitons

0 100 km

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59 kmprofondeur maximum 1 500 m

54 kmprofondeur maximum 720 m

Câble sous-marin

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Sommaire

Partie I

La géothermie, formidableréservoir de chaleur installésous nos pieds, offre uneénergie renouvelable pour lechauffage et le refroidissementdes habitations, la climatisationdes serres agricoles, les processindustriels, l’alimentation des réseaux de chaleur,la production d’électricité…

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La chaleur de la Terre

La géothermie pour les usagesdomestiques et le tertiaire

L’usage direct de la chaleur

Produire de l’électricité

Des applications très diverses

L’avenir de la géothermie© Co

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6

Une énergie du développement durable

Introduction

Partout présente pour des usages variésÀ la différence des énergies fossiles,concentréesen quelques sites particuliers de la croûte ter-restre, la géothermie est présente dans tous les

sous-sols et sous tous les climats. Ses usagessont variés, car elle présente une large gammede températures et de profondeurs.À faible pro-fondeur, en tout point du globe, associée à unepompe à chaleur, elle peut servir au chauffageet au refroidissement des habitations. Plus en

La géothermie est porteuse d'un potentiel immense pour notre développementresponsable et durable. Elle participe à notre indépendance énergétique pour les besoins de chauffage et de refroidissement du secteur domestique et tertiaire,l’alimentation des réseaux de chaleur et la production d'électricité.

7

Une énergie du développement durable

profondeur et selon la structure des formationsgéologiques ou la composition des roches, cetteénergie sera plus ou moins facile à extraire avecdes technologies maîtrisées, permettant d'au-tres usages comme la production d'électricité.

Propre et durable La géothermie produit peu de rejets, c’est uneénergie propre qui ne participe pas à la dégrada-tion du climat et qui ne nécessite pas de trans-port ni de stockage de substances polluantes oudangereuses. Elle est inépuisable à l’échellehumaine. En profondeur, la Terre dispose d'unstock global de chaleur énorme et à sa surface,le sol est réchauffé par le rayonnement solaireet la migration des eaux de pluie.

Locale et discrètePar nature, la géothermie est une énergielocale, à valoriser sur place, sous forme deproduction d’électricité ou de chaleur. Les ins-tallations requises sont en général compac-tes avec très peu d'emprise au sol. Cette res-source peut être facilement adaptée auxbesoins en énergie d'un particulier, d'uneentreprise ou d'une collectivité.

Régulière et disponible 24 h sur 24La géothermie n'est pas tributaire des condi-tions climatiques, comme le sont l'énergiesolaire ou l’énergie éolienne. Elle ne dépend quedes caractéristiques intrinsèques du sous-sol(gradient géothermique, perméabilité * desroches...), une constance qui assure une granderégularité dans sa mise en œuvre. Ainsi, le tauxde disponibilité des centrales géothermiquesélectriques est de 90 % en moyenne et peutatteindre 100 % pour les réseaux de chaleur etles pompes à chaleur géothermiques.

Économique et innovanteAvec un prix de revient réel compétitif et uncoût d'exploitation faible, la géothermie estl'une des énergies renouvelables les plus ren-tables. Elle participe à l’indépendance éner-gétique pour la production d'électricité, lechauffage, la production d'eau chaude sani-taire, ou le refroidissement. Elle est égale-ment innovante. En effet, différentes techno-logies sont à l'étude, comme les systèmesgéothermiques stimulés (EGS) qui consistentà stimuler artificiellement un gisement géo-thermique pour produire de la chaleur ou del'électricité à l'échelle industrielle, ou encoreles systèmes binaires qui permettent désor-mais la production d’électricité à partir deressources à relativement basse température(aux alentours de 100 °C).

Introduction

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LA GÉOTHERMIE EST DIVERSIFIÉE :

les utilisations de la géothermie varient en fonction de la profondeur. Elles sont très nombreuses : chauffage urbaincollectif par réseau de chaleur, chauffage de logements individuels,de piscines, de serres, usages industriels, chauffage par pompe à chaleur, production d'électricité…

Géothermie, nomd'origine grecque :

“Gê” qui veut dire Terreet“Thermê”qui signifiechaleur.La géothermie estl'énergie thermiquecontenue dans la Terreet, par extension, cemot désigne aussi l'en-semble des procédésqui permettent l'ex-traction et la valorisa-tion industrielle decette chaleur interne.

* Cf. glossaire p. 61

Ce n'est pas sans raison que les anciens ont placé l'enfer et son feu purificateur aucentre de notre planète. Sous nos pieds, la Terre est chaude, et même de plus en pluschaude à mesure que l'on s'enfonce dans ses entrailles.

Le gradient géothermalExpérimenté concrètement par des géné-rations de mineurs de fond, la hausse detempérature liée à l'augmentation de laprofondeur est appelée “gradient géother-mal”. Il augmente en moyenne de 3,3 °Cpar 100 mètres. Le flux d'énergie thermi-que à l’origine de ce gradient est de l'ordrede 60 milliwatt* par m2 (mW/m2). Maisces valeurs peuvent être nettement supé-rieures dans certaines zones instables duglobe, et même varier de façon impor-tante dans les zones continentales sta-

8

bles. Ainsi, le gradient géothermal est enmoyenne de 3,3 °C en France, et varie de10°C/100 m dans le nord de l'Alsace à seu-lement 2°C/100 m au pied des Pyrénées.

L’origine de la chaleurContrairement à une idée largement répan-due, l'essentiel de la chaleur dégagée par

notre globe n'a pas pour principal respon-sable le refroidissement de son noyau, lesroches intermédiaires étant de très mau-vais conducteurs de chaleur.On considère en fait, qu'il existe deuxphénomènes principaux qui expliquentl'origine de la chaleur rencontrée dans la

croûte terrestre : la désintégration des élé-ments radioactifs présents dans les rocheset – dans une beaucoup plus faible mesure –le refroidissement correspondant à la dissi-pation de l'énergie dite primitive accumuléelors de la formation de la Terre.On estime que la désintégration des élé-ments radioactifs présents dans la croûteterrestre – uranium, thorium, potassium, etc.

On distingue trois enveloppes principales dans la structure du globe.Au centre, sur un rayon de 3 470 km, un alliage de fer et de nickel, solide aucœur et liquide autour, forme le “noyau”, qui représenteseulement 16 % du volume total mais 67 % dela masse terrestre.Il est entouré du “manteau” sur uneépaisseur de 2 900 km.Riche en sili-cate de fer et magnésium, lemanteau représente plus de 80 % du volume du globe.Enfin,vient l'écorce ou “croûte”,enveloppe moins dense dontl'épaisseur varie grandement,puisqu'elle atteint entre 30 et70 km dans les zones continen-tales pour seulement 20 km sousles océans, et seulement quelqueskilomètres au niveau des dorsales etdes rifts.L'écorce et la partie supérieure du manteauconstituent la lithosphère. Cet ensemble rigide,divisé en plusieurs plaques, flotte sur une couche inférieure du manteau :l'asthénosphère.

La structure interne du globe

Prof. P(m)

Moyenne France : 3,3 °C

Température (°C)

3 000

2 0001 800

1 650

50 56 85 100 150 200

1 000

Dogger

g = 2 °C/100 m g = 3 °C/100 m

g = 10 °C/100 m

Le gradient géothermique : T = T0 + (g x P/100)T : température de la ressourceT0 : température annuelle moyenne locale (environ 12 °C)g : gradient géothermique P : profondeur

Chapitre I.1

9

La chaleur de la Terre Chapitre I.1

CARTE DES FRONTIÈRES ACTIVES

DE PLAQUES LITHOSPHÉRIQUES.

Dans ces zones le flux dechaleur y est plus élevé ; lemagma remonte à la surfaceet réchauffe les roches qui

l'entourent. En rougesont représentées

les chaînes devolcans.

LE MOUVEMENT DES PLAQUES

LITHOSPHÉRIQUES :

zone d'expansion le long d'unedorsale océanique (au centre),zones de subduction aveccréation d'une cordillère (à droite) ou d'un arc insulaire(à gauche). Les zones de riftcontinental et de point chaudocéanique sont égalementfigurées.

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vements de convection lents et réguliers.C'est essentiellement à la frontière de cesplaques – et plus généralement dans leszones fragiles de l’écorce – que le magmapeut se glisser et remonter, donnant nais-sance aux intrusions plutoniques et auxvolcans. Dans ce cas précis, la chaleur se dis-sipe essentiellement par convection ; cetransfert d'énergie est beaucoup plus effi-cace. Les gradients peuvent atteindre 30 °Cpar 100 m.

– représente à elle seule plus de 90 % del'énergie dissipée. La chaleur émise par la fis-sion varie avec la composition chimique desroches : elle est environ trois fois plus élevée,par exemple, pour les granites que pour lesbasaltes. Elle varie aussi selon l'âge desroches, raison pour laquelle les gradientsgéothermiques sont plus élevés dans lesplates-formes jeunes, comme en France eten Europe du Sud, que dans les soclesanciens, comme en Scandinavie.

De la chaleur aux frontièresDans certains lieux, le flux de chaleur estplus élevé qu'ailleurs. Ce phénomène s'ex-plique : le magma est parvenu à remontervers la surface, en réchauffant au passageles roches qui l'entourent. La lithosphère(l'écorce et la couche supérieure du man-teau) est fragile (cassante) et est loin d'êtreune surface homogène. Elle est constituéede douze plaques principales (et plusieursautres petites) qui flottent sur une coucheplus fluide, l'asthénosphère, dotée de mou-

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La géothermie, une énergie exemplairePartie I

La géothermie fait appel à de nombreux savoir-faire géoscientifques enmatière de recherche et développement qui s'appuient sur des équipes pluri-disciplinaires dont les principales compétences sont :• la réalisation de synthèses pluridisciplinaires pour caractériser une res-

source géothermale dans une région donnée ;• le suivi géologique des cuttings, carottes, diagraphies de forages d'explo-

ration ou de production géothermique ;• le suivi géochimique des fluides (eau, gaz) sur forages et les analyses

chimiques et isotopiques des eaux thermales et des gaz dans les sols ;• la caractérisation, l'analyse, l'interprétation et la modélisation de la frac-

turation en domaine cristallin pour les systèmes géothermiques stimu-lés EGS ;

• l'exploration géophysique des ressources haute-énergie par différentesméthodes géophysiques (magnétotellurie, gravimétrie, magnétisme solet aéroporté, sismique côtière, sismique large bande) pour réaliser l'ima-gerie 3D de champs géothermiques ;

• la surveillance des sites géothermiques par des méthodes géophysiques(données sismologiques, gravimétriques, géodésiques et électriques) ;

• le développement d'outils de calcul et de méthodologies pour la modéli-sation numérique des écoulements et des transferts souterrains ;

• la caractérisation du comportement et des impacts des systèmes exploi-tant les ressources des aquifères profonds ;

• les modélisations thermo-hydromécaniques de stimulations hydrauli-ques pour les systèmes EGS ;

• l'étude géochimique des processus d'interaction eau-roche-gaz qui ontlieu dans les réservoirs géothermiques ;

• la réalisation de tests de traçage utilisant des traceurs chimiques pourévaluer l'état des connexions hydrauliques entre forages ainsi que pourestimer la capacité des réservoirs étudiés et les vitesses de circulationdes fluides.

Géosciences et géothermie

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Calcul du potentiel géothermique de la Limagne (France) en simulant la température du sous-sol par laméthode des éléments finis.

De la chaleur dans le prochesous-solÀ la très proche surface de la Terre, à quelquesmètres de profondeur, l'énergie du sol provientpour l'essentiel du rayonnement solaire et dela migration des eaux de pluie dans le sol.C'estcette énergie inépuisable et permanente querécupèrent les pompes à chaleur géotherma-les sur capteurs horizontaux et verticaux(appelés aussi sondes verticales géothermi-ques) ou encore sur aquifères* superficiels.

LA CHALEUR DU PROCHE SOUS-SOL.

Le rayonnement solaire et les conditions climatiques ontune influence sur la température terrestre des premiersmètres du sous-sol. Au-delà, l'énergie géothermaleprovient de la chaleur stockée depuis des millions d'annéesdans l'écorce terrestre. La quantité moyenne d'énergie desroches de la croûte terrestre par km3 représente environ 15 millions de tep.

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Depuis quelques années on assiste à une très forte croissance de l'utilisation de la chaleur du sol pour les maisons individuelles, le petit collectif et le tertiaire,notamment par la mise en œuvre de pompes à chaleur géothermiques sur capteurshorizontaux, sur sondes verticales ou sur aquifères superficiels.

L’exploitation de gisements situés à faibleprofondeur peut se faire selon deux métho-des :soit par échange avec le sol ou le sous-sol(chaleur du sol), soit en utilisant des aquifèrespeu profonds (chaleur issue de l'eau souter-raine).Une fois cette chaleur prélevée, la pompe àchaleur géothermique transfère cette énergievia un fluide “caloporteur” au bâtiment àchauffer. Pour fonctionner, le compresseur dela pompe à chaleur géothermique doit êtreentraîné par un moteur électrique, mais pour1 kilowattheure* (kWh) d'énergie électriqueconsommée, la pompe à chaleur extrait 2 à3 kWh du sous-sol et restitue donc 3 à 4 kWhde chaleur pour chauffer le bâtiment.Il existe des pompes à chaleur réversibles quipeuvent fournir du froid en été, certainespeuvent même assurer une productionsimultanée de chaud et de froid. L'été, lesystème d'échange avec le sous-sol offredes possibilités de refroidissement quasi-gratuites (géocooling*, cf. p. 15).Les pompes à chaleur géothermiques se des-tinent au chauffage et au refroidissement detous types de bâtiments du petit collectif autertiaire : maisons individuelles, lotissements,centres commerciaux, hyper et supermar-chés, cliniques et hôpitaux, écoles, immeu-bles de bureaux, hôtels, salles polyvalentes,musées, salles de concert, serres, etc.

Le boom des pompes à chaleur Depuis les années 90, on assiste en Europe eten Amérique du Nord, à un très fort dévelop-pement des systèmes de chauffage associantla géothermie très basse température à despompes à chaleur. Le parc d’installations a

Chapitre I.2

PUISSANCES GÉOTHERMIQUES

INSTALLÉES DES PAYS DE L’UNION

EUROPÉENNE :

Les pompes à chaleurgéothermiques, en fortecroissance, représentent unegrande part de l’utilsation de la géothermie en Europe.

plus que doublé ces 5 dernières années.En 2007,on estimait le nombre d’unités instal-lées en Europe à près de 600 000, représen-tant une puissance thermique installée de l’or-dre de 7 300 MW*, avec des ventes annuellesqui dépassent la barre des 100 000 unités. LaSuède dispose du parc le plus important avec270 000 unités (2 400 MW) ;elle est suivie parl’Allemagne :90 000 unités (1 000 MW) et parla France : 84 000 unités. Viennent ensuitel'Autriche avec un parc de 40 200 unités et laFinlande, 34 000.

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

Les capteurs horizontauxLes capteurs sont constitués de tuyaux enpolyéthylène enterrés horizontalement àfaible profondeur (de 60 cm à 1,2 m) danslesquels circule un fluide caloporteur. D’unelongueur de plusieurs centaines de mètres,ils sont installés en boucles distantes de40 cm sur le terrain jouxtant le bâtiment àchauffer, à plus de 2 m des arbres et à aumoins 1,50 m des réseaux enterrés nonhydrauliques. La surface des capteurs néces-saire est de 1 à 2 fois la surface habitable àchauffer, en fonction du degré d'isolation.Les capteurs horizontaux peuvent équipertrois types de pompe à chaleur : à détentedirecte, à fluides intermédiaires ou mixte (cf. encadré p. 14). La puissance thermiquerécupérable est de l’ordre de 15 à 20 W parmètre linéaire (m/l).

Les sondes géothermiquesverticalesLes capteurs verticaux sont constitués d’uneou de plusieurs sondes verticales qui vontpuiser l’énergie contenue dans le sous-sol.Uncapteur (tube en U, ou double U en polyéthy-lène) contenant un fluide caloporteur estdescendu dans un forage à une profondeurpouvant aller jusqu’à 200 m. Seules les PAC àfluides intermédiaires (cf. encadré p. 14) peu-vent être équipées de capteurs verticaux. Lapuissance prélevée est en moyenne de50 W/ml (35 à 80 W/ml en fonction de lanature des terrains traversés).L'installation des sondes géothermiquesrelève d'une entreprise de forage qualifiée(engagée dans une démarche qualité,comme QualiForage en France). Il convientégalement de respecter les procédures admi-nistratives concernant la protection du sous-sol et de la ressource en eau.Le forage vertical demande peu d'espace ets'applique facilement en milieu urbain.

Les champs de sondesPour les bâtiments de grande taille, plusieurssondes géothermiques, espacées d’une petitedizaine de mètres pour une profondeur pou-vant parfois atteindre plus de 200 m peuventêtre réalisées sur un même site.Dans ce volume parallélépipédique délimitéet sans interférence avec le voisinage, l’exploi-

LES CAPTEURS HORIZONTAUX ET LES

SONDES VERTICALES.

La longueur totale des tubesd’un capteur horizontaldépasse plusieurs centaines demètres. Ils sont repliésen boucles distantes d’au moins40 cm. On estime la surface decapteurs nécessaire de 1 à 2 foisla surface habitable à chauffer.À droite :Deux sondes géothermiquesverticales disposées chacunedans un forage d’environ 70 mde profondeur et distantesd’au moins 10 m, peuventconvenir pour chaufferune maison de 120 m2 (enfonction de la zone climatiqueet de l’isolation de la maison).

Avant de se lancer dans un projet de pompe à chaleur dans un bâtiment existant,il est conseillé de réaliser un Diagnostic de Performance Énergétique (DPE). Cebilan permet d’estimer la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effetde serre d'un logement et de cibler les travaux les plus efficaces pour y économi-ser l’énergie. Il faut noter que ce DPE est obligatoire lors de toute mise en vente oulocation d’un logement. Rappelons que le chauffage représente les deux tiers dela consommation d’énergie d’un logement, il faut – avant toute installation depompe à chaleur – s'assurer de l'efficacité de l'isolation de sa maison, en particu-lier le toit, les fenêtres, les murs et le plancher. Il faut aussi vérifier l’adéquation desémetteurs de chaleur (radiateurs basse température, planchers chauffants, etc.

Un préalable : le diagnostic de performance énergétique

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Chapitre I.2La géothermie pour les usages domestiques et tertiaires

Une PAC est une machine thermodynamique quipuise la chaleur d’un milieu naturel appelé“source froide” (eau, air, sol) dont la températureest inférieure à celle du local à chauffer. Elletransfère ensuite cette énergie au fluide calopor-teur afin d’assurer le chauffage et souvent aussila production d’eau chaude sanitaire. Pour lesapplications géothermiques, on utilise générale-ment des PAC à compression qui comportent uncompresseur électrique.La chaleur prélevée au niveau de la source froideest captée par le fluide caloporteur au niveau del’évaporateur. Le fluide change d’état et se trans-forme en vapeur. Le compresseur comprimecette vapeur, augmentant ainsi sa température.C’est au niveau du condenseur que la vapeur ense condensant transmet sa chaleur au milieu àchauffer. La température de ce dernier s’abaissefortement dans un détendeur le rendant prêtpour une nouvelle absorption de chaleur et lecycle peut recommencer.Aujourd'hui, il existe des pompes à chaleur ditesréversibles qui permettent de produire du chaudet/ou du froid.

tant peut minimiser sa dépense énergétiqueannuelle en maintenant un équilibre entre lesquantités d’énergie puisées pour le chauffageet celles réintroduites en période estivale, parexemple pour le rafraîchissement.Les puissances exploitées peuvent êtreimportantes : de quelques dizaines de kilo-watts à plusieurs mégawatts.

Les fondations thermoactivesDans le cas de construction de bâtimentsnécessitant pour leur stabilité des pieux àgrande profondeur, au-delà de 10 m par exem-ple, il est possible d’utiliser ces structures debéton pour capter et accumuler l’énergie ther-mique du sol (fondations thermoactives). Lescapteurs sont alors installés au cœur des fon-dations. Ce type de technique est aussi envisa-geable dans le cas de blindages, de fouilles enparois moulées, de dalles, de semelles ou toutautre élément en béton en contact avec le sol.Le principe de ces pieux énergétiques consiste à

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur (PAC) ?

Le fonctionnement d’une PAC est comparable à celui d'un réfrigérateur ménager : il assure le chauffage àpartir d'une source de chaleur externe (dont la température est inférieure à celle du local à chauffer).

Évaporateur : la chaleur est absorbée au milieu extérieur par vaporisation du fluide frigorigène* à bassetempérature.Compresseur : entraîné par un moteur électrique, il aspire et comprime les vapeurs (en augmentant leurpression et leur température), puis les refoule vers le condenseur.Condenseur : échangeur où les vapeurs passent à l'état liquide en cédant leur chaleur au milieu extérieur.Détendeur : il abaisse la pression du liquide venant du condenseur et règle son débit.

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Liquide haute

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Compresseur

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Détendeur

Le détendeurabaisse la pression

du liquide frigogène.Il amorce ainsila vaporisation.

Le compresseurélectrique aspire

le fluide frigogènerechauffé.

Dans l'évaporateur, la chaleur prélevée dans le sol par les capteurs "source froide" est transférée au fluide frigogène qui se vaporise.

Dans le condenseur,le fluide frigogène cède de la chaleur au fluide du circuit

de chauffage(plancher chauffant,

radiateurs, convecteurs :

"source chaude").

La compressionélève la température

du fluide frigogène.

En se condensant, le fluide frigogène

revient à l'état liquide.

Circuit de captagedans le sol

Circuit de chauffagede l'habitation

intégrer dans les éléments de fondations, lorsde leur fabrication un système de captage del'énergie constitué d'un réseau de tubes enpolyéthylène et dans lequel circule en circuitfermé un fluide caloporteur (de l'eau complétéede glycol, par exemple). Le système de captagede l'énergie est connecté à une pompe à cha-leur qui assure le chauffage ou le refroidisse-ment. L’installation des échangeursthermiques ne peut se faireque dans le cadre de laconstruction de

l’immeuble lui-même,l’équipement a posteriori de surfaces

FONDATIONS THERMOACTIVES

Le fluide caloporteur circuledans les tubes enpolyéthylène (1)noyés dans les fondations quisont connectés (2 et 3)à une conduite principale (4)reliée à la pompe à chaleur (5).

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

La performance énergétique d'une pompe à chaleur se traduit par le rapport entrela quantité de chaleur produite par celle-ci et l'énergie électrique consommée parle compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe àchaleur. Plus la valeur du COP* est élevée, meilleure est la machine. Les valeursdonnées par les constructeurs de PAC sont généralement comprises entre 4 et 5.

Le coefficient de performance (COP)

3 mètres de profondeur. Le puits canadien/pro-vençal exploite cette température régulière :l’air venant de l’extérieur circule dans un collec-teur enterré pour échanger des calories avec lesol. À la sortie du collecteur, la température del'air est proche de celle du sol, donc plus chaudque l’atmosphère extérieure en hiver, et plusfrais en été. L'air sert de fluide caloporteur tan-dis que le tube sert d’échangeur thermiquetout en canalisant l'air jusqu'au bâtiment. Lepuits canadien ne se substitue pas au systèmede chauffage de la maison.

Les pompes à chaleurgéothermiques sur aquifèresJusqu’à 100 m de profondeur, les nappes d’eausouterraine présentent le plus souvent unetempérature de 10 à 14 °C, quelle que soit la sai-son. Elles offrent une source d'énergie impor-tante et stable qui peut parfaitement être utili-sée pour le chauffage et le refroidissement desbâtiments. Les pompes à chaleur sur aquifère(dites eau/eau) sont à fluides intermédiaires etcomportent 3 circuits (cf. encadré ci-contre). Àcondition que le débit soit suffisant, elles sontparticulièrement adaptées aux besoins dechauffage et de rafraichissement de lotisse-ments, d’immeubles de bureaux, de centrescommerciaux ou d’hôpitaux.Les PAC sur aquifères nécessitent deux foragesqui doivent être réalisés par une entreprise deforage qualifiée et déclarés à la DRIRE. Un pre-mier forage permet de pomper l'eau,un secondla réinjecte dans la nappe d'origine. Cette solu-tion est préférable car elle évite le rejet en sur-face de l'eau prélevée dans la nappe. Le débitd’eau puisée dans la nappe doit être suffisant etstable dans le temps. Un débit d'un m3 fournit

de béton existantes étant impossible. Maisce dispositif permet de se dispenser des tra-vaux de forage ou de pose nécessaires pourles collecteurs et les sondes géothermiques.On recense aujourd'hui en Europe, notammenten Autriche et en Suisse, plusieurs centaines deréalisations mettant en œuvre des fondationsthermoactives. En France, plusieurs projets ontété récemment initiés, comme à la Cité duDesign à Saint-Etienne dans la Loire (cf. p. 47).

Les puits canadiens ouprovençauxLes puits canadiens ou provençaux consistent àalimenter un bâtiment en air tempéré en le fai-sant circuler dans un conduit enterré qui selonles conditions climatiques le refroidit (puits pro-vençal) ou le préchauffe (puits canadien) en uti-lisant l'inertie thermique du sol.La terre offre une température pratiquementconstante tout au long de l’année entre 2 et

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• Dans les PAC à détente directe, il n’y a qu’un seul circuit : le fluide frigorigène cir-cule en circuit fermé dans la pompe, les capteurs et les émetteurs de chaleur.

• Dans les PAC mixtes, il y a deux circuits :celui du fluide frigorigène des capteurset de la pompe à chaleur et celui de l’eau chaude des émetteurs.

• Dans les PAC à fluides intermédiaires, il y a trois circuits : le circuit frigorifique*de la pompe à chaleur, le circuit des capteurs où circule de l’eau additionnéed’antigel et le circuit qui alimente en eau chaude les émetteurs.

PAC géothermiquesDénominationcommerciale

Capteurs enterréshorizontaux

Capteurs enterrésverticaux

PAC sur eau de nappe

Eau glycolée / eau PAC à fluides intermédiaires

Eau / eau PAC à fluides intermédiaires

Sol / sol PAC à détentedirecte

Sol / eau PAC mixte

Les types de pompe à chaleur géothermiques

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Chapitre I.2

une puissance d'environ 10 kW correspondantau chauffage de 200 m2 d'un bâtiment répon-dant à la nouvelle réglementation thermiqueRT 2005*. Les aquifères les plus productifsdépassent 100 m3/h et peuvent alimenter desprojets de plus d'un MW dans les conditions lesplus favorables.Ce type d’installation requiert une estimationprécise des besoins thermiques en puissance eten consommation annuelle et une étudeapprofondie de la nappe précisant un certainnombre de paramètres (température, sensd’écoulement de la nappe, transmissivité*,rabattement prévisionnel, coupe du forage,etc.), le nombre de forages de pompage et deréinjection pour le débit souhaité, sans oublierla réglementation applicable…

Le géocooling pour refroidirles bâtimentsLe sous-sol dont la température à quelquesmètres de profondeur est de 10 à 12 °C, peutaussi faire office de réservoir de froid pendantl'été et permettre le refroidissement des bâti-ments. C'est le principe du géocooling quiconsiste à utiliser cette fraîcheur du milieunaturel,principalement en période estivale,sansmise en service d’une pompe à chaleur, pourassurer le refroidissement direct des circuits dedistribution d’eau des bâtiments. Cela permetdonc d’obtenir un niveau de confort intérieursatisfaisant sans utiliser de systèmes de climati-sation conventionnels, gourmands en énergie.Le refroidissement par géocooling peut se faire

La géothermie pour les usages domestiques et tertiaires

PAC SUR EAUX SOUTERRAINES.

Pour qu'une pompe à chaleurgéothermique sur eausouterraine donne toutesatisfaction, il faut que le débitd'eau puisée dans la nappe soitsuffisant et stable dans letemps. Pour une maisonindividuelle, il doit être comprisentre 1 et 3 m3/h, selon le degréd'isolation de la construction.

LE PRINCIPE DU GÉOCOOLING.

• En hiver, les échangeurssouterrains (pieux,sondes…)sont couplés à une pompe àchaleur pour le chauffage dubâtiment via le plancherchauffant.

• En été,ils permettent derafraîchir le batiment : lescalories prises au bâtiment auniveau du plancherchauffant/rafraîchissant sontévacuées dans les terrains parune simple circulation desfluides dans la boucle sous-solsans que la pompe à chaleurne fonctionne.Ceci permet dumême coup une rechargethermique desterrains,augmentant laperformance de la pompe àchaleur pour l'hiver suivant.

NB. Les couleurs varient enfonction de la température :rouge pour le chaud, orangepour le tiède, vert pour le fraiset bleu pour le froid.

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Pompeà chaleur

(chauffage) (refroidissement)

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Recharge thermique du terrain

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par l’intermédiaire de champs de sondes géo-thermiques, de fondations thermoactives(pieux énergétiques), de puits provençaux ouencore via le puits de production d'eau qui ali-mente des pompes à chaleur sur aquifère.Ainsi,les circuits de ces différents systèmes – sondes,pieux ou puits –, couplés au réseau de distribu-tion de refroidissement par le biais d'un échan-geur de chaleur, extraient les calories en excé-dent des bâtiments pour les conduire sous terrepar échange thermique.Le géocooling, dans la mesure où il peut, encombinaison avec la production d’énergie dechauffage, garantir une recharge thermique duterrain, est une solution intéressante qui per-met d’offrir une prestation de froid sans uninvestissement supplémentaire significatif etavec un coût de fonctionnement très bas.

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Chapitre I.3

Des forages géothermiques à grande profondeur permettent de produire de l'eau chaudequi peut satisfaire de nombreuses utilisations : chauffage de bains, de serres agricoles,jusqu'à l'alimentation de réseaux de chaleur pour le chauffage urbain.

Alimentés principalement à partir d'unforage ou d'un doublet* géothermique, lesréseaux de chaleur géothermiques transpor-tent de la chaleur sous forme d’eau chaudedans des canalisations enterrées pour lechauffage de logements, de bâtimentspublics et industriels et la fourniture d'eauchaude sanitaire.Dans le cas d'un réseau de chaleur, afin derentabiliser le coût des forages et des inves-tissements de surface, l'énergie produite doitpermettre d'alimenter 3 à 4 000 équivalentslogements, si possible regroupés dans unrayon de moins de 3 à 4 km, soit au moins 40à 45 000 MWh/an.La puissance géothermique installée auniveau mondial est estimée à 28 GW, pourune production de chaleur de l’ordre de

6 millions de tep * par an. Sur les 70 payséquipés, quatre pays (États-Unis, Chine,Japon, Islande) se partagent près de 50 % dela capacité mondiale.Seize pays de l'Union Européenne utilisent lagéothermie. Les usages directs de la chaleurgéothermique (si l'on excepte les pompes àchaleur) ont représenté une puissance instal-lée de 2 250 MW en 2006, pour une énergieprélevée de près de 700 000 tep, en crois-sance de 5,2 % par rapport à 2005.La Hongrie est le premier utilisateur de lagéothermie en Europe avec une puissanceinstallée de 725 MW en 2006. Les principauxusages de la géothermie dans ce pays sont lechauffage des bains, piscines et serres et lesréseaux de chaleur.L’Italie est à la deuxième place du classementavec une puissance thermique de l’ordre de500 MW. Les usages principaux du pays sontégalement, par ordre d’importance, le chauf-fage des bains et piscines, celui des bâti-ments avec des réseaux de chaleur, le chauf-fage des serres, l’élevage de poissons et lesusages industriels.La France est le troisième utilisateur avec unepuissance thermique installée de l’ordre de300 MW en 2006. Elle a joué un rôle de pion-nier avec la technique du doublet (doubleforage) en Ile-de-France, qui présente la plusgrande densité d'opérations de géothermieen fonctionnement au monde.

Capter le fluide géothermal parforageUne opération géothermique de productionde chaleur nécessite la réalisation d’unforage permettant de remonter l’eauchaude à la surface. La technique de forage

LA PISCINE DE L'HÔTEL GELLERT

À BUDAPEST EN HONGRIE.

Le chauffage des bains estl'application la plus répanduede l'usage direct de la chaleurgéothermique.

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L’usage direct de la chaleur Chapitre I.3

La technique du forage Rotaryconsiste à utiliser un outil (un tricône muni de molettesdentées) qui détruit la rochesous l'effet du poids et de larotation. Le poids est assuré parun ensemble de tiges lourdes etcreuses, assemblées en un trainqui achemine sous pression unfluide appelé boue de forage.Ces boues refroidissent l'outil etassurent le déblaiement dutrou. Autour des parois duforage, des tubes sontdescendus et du ciment estinjecté afin de garantir la tenuedes parois du puits, ainsi qu’uneprotection contre la corrosionmais aussi la protection desnappes d'eau souterraines etleur isolation thermique.

est différente en fonction du type de terrainà traverser et de la profondeur recherchée.La technique la plus fréquente est dite“rotary”, largement utilisée pour les foragespétroliers.Pour les roches les plus dures, la méthode deforage la plus adaptée associe percussion etrotation avec un outil actionné par de l'aircomprimé. Mais l’utilisation de molettes aucarbure de tungstène, ou même au diamant,peut s’avérer nécessaire.

Pomper l’eau Une installation géothermique opération-nelle nécessite un débit d'eau aussi régu-lier que suffisant. Si la pression dans leréservoir souterrain est supérieure à lapression atmosphérique, l'eau peut jaillirnaturellement à la tête du puits de foragequi se suffit alors à lui-même, prenant lenom de puits artésien. Mais si cette pres-sion n'est pas assez importante ou si l'eaune remonte pas du tout, il devient néces-saire d'avoir recours à un dispositif depompage. Quel que soit leur type, toutesles pompes mises en œuvre comportentune partie hydraulique immergée qui est

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POMPES DE PRODUCTION DU FLUIDE GÉOTHERMAL

Les pompes immergées sont largement utilisées dans le Bassinparisien pour pomper la nappe du Dogger*. Elles permettentd'obtenir des débits importants supérieurs à 300 m3/h.Les pompes à arbre long (140 mètres maximum) sont surtoutemployées en Islande.

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LES OUTILS DE FORAGE

Pour le foreur, le choix de l’outil deforage est un élément clé. Sur cette photo, sont présentés plusieurstricônes (groupes de trois cônes) qui sont utilisés pour le forage de 5 km de profondeur à Soultz-sous-Forêts en Alsace.

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

mesure à la différence de températureentre l'entrée de la boucle géothermale etla sortie du circuit géothermique. Cette dif-férence, baptisée “pincement”, doit êtreaussi petite que possible (de l'ordre de 2 °C).Pour durer, un bon échangeur doit êtrefabriqué en matériaux résistants à la corro-sion, comme l’acier inoxydable ou, encoremieux, le titane.

Réinjecter l'eau Une fois les calories du fluide géothermalrécupérées, le fluide doit être réinjecté dansl’aquifère d’origine, sauf si d’autres usagessont prévus en aval (thermalisme, piscicul-ture, eaux brutes industrielles, etc.) : unforage supplémentaire est alors nécessaire.Si la réinjection de l'eau géothermale estindispensable pour protéger l'environne-ment, elle permet aussi de garantir lapérennité de la ressource, en évitantd’abaisser le niveau piézométrique * de lanappe exploitée.Afin de ne pas refroidir le réservoir, l'eaudoit être réinjectée en un point relative-ment éloigné du point de puisage (le plussouvent d’environ un kilomètre, dans lesformations sédimentaires).

ÉCHANGEUR À PLAQUES.Ce matériel offre une surface d'échanges importante entre le circuitde l'eau géothermale (en rouge) et le circuit géothermique (en bleu).

Circuitgéothermique Pompe

de réinjection

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Échangeur

La performance d'unéchangeur placé dansune installation degéothermie estcaractérisée par l'écartentre les températures àl'entrée de la bouclegéothermale (T0) et à lasortie du circuitgéothermique (Td).Cet écart appelé"pincement", doit êtreaussi faible que possible(de l'ordre de 2 °C).

descendue de 100 à 400 mètres de pro-fondeur, ainsi qu’un moteur. Ce dernierpeut être immergé sous le dispositifhydraulique (pompes immergées) ouplacé en surface (pompes à arbre long).Pour les sites où l'eau est renvoyée dans leréservoir (cf. la technique du doublet, p. 19),une pompe de réinjection installée en sur-face s'avère indispensable.

Récupérer la chaleur Pour des raisons économiques, l’énergiegéothermique ne peut être transportée surde longues distances. Son utilisationdirecte doit donc être réalisée à proximitédu prélèvement. Pour ce faire, le fluide géo-thermal, extrait du sous-sol par forage etpompage, est acheminé dans un échan-geur de chaleur où il cède son contenuénergétique à de l’eau qui assure la distri-bution de la chaleur aux utilisateurs par lebiais d’un réseau de distribution.Cette séparation des circuits (boucle géo-thermale * d’un côté qui prélève la chaleuret circuit géothermique qui la distribue del’autre) s’impose en général car le fluidegéothermal est souvent corrosif.En effet, quand l'eau chaude jaillit du sous-sol, elle est souvent trop corrosive pour êtreutilisée directement. On a donc recours àun échangeur (de type multitubulaire, spi-ralé ou à plaques) disposé entre le circuitgéothermal et le circuit de distribution dechaleur. L’efficacité d'un échangeur se

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Chapitre I.3L’usage direct de la chaleur

DOUBLET GÉOTHERMIQUE :

En milieu urbain, lorsque le terrain manque, on peut installer despuits dont la trajectoire dévie dans le sous-sol (puits déviés). Uneseule plate-forme de forage suffit alors pour positionner les puitsde production et d’injection.

Le conceptde doublet géothermiqueL’exploitation de la ressource géothermi-que par doublet nécessite deux forages : unforage de production et un forage de réin-jection. Les impacts des forages au niveaudu réservoir doivent être éloignés d’unecertaine distance afin que l’eau réinjectée(plus froide) ne vienne pas perturber leniveau de température au puits de produc-tion. Pour les opérations au Dogger * duBassin parisien, cette distance est de l’ordredu kilomètre.

Des traitements anti-corrosionTubes dans les forages, canalisations reliantles puits, échangeurs, joints… autant dematériaux soumis à rude épreuve dans une

Puits déviés

1 000 à 1 500 m

centrale géothermique *. En contact avecl'eau du sous-sol, ils sont victimes de diffé-rents types de corrosion : une corrosion chi-mique (le fluide peut être chargé de selsminéraux très agressifs), une corrosion gal-vanique (provoquée par la présence de cou-rants électriques parasites), et même unecorrosion bactériologique (certaines sou-ches bactériennes – éventuellement pré-sentes dans le gisement et réactivées parl’abaissement de la température – produi-sent des sulfures, sous-produits de leurmétabolisme, pouvant attaquer l’acier destubages). Pour protéger l'installation, destraitements préventifs sont appliqués :

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PUITS EN COMPOSITE CONTRE LA CORROSION

Le quatrième forage géothermique,sur le site de Melun l’Almontexploitant la nappe du Dogger à l’eau très saline (plus de 15 g/l pour les différentssels), fut l’occasion de réaliser un puits de nouvelle génération équipé de tubages en matériaux composites offrantune bonne résistance aux phénomènes de corrosion.

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

injections de produits inhibiteurs * pourobtenir un film protecteur ou éviter la cris-tallisation et la formation de dépôts, desproduits bactéricides pour se débarrasserdes micro-organismes. C'est le cas dans lesforages de production du Bassin parisienpour annihiler les problèmes de corrosionliés à l'exploitation de la nappe du Dogger.L'utilisation de tubages en matériaux com-posites peut limiter les effets néfastes de lacorrosion.

Bien gérer les réservoirsLa géothermie est une énergie renouvela-ble, car l'eau extraite du sous-sol y retournepar réinjection. Mais cette eau qui retourneà la terre après usage est refroidie. Le travailde l’ingénieur consiste à calculer avec préci-sion le délai qu'il lui faudra pour maintenir àniveau constant la production de caloriescompte tenu des caractéristiques du réser-voir. Dans le cas d'un doublet, la distanceentre puits au niveau du réservoir est calcu-lée pour qu’aucune baisse de températuren’apparaisse dans un délai équivalent à ladurée de vie de l’installation (20 à 30 ans).

Température de production (fond de puits)

Durée d'exploitation (années)0 10

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Seuil (- 3 °C)

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Stratifié couches indépendantes

Monocouche

RÉPONSE THERMIQUE DU RÉSERVOIR :

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16,9 ans

16,9 ans

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79,0 ans

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28,6 ans

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Lignes de courant et temps de transfert thermiqueEvolution du front thermiqueI : forage injecteur P : forage producteur

Lignes de courant : trajectoires des particules d'eau issues du puits de réinjection.Temps de percée thermique (14,3 ans dans l'exemple) : date d'arrivée au puits de production des premières particules d'eau froides, sansincidence perceptible sur la température du fluide exploité.Durée de vie théorique (20 ou 27 ans dans l'exemple) : date où l'on note une chute perceptible de la température de production (0,2 à 0,5 °C).Durée de vie pratique (35 ans dans l'exemple) : date mettant en cause l'intérêt de l'exploitation (3 à 5 °C par exemple).

VISUALISATION DES LIGNES DE COURANT

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La production d'électricité à partir de la géothermie connue depuis un siècle estdevenue significative à partir des années 1970. Aujourd'hui, les technologiespermettent la production électrique à partir de températures de plus en plus basses etles systèmes géothermiques stimulés dits EGS offrent des perspectives prometteuses.

Chapitre I.4

PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ PAR

GÉOTHERMIE.Part de la géothermie dansla production électrique despremiers 14 pays (d’aprèsFridleifsson, 2007). Entreparenthèses sont indiquésles chiffres de productiond'électricité géothermiqueen 2004, en GWh (d’aprèsBertani).

Près de 10 000 MW dans le mondeLa puissance électrique installée d’origine géo-thermique dans le monde a atteint en 2007,9 800 MW, soit 800 MW de plus qu’en 2005.Les États-Unis sont restés en 2007 le premierpays producteur avec 2 700 MW installés, sui-vis par les Philippines (2 000 MW). L’Indonésie (1 000 MW) qui a nettement augmenté sacapacité de production (+ 195 MW entre 2005et 2007) ravit la troisième place au Mexique,dont la puissance géothermique est restéestable depuis 2005 (950 MW). Le pays le plusactif ces deux dernières années est l’Islande,qui a plus que doublé sa puissance installéepour atteindre 420 MW avec de nouvelles cen-trales situées à Nesjavellir, Hellisheidi etReykjanes. Ce pays, qui produit la quasi-totalitéde son électricité à partir des énergies renou-velables, développe des nouvelles capacités deproduction électrique afin d’étendre son acti-vité de production d’aluminium.

Sept pays (États-Unis, Philippines, Mexique,Italie, Japon, Indonésie, Nouvelle-Zélande)

regroupent aujourd’hui 90 % de la capacité ins-tallée pour la production électrique. Il existeplus de 350 installations géothermiques dans lemonde qui produisent de l’électricité et onestime que plus de 60 millions de personnessont alimentées avec cette électricité.Les principaux pays producteurs se situent surla ceinture de feu Pacifique : six dans lesAmériques pour 3 390 MW, cinq en Asie pour 3 100 MW, deux en Océanie pour 437 MW.

L’Europe compte six pays producteurs,pour unepuissance de l'ordre de 900 MW, et deux seule-ment en Afrique pour 54 MW. La géothermiecouvre 0,4 % des besoins mondiaux en électri-cité. Toutefois, dans certains pays sa contribu-tion aux besoins nationaux peut être bien plusélevée et atteindre plusieurs pour-cents.

La puissance électrique installée d’originegéothermique de l’ensemble des pays del’Union européenne était de 860 MW en 2007.L’Italie est dotée des principaux gisements de

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Salvador (967) (GWh)

Kenya (1 088)Philippines (9 253)

Islande (1 483)Costa Rica (1 145)

Nicaragua (271)Guadeloupe (France) (102)

Nouvelle-Zélande (2 774)Indonésie (6 085)

Mexique (6 282)Guatémala (212)

Italie (5 340)Etats-Unis (17 917)

Japon (3 467)

À Larderello en Italie, le gisement géothermal produitnaturellement de la vapeur sèche, il faut alors réguler la pressionen tête de puits pour optimiser les conditions d’exploitation.

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

De l’électricité en zone activeActuellement, on produit de l'électricité à partirde ressources géothermales en exploitant desréservoirs dont la température est compriseentre 110 et 350°C et qui permettent des débitsde production de fluides suffisants (quelquesdizaines de kg/s) pour la production électrique.Ces conditions se rencontrent principalementdans les zones de volcanisme actif.Sur ces sites,la vapeur produite en tête du forage géother-mique alimente une turbine et un alternateurqui produit de l'électricité. Le fluide condenséest ensuite réinjecté dans les gisements afind'en optimiser la durée d'exploitation.On peut également produire de l'électricitéavec des ressources comprises entre 120 et160 °C. Dans ce cas, le fluide géothermal trans-met ses calories dans un échangeur à unliquide organique à bas point de vaporisationdont la vapeur actionne une turbine ; le liquideorganique évolue en circuit fermé entrel'échangeur géothermal et un condenseur.Cette technologie devrait permettre de pro-duire de l'électricité à des coûts compétitifsdans des zones non raccordées à des réseauxélectriques de forte puissance.L'eau peut se trouver sous plusieurs formes àl'intérieur du réservoir géothermal : liquide,vapeur ou encore un mélange des deux. Leforage géothermique produit de la vapeur seule

Pompe

TurbineGénérateur

Electricité

Eau

Vapeur

Puits de production

Eau rejetée

Rejet de vapeurdans l'atmosphère

Séparateur

Vapeur

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CENTRALE GÉOTHERMIQUE EN

CALIFORNIE.

Les États-Unis sont le premierpays producteur mondiald'électricité par géothermie.

La centrale de productiond'électricité de Bouillanteen Guadeloupe (ici, leséparateur) fonctionnedepuis plus de 20 ans.Elle produit 7 % desbesoins en électricité de l'île.

géothermie haute température de l'Europe àLarderello - Travale/Radiconli et à MonteAmiata pour une puissance totale de 810 MW.Au Portugal, l’exploitation des ressources géo-thermiques pour la production d’électricité aété développée dans l’archipel volcanique desAçores, sur l’île de San Miguel ; la puissancegéothermique atteint 28 MW.

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En France, l’essentiel du gisement se situe dansles départements d’outre-mer. Aujourd'hui,deux unités fonctionnent à Bouillante enGuadeloupe. La puissance installée sur ce siteest de 15 MW et pourrait être doublée grâce àdes extensions autour du champ actuel.En Martinique, deux zones potentiellementintéressantes ont été prospectées – l’une aunord de l’île, l’autre au Sud. Des forages d’explo-ration restent à réaliser pour confirmer l’exis-tence possible de ressources géothermalesexploitables dans ces deux zones. À la Réunion,la réalisation de trois forages d’exploration à1 500 m de profondeur est prévue en 2009 surle site de la plaine des Sables qui mène au vol-can de la Fournaise.

SCHÉMA 1 - CENTRALE À ÉCHAPPEMENT LIBRE OU À CONTRE-PRESSION

Après séparation de la phase liquide, la vapeur obtenue estdétendue dans une turbine et rejetée dans l’atmosphère.

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(dite vapeur sèche) ou un mélange des deuxphases liquide et vapeur (on parle alors devapeur humide).L'état du fluide dans le réservoirdépend de la pression et de la température quidéterminent également son potentiel énergéti-que (enthalpie). Selon la nature et les propriétésdu fluide arrivant en surface,on utilise différentssystèmes pour produire de l'électricité.

Centrales à échappement libre ou à contre-pression (schéma 1)La vapeur, obtenue après séparation de laphase liquide, est directement détendue dansune turbine et rejetée à l’atmosphère à l’échap-pement de la turbine. Ce type de centrale estutilisé lorsque la vapeur géothermale contientune quantité élevée de gaz incondensables oupour satisfaire des demandes électriques fai-bles ou lors de la phase initiale de grands pro-jets de géothermie. Il s’agit d’unités modulaireset portables, installées le plus souvent en têtede puits et de puissance unitaire compriseentre 1 et 5 MW.

Centrales à condensation (schémas 2 et 3)En sortie de turbine, la vapeur n’est plus reje-tée à l’atmosphère mais condensée. L’intérêtest d’obtenir une pression à l’échappement dela turbine inférieure à la pression atmosphéri-que (échappement sous condition de vide) etd’augmenter ainsi le rendement de conversionthermoélectrique. En règle générale, les turbi-nes utilisées sont à simple flux de vapeur.Cependant, il est possible aussi de recourir àdes turbines à double flux (cf schéma 3) Lagamme de puissance des turbines à conden-sation va de 10 à 55 MW, avec plus fréquem-ment des tailles unitaires de 20, 35 ou 55 MW.

Centrale à fluide binaire (schéma 4)Pour valoriser des ressources de moindre tem-pérature (température de réservoir à moins de120 °C), on a recours à une autre technologie :celle utilisant le principe du cycle de Rankine àfluide organique (ORC*, pour Organic RankineCycle) ou technologie à fluide binaire. Son prin-cipe est le suivant : le fluide géothermal extraitest amené dans un échangeur de chaleur où ilcède une partie de son énergie à un fluide orga-nique (alcane, fluorocarbone, ammoniac, etc.),

Puits de production

Pompe

Puits d'injection

TurbineGénérateur

Electricité

EauEau derefroidissement

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Rejet de vapeurdans l'atmosphère

Tour derefrigération

Echangeur de chaleur

Fluide organique

Condenseur

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TurbineGénérateur

Electricité

Eau

Vapeur

Puits de production

Puits d'injection

Eau

Eaux résiduelles Utilisateurs de chaleur

Eau de refroidiss.t

Air Air

Rejet de vapeurdans l'atmosphère

Tour derefrigération

Séparateur

Vapeur

Vapeur

Condensats

Condenseur

Pompe

TurbineGénérateur

Electricité

Puits de production

Puits d'injection

Eau

Eau de refroidiss.t

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Rejet de vapeurdans l'atmosphère

Tour derefrigération

Vapeur

Vapeur

Condensats

Condenseur

Chapitre I.4Produire de l’électricité

SCHÉMA 4 - CENTRALE GÉOTHERMIQUE

À FLUIDE BINAIRE.

Le fluide géothermal cède sachaleur dans un échangeur à unfluide organique qui se vaporiseà basse température et sedétend dans la turbine.

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SCHÉMA 3 - CENTRALE GÉOTHERMIQUE À

CONDENSATION ET DOUBLE FLUX.

Le fluide extrait, constitué devapeur et d’eau, passe par un séparateur de phase, la vapeuralimente la turbine.

SCHÉMA 2 - CENTRALE À

CONDENSATION.

La vapeur obtenue en tête dupuits de production alimente laturbine. En sortie de turbine,elle est ensuite condensée.

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Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

appelé fluide de travail,qui se vaporise (pour unepression identique, ce type de fluide présente laparticularité de se vaporiser à des températuresplus basses que celle de l’eau par exemple).Les vapeurs produites sont ensuite détenduesdans une turbine puis condensées au contactdu circuit d’eau de refroidissement d’uncondenseur.Le liquide obtenu est alors renvoyéà l’échangeur, par l’intermédiaire d’une pompepour effectuer un nouveau cycle (vaporisation,détente, condensation, pressurisation). Lefluide de travail évolue donc en circuit fermé.Les centrales de ce type sont de taille unitaireplus modeste (quelques centaines de kW àquelques MW), sachant que l’on peut tou-jours, sur un même site, mettre en parallèleplusieurs unités, afin d’atteindre une capacitéde production électrique importante, si la res-source géothermale disponible le permet.

De l’électricité à partir dessystèmes géothermiquesstimulés (EGS)En géothermie classique, les productions seconstruisent sur des réservoirs de forte per-méabilité capables de fournir des débits deproduction élevés. Les technologies de systè-mes géothermiques améliorés ou réser-voirs artificiellement stimulés dites EGS

LE PRINCIPE DES SYSTÈMES

GÉOTHERMIQUES STIMULÉS (EGS).

La stimulation d'unhorizon géologiquefracturé permet lacirculation de l'eau enprofondeur au sein de ceréservoir. Cette eau peutêtre extraite par les puitsde production jusqu'àl'échangeur de chaleur,grâce à une pomped'extraction, avant d'êtreréinjectée dans un puitsd'injection pour rejoindrele réservoir. Les caloriesrécupérées serventensuite à la productiond'électricité au moyen deturbines et générateurs.

(Enhanced Geothermal System), s'attachentà améliorer les performances hydrauliquesd'un milieu plus ou moins fracturé (roches desocle ou roches sédimentaires de bassinscompacts) possédant des caractéristiques deporosité et de perméabilité trop faibles pourêtre exploitables avec des méthodes tradi-tionnelles. L’extraction de chaleur dans cesformations devient donc possible à conditionde stimuler (hydrauliquement ou chimique-ment) ces milieux pour favoriser la circula-tion du fluide et les échanges thermiques.Ces technologies permettent une exploita-tion plus complète des champs hydrother-maux classiques et la réalisation de produc-tions géothermales en dehors de toutcontexte volcanique. Les cibles potentiellesconstituées de granites profonds sous uneépaisse couverture sédimentaire sont parti-culièrement nombreuses sur les continents.Le projet Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin) ou lesdivers projets australiens illustrent parfaite-ment ce concept. Celui-ci consiste à forer undispositif comportant un ou plusieurs puitsde production et d'injection et à augmenterla perméabilité par fracturation hydrauliqueou chimique. Selon le niveau de températureen tête de puits de production, les applica-tions viseront à la production d'électricité oude chaleur.À l'heure actuelle, le projet européen deSoultz-sous-Forêts, qui a permis de fran-chir de nombreux obstacles, dispose d'untriplet de puits à 5 000 m (1 injecteur et2 producteurs) et constitue le projet derecherche le plus abouti au plan mondial.Pour arriver à un déploiement large decette technologie, il faudrait localiser aveccertitude les zones potentiellement favo-rables (température élevée en profondeur,qualité de la fracturation existante, etc.),abaisser fortement le coût des forages, etmaîtriser totalement les technologies decréation de l’échangeur et de gestion de laressource géothermale.

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La production d'électricité, le thermalisme et le chauffage urbain restent les applications lesplus connues et les plus répandues de la géothermie. Mais les applications de la géothermiesont bien plus ouvertes.Toute une gamme d'usages sont possibles, qui ne dépendent que de l'imagination des hommes et des caractéristiques des fluides présents sous leurs pieds.

Chapitre I.5

Du bain de boue à la turbineLes premières traces d'utilisation de la géo-thermie par l'homme remontent à près de 20 000 ans. Les régions volcaniques ontconstitué, très tôt, des pôles d'attraction, dufait de l'existence de fumerolles et de sourceschaudes que l'on pouvait utiliser pour sechauffer, cuire des aliments ou tout simple-ment se baigner. Tout au long de l'histoire descivilisations, la pratique des bains thermauxs'est multipliée et depuis un siècle, les exploi-tations industrielles se sont développées pourla production d'électricité et le chauffageurbain.

Le prince Ginori Contiallume symboliquementcinq ampoules, annonçantpour l'année suivante la construction de la premièrecentrale expérimentale de 20 kW.

LA TECHNIQUE DU “LAGONI COUVERT”

Le Français François Larderelentreprend en 1818 dans la région de Volterra la première véritableexploitation industrielle –donnant naissance au village de Lardarello qui portera sonnom. Il invente la technique du “lagoni couvert”,permettant de capter la vapeur à une températuresuffisante pour alimenter des machines destinées à pomper les eaux boriques.

LE PUITS DE GRENELLE

En France, on réalise entre 1833 et 1841, dans le quartier de Grenelleà Paris, le premier forage pour capter, à 548 m, l'eau douce à 30 °Cdes sables albiens.

C'est en 1904 à Larderello en Italie, que l'onproduit de l'électricité par géothermie pour lapremière fois. Le premier réseau moderne dechauffage urbain alimenté grâce à la géo-thermie est installé, quant à lui, en 1930 àReykjavik (Islande). Dès lors, des réseaux de

26

chaleur utilisant la géothermie vont voir lejour en France, Italie, Hongrie, Roumanie,Russie, Turquie, Géorgie, Chine, États-Unis.La production mondiale d'électricité géother-mique, quant à elle, ne deviendra significa-tive qu’à partir des années 1970. Ce dévelop-pement doit beaucoup aux crises pétrolièreset au souci des pays en voie de développe-ment d'utiliser une ressource nationale pourproduire leur électricité. La puissance électri-que installée dans le monde est passée de400 MW en 1960 à 9 800 MW en 2007.

Géothermie et agricultureLe chauffage des serres est un domaine d’ap-plication intéressant pour la géothermie. Eneffet, pour cette activité, les dépenses énergé-tiques peuvent être très élevées : par exemple,200 tonnes de fioul par an sont nécessairespour chauffer un hectare de serres de culturesmaraîchères et 400 tonnes de fioul par anpour des cultures florales. Changer d'énergiepour utiliser la chaleur du sous-sol représentedonc le meilleur moyen de faire des écono-mies, tout en protégeant l'environnement.Dans le réseau de chaleur d'une serre, la four-niture en température est calculée aussi bienen fonction de l'ensoleillement dans la jour-née que de la chaleur induite par effet de serre.

Géothermie et pisciculture

CENTRALE GÉOTHERMIQUE EN

ISLANDE

La centrale de Svatsengiproduit en cogénération75 MW d’électricité et150 MW pour lechauffage. Les effluentssont utilisés pour labalnéothérapie dans le“Blue Lagoon”.

Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

Depuis 25 ans, la géothermie est utilisée dans plusieurs pays européens pour lechauffage et le refroidissement des serres. Cette énergie est souvent disponibledans le sous-sol où se situent les serres et elle est facilement captée dans des instal-lations simples de fonctionnement qui permettent la production à contre-saison defruits, légumes et fleurs.Des systèmes de stockageintersaisonnier peuvent êtreréalisés à partir de deuxforages : le premier faitoffice de puits froid et lesecond de puits chaud. Enété, l'eau captée dans lepuits froid circule dans destubes sous la serre et encapte la chaleur,avant d'êtrestockée dans le puits chaud.En hiver, l'eau suit le trajetinverse et réchauffe la serre.

Les serres constituent des zones de transferts thermiquesimportants où l'eau qui y circule peut capter ou restituer les calories.

PISCICULTURE.

Une augmentation de la température de quelques degrés etson maintien à un niveau constant produit un accroissementdu métabolisme chez les poissons et les crustacés.

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Stockage intersaisonnier pour les serres

Pisciculture et géothermie vont bienensemble. Une augmentation de la tempé-rature de quelques degrés, et surtout lemaintien d'une température constante(une des grandes qualités de l'eau géother-male), suffisent à augmenter le métabo-lisme des poissons et crustacés. Leur main-tien dans une eau chaude toute l'annéeprolonge encore leur possibilité de crois-sance. Une installation de pisciculture com-porte un puits unique ou un doublet. L'eauchaude est utilisée directement, ou au tra-vers d'un échangeur quand sa nature n'estpas compatible avec l'élevage.

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Des applications très diverses Chapitre I.5

Les usages industriels de la géothermie transportée sous forme de vapeur et d'eau par canalisations sont nombreux et variés.

Géothermie et industrieLa majorité des usages industriels directsnécessitent des températures comprises entre100 et 200 °C. Dans cette gamme de tempéra-ture, le fluide géothermal se présente sousforme d’eau et de vapeur d’eau et sa chaleurpeut être utilisée pour le lavage de la laine, leséchage de produits industriels, l’extraction desubstances chimiques (récupération de tan-nins), la fabrication de pâte à papier ou l’évapo-ration de solutions concentrées (productiond’eau douce par dessalement d’eau de mer).Dans certains cas, lorsque le fluide est trèschaud et chargé en sels, il est intéressant derécupérer, outre sa chaleur, certains sous-pro-duits qu’il contient naturellement :iode,brome,acide borique, lithium. On extrait aussi des gazdissous, comme le méthane ou le gaz carboni-que. La Turquie produit ainsi 40 000 t/an deCO2 liquide ou de neige carbonique à partir deses installations géothermiques.

PRINCIPALES UTILISATIONS

DE LA GÉOTHERMIE EN FONCTION

DES TEMPÉRATURES.

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Géothermie et loisirsLa géothermie se prête bien aux activités deloisir. Des thermes classiques aux piscinesolympiques, en passant par des centres devacances sous bulle avec animaux exotiques,plantes tropicales et toboggans d'eauchaude, les applications de loisirs de la géo-thermie ont un bel avenir. Parmi les installa-tions les plus originales : les immenses serresdes jardins tropicaux d'Atagawa, au Japon,avec leur élevage de crocodiles, d'oiseauxexotiques et de tortues géantes, construitessur des thermes qui datent du XVe siècle.

Géothermie et “snow melting”Depuis une dizaine d’années, dans les paysoù l’enneigement est fréquent, la géother-mie est utilisée pour empêcher l'accumula-tion de neige et de verglas. Ces systèmes uti-lisent des conduites de vapeur et d'eauchaude géothermale disposées aux entréesdes bâtiments, dans les trottoirs, les aires destationnement, les rampes de garage, ouencore les pistes d’aéroports ou les aiguillagesde voies ferroviaires.

Géothermie et dessalementDurant les années 90, une installation-pilotede dessalement dans l'île de Kimolos (Grèce)a démontré la faisabilité technique de l'utili-sation de la géothermie basse-enthalpie (61 °C) pour le dessalement d'eau de mer, àpartir d'un forage profond de 188 m. Grâce àson débit régulier et stable, 24 heures sur 24,cette énergie s'est montrée particulièrementadaptée à la production de 80 m3 d'eau pota-ble par jour. Cette solution est intéressantepour les zones côtières et les îles où existentdes ressources géothermiques.

Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

LES JARDINS TROPICAUX D’ATAGAWA

Depuis des temps immémoriaux, les sources thermales sontutilisées par les hommes pour les bains et les loisirs.

SOUS LES TROTTOIRS DE RIEJKAVIC.

Le réseau de tuyaux disposéslors de la réalisation destrottoirs permet la circulation del'eau chaude qui assure ledéneigement des trottoirs.

L’EGEC (European Geothermal Energy Council) publie des brochuressur les applications de la géothermie (www.egec.org).

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biomasse solaire géothermique

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Le contexte politique international ne peut que favoriser le développement de lagéothermie dans le monde tout comme les innovations technologiques qu'il s'agissedes systèmes hybrides, des pompes à chaleur à absorption ou des systèmesgéothermiques stimulés (EGS).

Chapitre I.6

Un contexte politiqueinternational favorableEn février 2007, le dernier rapport du Grouped’experts intergouvernemental sur l’évolu-tion du climat (GIEC) concluait que l’essentielde l’accroissement constaté de la tempéra-ture moyenne de la planète depuis le milieudu XXe siècle était “très vraisemblablement”dû à l’augmentation observée des émissionsde gaz à effet de serre liées aux activitéshumaines.Face à ce constat, et compte tenu d’un ren-chérissement plus que probable à terme ducoût des énergies fossiles, il est désormaisadmis, qu’un recours plus important auxénergies renouvelables est désormaisnécessaire. Cet objectif particpe du conceptde développement durable adopté à laConférence de Rio en 1992.La conférence mondiale sur les énergiesrenouvelables à Bonn en juin 2004 a confirmécette tendance avec la signature d'une décla-ration politique réaffirmant l'engagementdes États membres à augmenter substantiel-lement et de manière urgente la part globaledes énergies renouvelables dans la produc-tion énergétique.L’entrée en vigueur du Protocole de Kyoto en2005, aboutissement d’un long processus denégociations internationales sur les condi-tions de lutte contre le changement climati-que, impacte directement sur les politiquesénergétiques des États signataires et parti-cipe à l’essor des énergies renouvelables engénéral et à celui de la géothermie en parti-culier.Ainsi, l’Union européenne s’est-elle engagée

en janvier 2008 (avec le paquet Énergie-Climat) à porter la part des énergies renouve-lables à 20 % de sa consommation totaled’énergie à l’horizon 2020.La conférence d’Accra sur le climat, en août2008, témoigne de la continuité de la mobi-lisation de certains États dans leur luttecontre le changement climatique. La pro-

PART DES ÉNERGIE RENOUVELABLES DANS

LA PRODUCTION DE CHALEUR À

L’HORIZON 2050

Le rapport de REN 21(Renewable Energy PolicyNetwork for the 21st Century)indique pour une vingtaine depays, qu'à l'horizon 2050, la partde la géothermie pour laproduction de chaleur ne serapas négligeable.

LE MARCHÉ DES POMPES À CHALEUR

DANS QUELQUES PAYS EUROPÉENS.

Le degré de maturité du marchédes PAC dans le secteur de laconstruction neuve est variabled'un pays à l'autre. Tandis que lemarché atteint un palier enSuède, il est en pleine croissanceen France.

Partsde marché

Temps

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Partie I

chaine conférence de Poznan en 2009 devraitpermettre de donner une suite au Protocolede Kyoto et réaffirmer le rôle des énergiesrenouvelables dans la lutte contre le change-ment climatique.

Croissance de la production dechaleur par géothermieLa production annuelle mondiale de chaleurpar géothermie est estimée à plus de 6 mil-lions de tonnes d’équivalent pétrole. Répartiedans 70 pays, cette activité a connu ces derniè-res années un taux de progression d’environ5 % par an. Ce taux devrait s’accroître dans lesannées à venir avec l’intérêt grandissant quiest observé pour les techniques géothermi-ques avec pompes à chaleur.En Europe, l’accroissement des capacités ins-tallées ces dernières années (hors pompes à

chaleur géothermiques), est de l’ordre d’unecentaine de MW par an, ce qui devait porterrapidement la capacité totale installée enEurope à 3 000 MW.Si l’on intègre les pompes à chaleur géother-miques et si le rythme de progression dumarché de ces produits reste élevé (plus de20 % par an), la puissance thermique instal-lée pour l’ensemble des applications thermi-ques de la géothermie pourrait vite atteindreles 18 000 MW.

Une production d’électricité pargéothermie en légère hausseEn 2005, la production mondiale d’électricitépar géothermie s’élevait à 57 TWh* et la puis-sance installée à environ 8 900 MW. Avec untotal de 133 TWh produits annuellement, la géo-thermie se plaçait au troisième rang des sour-ces d’énergie renouvelables pour la productiond’électricité après l’hydraulique (2 940 TWh/an)et la biomasse (183 TWh/an) et devant l’éolien(99 TWh/an). Cette activité était présente dans24 pays – dont 10 pays en développement – etpour 5 d’entre eux, la géothermie participait à laproduction nationale d’électricité pour 15 à 22 %.On estime qu’il serait possible de porter la puis-

BOUILLANTE (GUADELOUPE)Vue aérienne de la centrale géothermique de productiond’électricité qui produit 7 % des besoins de l’île.

La géothermie, une énergie exemplaire

NEVADA, "L'ARABIE SAOUDITE DE LA GÉOTHERMIE".

Depuis 15 ans, 240 MW d’électricité géothermique sont disponiblessur les réseaux du Nevada et le grand plan énergétique G3 prévoitde livrer 1 GW supplémentaire à destination des villes de Los Angeles et Las Vegas. Le potentiel géothermique est estimécorrespondre aux besoins d'énergie de 2,5 millions d'habitants.Ici la centrale de Hot Creek dans la “Long Valley Caldera”.©

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Chauffagede bassins

d'aquaculture4 %

Chauffagede serres

7,6 %

Chauffagede locaux

20,2 %

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PACgéothermiques

32 %Piscines et bains

30,4 %

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Refrigération et "snow melting"

0,7 %

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RÉPARTITION MONDIALE DES UTILISATIONS

DE LA CHALEUR PRODUITE PAR

GÉOTHERMIE.

Le chauffage des locauxreprésente plus de la moitié (52 %) de l'utilisation, dont unepart importante pour les pompesà chaleur géothermiques (32 %) ;les bains et piscines représentent30 %, le chauffage des serres(8 %), les usages industriels (4 %).

31

L’avenir de la géothermie Chapitre I.6

Réserves mondiales d‘énergieVent, soleil ∞Force hydraulique :

exploitable économiquementutilisée aujourd’hui

0,7 TW0,3 TW

Uraniumavec surgénérateurs sans surgénérateurs

200 ans100 ans

Pétrole (selon consommation actuelle) 40 ansGaz naturel (selon consommation actuelle) 110 ansCharbon (selon consommation actuelle) > 200 ansGéothermie ∞

sance mondiale installée de 10 à 70 GW avec lestechnologies conventionnelles.Elle pourrait êtredoublée (140 GW) avec la technologie encoreexpérimentale des systèmes géothermiquesstimulés.La géothermie qui satisfait aujourd’hui moinsde 0,5 % des besoins mondiaux en énergie élec-trique pourrait ainsi accroître sa contribution defaçon significative.Certains pays, dotés de ressources de qualité,ont su déjà mettre en valeur ce potentiel. Ainsiles Philippines produisent le cinquième de l'élec-tricité nationale par géothermie (deuxième pro-ducteur mondial) et envisagent d'atteindre unecapacité de 9 500 MW en 2025. Plusieurs paysen développement, notamment en AmériqueCentrale et en Afrique Orientale, pourraientsatisfaire par géothermie, à moyen terme, unepart importante de leurs besoins en électricité.Ainsi le Kenya prévoit en 2017 une contributionde 25 % de la géothermie dans son bilan énergé-tique. Les scénarios de développement indi-quent une croissance modérée des exploita-tions traditionnelles. En Europe, les principauxpays concernés ambitionnent d’augmenter leurcapacité. Ainsi, l’Italie prévoit-elle l’installationd’une centaine de MW supplémentaires dansles années qui viennent ce qui porterait la puis-sance installée à près de 1 000 MW. En 2020, lePortugal devrait afficher une puissance de l’or-dre de 35 MW et l’Allemagne environ 10 MW.En France, avec les DOM insulaires (Guade-loupe, Martinique, Réunion) la géothermiepourrait connaître une poussée de croissanceintéressante dans les 15 prochaines années,sachant que des objectifs ambitieux pour laproduction d’électricité par énergie renouvela-ble ont été fixés lors des travaux du Grenelle del’environnement (atteindre avec les énergiesrenouvelables 50 % de la production d’électri-cité à l’horizon de 2020).

Les perspectives technologiquesGéothermie et production combinéed’électricité et de chaleurLe marché total de la géothermie (chaleur etélectricité) était estimé à environ 2 milliardsd’euros en 2005, soit 7 % du marché total desénergies renouvelables, pour un taux de crois-

sance annuel moyen observé depuis lesannées 80 d’environ 5 %.Un moyen d’accroître les parts de marché de lagéothermie est d’encourager la réalisationd’opérations assurant une production combi-née d’électricité et de chaleur. Aujourd’hui, ilest possible techniquement de produire del’électricité avec des ressources géothermalesdont la température est de l’ordre de 100 °C enmettant en œuvre des unités à cycles binaires(avec cycle de Rankine ou cycle de Kalina). Cesressources sont mieux réparties que des res-sources à plus haute température, mais lesrendements de conversion thermo-électriquethéoriquement atteignables restent limités àquelques pourcents. Une façon d’améliorer laperformance de ces unités est donc de valori-ser la chaleur résiduelle qu’elles produisent en

Puits de production

Puits d'injection

TurbineGénérateur

Electricité

Pompe

Eau derefroidissement

Air Air

Eau

Rejet de vapeurdans l'atmosphère

Tour derefrigération

Echangeur de chaleur

Fluide organique

Chaleur à distance

Eau chaude

Condenseur

PRINCIPE D’UNE CENTRALE À FLUIDE

BINAIRE AVEC COGÉNÉRATION.

Le fluide géothermal à traversdeux échangeurs permet d’unepart, la production d’électricitéet d’autre part, l’alimentationen chaleur, par exemple d’unréseau de chaleur urbain. Laperformance de l’installationest ainisi valorisée.

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32

alimentant par exemple un réseau de chaleur.Ce type d’opérations commence à se diffuseren Europe.Ainsi, l'Autriche a installé sur des aquifèreskarstiques à 2 500 mètres de profondeur et àrespectivement 106 °C et 110 °C, des unités de1 MW à Altheim et 180 kW à Blumau.L’Allemagne dispose également depuis 2003,sur le site de Neustadt-Glewe, d'une centrale àcycle binaire d’une puissance électrique de230 kW qui utilise un fluide géothermal de 98 °C.Depuis, trois autres centrales à cycle binaire ont

été installées à Landau/Pfalz (3,8 MW), Bruchsal(1 MW),Unterhaching (3,2 MW).

Les systèmes hybridesLa dynamique actuelle des énergies renouve-lables et l’attrait pour les dispositifs de pro-duction décentralisés d’électricité sont deséléments favorables à un renouveau de lagéothermie. Or l’une des particularités de lagéothermie est qu’elle peut aussi être asso-ciée sur une même installation à d’autressources d’énergie (biomasse, biogaz, solaire,etc.) : on parle alors d’installations hybrides.Ces installations sont amenées à se dévelop-per à deux échelles :• -soit à l’échelle des réseaux de chaleur ali-

mentés par la chaleur d’aquifères pro-fonds ;

• -soit à l’échelle du bâtiment où des sondesgéothermiques peuvent être associées àd’autres équipements fonctionnant avecd’autres sources d’énergie renouvelable(par exemple, des panneaux solaires ouune pile à combustible, etc.).

DE HAUT EN BAS, LES CENTRALES OLKARIA I, II ET III

A 120 km au nord-ouest de Nairobi, sur le site de la principale unitéde production d'électricité géothermique du pays, Olkaria, dans cescollines situées au coeur d'un parc naturel où cohabitent girafes,zèbres, tuyaux et stations de pompage, on extrait de “l’or blanc”,un mélange d'eau et de vapeur sous pression à 300 °C qui remontedes entrailles de la terre, à plus de deux kilomètres de profondeur.

LE CHAMP GÉOTHERMAL

BACON-MANITO

ET LE VOLCAN MAYON.

Les Philippines,deuxième puissance“géothermique” aprèsles États-Unis pourraientporter d'ici à 2013 leurcapacité installée de 1 931 MW à 3 131 MW,avec l'objectifd'atteindre 9 500 MWen 2025.

LA CENTRALE ORC D’ALTHEIM (AUTRICHE).

La centrale autrichienne à cycle binaire dispose d'une puissanceinstallée d'1 MW à partir d'une ressource géothermale de 106 °C.

Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

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33

À Honey Lake en Californie, de l'eau géother-male à 118 °C puisée à 1 900 m de profondeurest utilisée en préchauffage d'une centralede production d'électricité à partir de la com-bustion de déchets de bois. La centrale a unecapacité de 35,5 MW, la contribution énergé-tique de la géothermie à ce système hybrideétant de l'ordre de 20 %.Autre cas de figure : à Kuwerau en Nouvelle-Zélande, la géothermie est associée à d’au-tres énergies renouvelables pour assurer lacouverture énergétique d'une usine de pâte àpapier. À de la vapeur extraite du champ géo-thermal de Kuwerau (75 kg/s de vapeur à 7 bars), vient s'ajouter celle produite par qua-tre chaudières qui brûlent les déchets de boiset les déchets chimiques résultant de lafabrication de la pâte à papier. L'associationde ces sources énergétiques en co-généra-tion satisfait 75 % des besoins en chaleur et20 % des besoins en électricité de l'entre-prise, la géothermie contribuant pour 25 % àla production de chaleur et pour 5,5 % à celled'électricité.

Les pompes à chaleur à absorption/adsorptionEncore confidentiels, les cycles thermodyna-miques sans compression (adsorption etabsorption en cycle fermé, dessiccation/éva-poration en cycle ouvert) utilisent l’aptitude

L’ÉCHANGEUR DE CHALEUR DE LA

CENTRALE DE NEUSTADT-GLEWE.

L'installation est constituéed'un doublet de forages etpuise à plus de 2 200 m deprofondeur, un fluide à 98 °Ccontenu dans la formationdes grès de Concorta. Pourgarantir la pérennité dusystème, une chaudièred'appoint à gaz de 4,8 MW etdeux chaudières de secours,à fioul, de 5,6 MW,complètent l'installation.Depuis 2003, la centraleproduit également del'électricité par géothermiegrâce à un petit générateurélectrique à fluide binaired'une capacité de 200 kW.La géothermie couvre 95 %des besoins de chaleur de 1 300 logements, de 20 locauxcommerciaux et d'uneentreprise industrielle.

de certains fluides ou solides à capter et relâ-cher l’énergie d’un gaz (le fluide frigorigène)en fonction des conditions de température oupression. Tout comme une machine thermo-dynamique à compression, ces pompes à cha-leur peuvent être utilisées en chauffage et/ouen rafraîchissement. Leur relative complexitéet leur encombrement supérieur sont com-pensés par des consommations énergétiquesjusqu’à 20 fois moindres. De nombreusessources de chaleur peuvent être utilisées :géothermie, solaire, etc.

Les technologies de systèmesgéothermiques stimulés (EGS)Jusqu'à ce jour, la géothermie n'a été dévelop-pée économiquement que dans des zonesgéologiques à forte perméabilité naturelle,qu'il s'agisse de systèmes volcaniques fractu-rés ou d'horizons favorables de certains bas-sins sédimentaires. Il reste à tester l'immensepotentiel des zones profondes des plates-for-mes continentales stables.À ce titre,démontrer la faisabilité technique etéconomique des technologies EGS comme àSoultz-sous-Forêts en Alsace, grâce aux tra-vaux de recherche entrepris, est un enjeuimportant et qui suscite un intérêt croissantdans le monde.LE REICHSTAG À BERLIN :

Exemple de système hybride de trigénération (cogénération,pompes à chaleur à absorption et stockage inter-saisonnier dechaleur et de froid) impliquant la géothermie.©

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L’avenir de la géothermie Chapitre I.6

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Exploiter les fluides supercritiquesPour l’instant, seuls des systèmes jusqu'à350 °C, sont exploités à grande échelle dans ledomaine de la géothermie. Les progrès tech-nologiques montrent qu’il est maintenantenvisageable d’exploiter d’exploiter des systè-mes de très haute enthalpie (400 °C). À cestempératures,l'eau est dans un état dit“super-critique”,permettant de produire une quantitéd’énergie au moins dix fois supérieure à celleextraite des systèmes actuels.C'est l'objectif du projet islandais IDDP(Iceland Deep Drilling Project) démarré en2004. Un puits pilote sur le flanc du volcanKrafla devrait atteindre une profondeur de

Avec 31 partenaires, 16 pays d’Europe et 3 repré-sentants de pays tiers (Mexique, El Savador,Philippines), le projet Engine a pour objectif depermettre le développement à grande échelledes systèmes géothermiques stimulés (EGS), amis en évidence plusieurs secteurs prioritairesde recherche :• identifier les réservoirs potentiels en profon-

deur en Europe, comme le MIT a pu le réali-ser aux États-Unis (rapport The Future ofGeothermal Energy, 2006) ;

• améliorer les techniques de forages en rédui-sant les coûts ;

• caractériser et stimuler les réservoirs enmodélisant finement le réservoir, son com-portement en réponse à la stimulation ;

• améliorer les cycles de conversion de la cha-leur en énergie électrique ou en productionde chaleur.

Le projet Engine (Enhanced GeothermalInnovative Network for Europe)

LES PRINCIPALES ÉTAPES

D'UN PROJET EGS.

Depuis l'identification du sitejusqu'à la productiond'électricité, le cycle d’un projetEGS s'étale plusieurs années.

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LE PROJET ISLANDAIS IDDP

Le forage à grande profondeurréalisé en Islande sur le flanc duvolcan Krafla s'effectue souventdans des conditions climatiquesdifficiles.

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3 000 m, puis être approfondi par carottagepour atteindre 4 000 m et environ 400 °C en2009, puis 5000 m et environ 500 °C en 2010.

Partie I La géothermie, une énergie exemplaire

Partie II

À l’horizon 2020, la géothermiedevrait contribuer dans lebouquet énergétique de laFrance à hauteur de plus de1,3 million de tonnesd’équivalent pétrole.

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Le contexte de la géothermie en France

Les usages domestiques et tertiaires

Les réseaux de chaleur et autres usages directs

La production d’électricité

35

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10 000

8 000

6 000

4 000

2 000

Supplément 2012 Supplément 20200

Milliers de tep

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Trois principales filières sont concernées par la géothermie en France : celle des pompesà chaleur géothermiques pour les usages domestiques et le tertiaire, celle des réseauxde chaleur destinés au chauffage collectif et celle de la production électrique,principalement dans les DOM. Il est prévu que la géothermie contribue en 2020 aumix énergétique français à hauteur de plus de 1,3 million de tonnes d’équivalent pétrole.

Chapitre II.1

Répondre aux objectifs du Grenelle de l'environnementPasser de 9 % à 20 % la part des énergiesrenouvelables dans la consommation finaled’énergie en 2020 et viser, si possible, 25 %,telles sont les orientations retenues à l'issuedes tables rondes du Grenelle de l'environne-ment qui ont réuni de juillet à septembre

2007 – événement sans précédent – lesreprésentants de cinq groupes d'acteurs(associations, syndicats, entreprises, élus,représentants de l'État).Le groupe de travail Climat-Énergie a établiun scénario de division par 4 des émissionsde CO2 d’ici à 2050 (“facteur 4”) avec unepremière étape en 2020 correspondant auxobjectifs européens des 3 fois 20 % arrêtésen mars 2007 (-20 % de consommationfinale en 2020, -20 % de CO2, minimum 20 %d’énergies renouvelables en énergie pri-maire). Le Grenelle de l'environnement aproposé d'augmenter de 20 millions de tepla part des énergies renouvelables dans lebouquet énergétique à l'horizon 2020.En 2008, les comités opérationnels (Comop)

1 200

1 400

PAC géothermiquesindividuelles

PAC géothermiquestertiaire et collectif

Géothermieprofonde

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Géothermie PACaérothermiques

Solairethermique

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200610 millions de tep

202020 millions de tep

RÉPARTITION

DES SOURCES DE CHALEUR RENOUVELABLE

EFFORT

DE CHACUNE DES FILIÈRES

ZOOM SUR LA GÉOTHERMIE

37

Le contexte de la géothermie en France Chapitre II.1

ont été chargés de traduire ces objectifs enmesures concrètes. Ainsi le comité opération-nel du plan de développement des énergiesrenouvelables (Comop n° 10) estime que lagéothermie doit constituer un des piliers dudéveloppement des énergies renouvelables.Dans son rapport, il indique que la géother-mie est particulièrement pertinente pour lafourniture de chaud et de froid dans le bâti-ment, gros secteur consommateur d'énergie.La géothermie pourrait chauffer 4 % du parcimmobilier à l'échéance 2020.L’élaboration de Plans Climat-Énergie Terri-toriaux (PCET) est proposée pour chaqueéchelle de grands territoires (intercommuna-lité, département, région). Ces plans auraientun caractère réglementaire et s’imposeraientaux documents d’urbanisme (SCOT, PLU,lotissements, ZAC). Ainsi, la priorité donnéeaux réseaux de chaleur inscrite dans un PCETserait traduite dans le PLU en termes d’obli-gation de raccordement aux réseaux exis-tants ou à créer, dans les zones de développe-ment prioritaire ; la procédure de classementserait ainsi remplacée par l’élaboration duPCET.Ces propositions mettent clairement en évi-dence l’intérêt des réseaux de chaleur pourgénéraliser l’usage des énergies renouvela-bles et en particulier de la géothermie.Ces possibilités offertes par les PCETdevraient s'appuyer sur des moyens finan-ciers donnés aux collectivités responsablesgrâce à la création d’un fonds chaleur renou-velable alimenté par une taxe sur les éner-gies fossiles.Le fonds chaleur permettrait d’ai-der au financement d’équipements de pro-duction de chaleur renouvelable par une aideà l’investissement ou par une aide au MWhproduit. Ce fonds, qui ne concerne pas les ins-tallations chez les particuliers, s’adresseraitaux équipements collectifs. Ces diverses dis-positions doivent faire l’objet de textes légis-latifs ou réglementaires en 2008 et 2009.La création de ce fonds doit permettre d’as-surer une rentabilité normale aux projets devalorisation thermique d’énergies renouvela-bles, en particulier la géothermie valoriséedirectement ou par l’intermédiaire de pom-pes à chaleur.

Le développement de la géothermie à l’échelle des objectifs nationaux comprendun important effort de recherche, développement et démonstration technologi-que dont les axes sont les suivants.• Pompes à chaleur géothermiques

Amélioration de la connaissance des formations superficielles, notammentdans les zones urbaines et périurbaines. Développement de la connaissancedes performances et de l’impact sur les milieux des différents types d’échan-geurs souterrains. Recherche appliquée sur l’optimisation des techniques deforage et la réduction de leur coût et de leur impact.

• Réseaux de chaleur géothermiquesRecherche et démonstration sur le thème du stockage d’énergie intersaisonnieren aquifère profond.Création d’un “Centre technique”ayant la mission de coor-donner la valorisation des données d’exploitation acquises dans le Dogger.

• Production d’électricité dans les DOMAmélioration de la connaissance de la ressource, de sa modélisation et desméthodes d’exploitation.

• Production de froid et climatisation dans les DOMDans les DOM, les besoins de froid et de climatisation sont particulièrementimportants. La technologie des pompes à chaleur permet d’y répondre, sousréserve que l’on développe des produits adaptés au contexte spécifique tropi-cal. De plus, la présence de ressource géothermale de moyenne températurepermet d’envisager l’utilisation de pompes à chaleur à absorption ou adsorp-tion, sans recours à une source externe d’électricité.

• Nouvelles technologies d’exploitation de la géothermie profonde pour la cha-leur et l’électricité en métropoleAvec le progrès des technologies (stimulation,cycles binaires…),la notion de res-source géothermale s’étend, en permettant d’utiliser de nouveaux réservoirs,ou d’envisager la production d’électricité à partir de ressources à relativementbasse température (120 °C). Pourraient être concernées l’Alsace, l’extension deszones d’exploitation des champs hydrothermaux dans les DOM insulaires et,plus largement en métropole, les roches sédimentaires profondes (Trias) voireles roches de socles fracturées sous couverture sédimentaire.Concernant spécifiquement la technologie EGS (Enhanced GeothermalSystem), il s’agit d’exploiter au mieux les acquis scientifiques du pilote réalisé àSoultz-sous-Forêts,pour maîtriser la stimulation des réservoirs et développer denouveaux concepts d’extraction de l’énergie thermique. La plate-forme deSoultz devrait être dédiée à cet objectif.

Le Grenelle de l'environnement : priorité à la recherche

Ce fonds pourrait également venir abonder lefonds de garantie géothermie (cf. p. 42), pouren augmenter les capacités et permette ainside prendre en charge un portefeuille plusimportant de projets.Dans les collectivités d’outre-mer, l’objectif stra-tégique est de progresser vers l'autonomieénergétique par le biais de la maîtrise desconsommations et le recours aux énergiesrenouvelables à hauteur de 50 % de la consom-

38

La Géothermie en FrancePartie II

mation d’énergie (30 % à Mayotte). La géother-mie peut y contribuer fortement comme c'estle cas en Guadeloupe où elle est devrait assurerà terme 25 % de la production d'électricité.

Les acteurs Les acteurs de la géothermie sont différentsd’une filière à l’autre ;outre l'ADEME et le BRGM,il peut s'agir d'industriels fabricants de maté-riels, de distributeurs de matériel, de bureauxd’études, d'installateurs, d'énergéticiens, d'orga-nismes professionnels, des pouvoirs publics, etc.Le détail et les principales adresses sont indi-quées sur le site :www.geothermie-perspectives.fr

labellisation QualiPAC pour les installateurs.La liste de ces installeurs est accessible sur lesite : www.afpac.org

Parallèlement, une commission géothermie-forage a été créée au sein de l'Afpac avec l'ap-pui technique du BRGM pour mieux prendreen compte les spécificités propres aux systè-mes des PAC géothermiques et en particulierla mise en oeuvre des capteurs géothermi-ques verticaux.

Pour le choix d'une entreprise de forage pourla mise en place d'une sonde verticale, la listedes entreprises engagées dans une démarched'engagement qualité (QualiForage) mise enplace par l'ADEME, le BRGM et EDF se trouvesur le site : www.geothermie-perspectives.fr

Pour le tertiaire et le résidentiel collectif Les acteurs dans cette filière sont lesconstructeurs et les installateurs de pompesà chaleur géothermiques, les entreprises deforage, les bureaux d'études sous-sol et lesadministrations. Pour la réalisation de fora-ges, il faut faire appel à une entreprise qui res-pecte les procédures et les conditions énon-cées dans la norme AFNOR NF X 10-999 du 20avril 2007. Le syndicat national des entrepre-neurs de puits et forages d'eau (SFE) regroupeun certain nombre d'entreprises de forage.www.sfe-foragedeau.com

Pour l'étude d'un système de chauffage et derefroidissement, l'association des ingénieursen climatique, ventilation et froid (AICVF)regroupe des maîtres d'œuvre, fournisseurs,installateurs, scientifiques, etc. (aicvf.org).De même, l'union climatique de France (UCF)regroupe des professionnels en climatisa-tion, ventilation et chauffage (www.ucf.fr).

L'AFPAC peut aussi être consultée pour toutconseil sur les pompes à chaleur de fortepuissance (www.afpac.org).

Les bureaux d'études sous-sol sont égale-ment des acteurs essentiels. Certains sontmembres du syndicat des énergies renou-velables (SER). Ce syndicat dispose depuis

Pour les particuliersL'ADEME a développé depuis 2001 le réseau“Info Energie”, en partenariat avec les collec-tivités locales. Ce réseau d'information et deconseil de proximité sur l'efficacité énergéti-que et les énergies renouvelables est consti-tué de 155 espaces et compte 300 conseillersau service du public.Le choix d'un installateur de pompe à chaleurpeut se faire en consultant l’Association fran-çaise pour les pompes à chaleur (AFPAC) quia pour mission de promouvoir le développe-ment des pompes à chaleur en France. L’AF-PAC a mis en place en 2007 une démarchequalité comportant deux volets : un mar-quage certifié NF PAC pour le matériel, et une

ESAPCE INSTITUTIONNEL SUR LA

GÉOTHERMIE SUR INTERNET.

Le site www.geothermie-perspectives.fr a été créépar l’ADEME et le BRGM,pour “tout savoir sur lagéothermie”.

39

Le contexte de la géothermie en France Chapitre II.1

2007, d'une commission géothermieregroupant les professionnels de la géo-thermie pour le tertiaire et le résidentiel col-lectif (www.enr.fr).Enfin, les administrations régionales doiventêtre contactées pour toutes les formalitésadministratives et les déclarations obligatoires.

Au titre des acteurs, citons également la SAFEnvironnement qui assure la gestion de lagarantie Aquapac (cf. p. 41) pour couvrir lesrisques des PAC sur aquifères.

Pour les réseaux de chaleurLa réalisation d'un réseau de chaleur néces-site l'intervention de nombreux partenaires :les Pouvoirs Publics soucieux de réduire notredépendance énergétique, les gestionnairesd'immeubles et d'équipements (Offices et SAHLM) qui ont pour objectif de réduire lescharges de chauffage des abonnés, les usa-gers et les habitants du quartier qui souhai-tent payer le moins de charges et les profes-sionnels, constitués de sociétés d'exploita-tion et des sociétés de service (sous-sol etsurface), qui ont pour objectifs de développeret de diversifier leur activité.

L’association des maîtres d’ouvrage publicsen géothermie (AGéMO) a été créée en 1986.Elle regroupe la plupart des maîtres d’ou-vrage de la région parisienne. Elle a pourobjectif d'étudier les problèmes communsaux maîtres d’ouvrage publics en géother-mie et de développer les actions susceptiblesde résoudre ces problèmes. Elle est aussi unlieu d'échanges et d'information pour analy-

ser les problèmes techniques, réglementai-res, financiers, organiser des actions commu-nes pour la promotion de la géothermie.

La Fédération française des entreprises ges-tionnaires de services aux équipements, àl'énergie et à l'environnement (FG3E)regroupe 6 syndicats dont les adhérents s'in-téressent notamment au développementdes réseaux de chaleur et de froid, à la cogé-nération chaleur/électricité ou encore audéveloppement des énergies renouvelablescomme la géothermie. www.fg3e.fr

Il est aussi indispensable de faire appel à des-bureaux d'études pour l’assistance à maîtrised’ouvrage, pour les études thermiques et lesétudes sous-sol.

Les organismes régionaux figurent aussiparmi les acteurs de la géothermie :en premierlieu les directions régionales du MEEDDAT etles Régions qui disposent, pour beaucoup, destructures spécialisées :• Agence Régionale de l'Environnement et

des Nouvelles Énergies d'Ile-de-France(ARENE IDF), à Paris.

POMPE À CHALEUR GÉOTHERMIQUE.

Il est conseillé de faire appel à un installateur spécialiste despompes à chaleur et de choisir des matériels certifés NF PAC.

CHANTIER DU DOUBLET D’ORLY.

Mobilisant plusieurspartenaires, le doubletgéothermique d’Orly-Choisy a été réalisé au secondsemestre 2007, en pleincentre ville à 1 700 m deprofondeur, dans le Dogger ;il produit plus de 300 m3/hd’eau à 76 °C.

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40

La Géothermie en FrancePartie II

• Agence de Développement Économique dela Corse (ADEC), à Ajaccio.

• Agence Pour l'Environnement et leDéveloppement Soutenable en Bourgogne(ALTERRE), à Dijon.

• Agence de l’Énergie et de l’Environnementen Poitou-Charentes (APCEDE), à Poitiers.

• Agence Régionale de l’Environnement deHaute-Normandie (AREHN), à Rouen.

• Agence Régionale de l’Environnement enLorraine (AREL), à Metz.

• Agence Régionale pour l’EnvironnementMidi-Pyrénées (ARPE MP), à Toulouse.

• Agence Régionale de l'Énergie Réunion(ARER), à Saint-Pierre.

• Agence Régionale Pour l’EnvironnementPACA (ARPE PACA), à Aix-en-Provence.

• Centre Ressource du DéveloppementDurable (CERDD), à Loos-en-Gohelle.

• Rhônalpénergie-Environnement (RAEE), àLyon.

Le Réseau des Agences Régionales de l'Énergieet de l'Environnement (RARE) est basé àToulouse (www.rare.asso.fr).

Les aspects réglementairesUne opération de géothermie peut être défi-nie comme une opération d'exploitation del'énergie thermique du sous-sol,qui s'effectueavec ou sans prélèvement d'eau. L'exploi-tation d'énergie sous forme thermique ren-

voie donc au corpus réglementaire quidécoule du code minier, alors que le prélève-ment d'eau renvoie a celui qui découle ducode de l'environnement (loi sur l'eau, avantsa codification).La réalisation d'une opération de géothermiepeut donc être conditionnée à l'obtentiond'autorisations au titre de la législationminière et d'autorisations au titre de la légis-lation environnementale, voire du code de lasanté publique.Pour mieux s'adapter aux évolutions techni-ques des opérations de géothermie en nappepeu profonde, il est envisagé de moderniserles textes d'application du code minier pournotamment mieux préciser la notion de gîtegéothermique afin de lever toute ambiguiteentre les opérations relevant du code minieret celles relevant du code de l'environnement.

Les aides et les dispositifs financiersIl existe des mécanismes financiers nationauxet des aides régionales. Le champ des disposi-tifs fiscaux est assez large ; il concerne les par-ticuliers (crédit d’impôt), les entreprises(amortissement accéléré) et les collectivités.L’ADEME et les collectivités territoriales(région, département, agglomérations, etc.)sont susceptibles d’aider les études de faisabi-lité, et dans certaines conditions l’investisse-ment.

Les aides de l’ADEMEL'ADEME a notamment mis en place un dispo-sitif incitatif d'aides financières spécifique à lagéothermie permettant de financer des étu-des de faisabilité et des missions d'assistanceà maîtrise d'ouvrage, ainsi que des investisse-ments tant pour la réhabilitation d'opérationsexistantes que pour la réalisation de nouvellesopérations. Ce dispositif peut être complétépar des aides régionales (voire européennes,fonds FEDER).L'ADEME propose aussi des outils méthodo-logiques et des aides financières, sous formede subventions, aux organismes qui fontappel à un prestataire pour réaliser plusieurstypes d'interventions : pré diagnostic, diag-

TRAVAUX DE RACCORDEMENT

SUR UN RÉSEAU DE CHALEUR.

La longueur des réseauxde chaleur est importantecomme celui de Chevilly-Larue - l'Haÿ-les-Roses -Villejuif qui comporte 72 km de canalisations.

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41

Le contexte de la géothermie en France Chapitre II.1

nostic ou étude de faisabilité.Dans le cadre de la mise en place du fondsChaleur prévu par le Grenelle de l'environne-ment, les mécanismes devraient évoluer.

Pour les particuliers : crédit d’impôt,aide de l'ANAH et prêt à taux zéroPour les particuliers, le crédit d’impôt porte surles coûts des seuls équipements dont la fina-lité essentielle est la production de chaleur,quelle que soit la date d’achèvement de l’im-meuble (pompes à chaleur, échangeurs, pom-pes de circulation…).Le taux du crédit d’impôt pour les pompes àchaleur est fixé chaque année par la loi definances. Pour être éligible, le coefficient deperformance (COP) de la PAC est pris encompte. Cette procédure ne concerne que lesparticuliers.L'Agence Nationale d'Amélioration de l'Habitat(ANAH) peut accorder prime et subvention pourl'installation d'une pompe à chaleur dans la rési-dence principale d'un particulier,construite il y aplus de quinze ans (www.anah.fr).Enfin, la création d’un prêt à taux zéro écologi-que pour favoriser la réalisation de travaux amé-liorant les performances énergétiques des loge-ments est également envisagée à partir de2009.

Pour les entreprises :amortissement fiscal accéléréLes entreprises ont droit à l’amortissementfiscal accéléré. Ce dispositif offre auxentreprises la possibilité de pratiquer unamortissement immédiat, sur douze moisà compter de leur mise en service, desmatériels destinés à produire de l’énergierenouvelable (PAC, matériels divers, maté-riels de télégestion…).

Pour le résidentiel collectif et le tertiaire :procédure Aquapac et certificatsd’économies d’énergieLa procédure Aquapac a été mise enœuvre en partenariat entre l’ADEME, leBRGM et EDF. Il s'agit d'une assurance quicouvre les risques géologiques liés à lapossibilité d’exploitation énergétiqued’une ressource aquifère située en général

à moins de 100 m de profondeur, puis aumaintien de ses capacités dans le temps.Elle s’applique aux installations utilisantdes pompes à chaleur d’une puissancethermique supérieure à 30 KW. C’est doncune double garantie, dont les deuxaspects sont indissociables :• la garantie de recherche couvre le risque

d’échec consécutif à la découverte d’uneressource en eau souterraine insuffi-sante pour le fonctionnement des ins-tallations tel qu’il avait été prévu ;

• la garantie de pérennité couvre le risquede diminution ou de détérioration de laressource, en cours d’exploitation.

POMPE DE CIRCULATION D’UNE CENTRALE

GÉOTHERMIQUE.

Le contrôle de la pompe decirculation permet d’assurer le bon fonctionnement del’installation (ici celle deChevilly-Larue - L’Haÿ-les-Roses).

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RÉALISATION D’UN FORAGE POUR

L’INSTALLATION D’UNE SONDE VERTICALE.

Les forages doivent êtreeffectués par une entreprisequalifiée (engagementQualiforage). Il faut aussirespeter les procéduresadministratives concernant laprotection du sous-sol etde la ressource en eau.

42

Aquapac assure pendant 10 ans les investis-sements réalisés pour le captage et le trans-fert de la ressource jusqu’à l’échangeur eau-eau et sa réinjection. La garantie ne concernepas les éventuels incidents de chantier, ni lesconséquences des défauts de conception, deréalisation ou de maintenance. Le maîtred’ouvrage conserve l’entière responsabilitédu respect de la réglementation, du choixdes bureaux d’études ou entreprises, et de laréalisation de l’opération.La gestion administrative et financière de lagarantie Aquapac est assurée par la SAFEnvironnement.Pour le résidentiel collectif et le tertiaire, lescertificats d’économies d’énergie concernentles pompes à chaleur de type eau/eau (cf p. 14)à destination du bâtiment tertiaire d’une sur-face inférieure à 5 000 m2 (fiche d’opérationn° BAT-TH-13) et à destination des bâtimentsde grande taille à usage professionnel d’unesurface comprise entre 5 000 et 10 000 m2

(fiche d’opération n° BAT-TH-13-GT).www.industrie.gouv.fr/energie/certificats.htm

Pour les réseaux de chaleur : TVA au tauxréduit et certificats d’économies d’énergiePour favoriser le développement de la géo-thermie, les pouvoirs publics ont mis en placeplusieurs mesures et instruments de soutien.

Cela concerne l'application du taux de TVAréduit aux réseaux de chaleur renouvelable,l'éligibilité de la géothermie aux certificatsd'économie d'énergie et aux quotas CO2,ainsi que le système de couverture des ris-ques géologiques et miniers.L’article 76 de la loi n° 2006-872 du 13 juillet2006 portant engagement national pour lelogement étend le bénéfice du taux réduitaux abonnements relatifs aux livraisonsd’énergie calorifique distribuée par réseauxainsi qu’à la fourniture de chaleur distribuéepar ces réseaux lorsqu’elle est produite aumoins à 60 % à partir de sources d’énergierenouvelable ou de récupération. Le tauxréduit applicable est de 5,5 %.Les certificats d’économies d’énergie concer-nent les réseaux de chaleur alimentés par lagéothermie dans le cas de production de cha-leur renouvelable (géothermie) sur un réseaude chaleur (Fiche Opération n° RES-CH-01) etdans le cas d'un raccordement à un réseau dechaleur alimenté par des énergies renouvela-bles.www.industrie.gouv.fr/energie/certificats.htm

Pour les aquifères profonds :fonds de garantie Géothermie Compte tenu du poids financier importantd’une opération de géothermie et de ladurée élevée d’amortissement des installa-tions, les pouvoirs publics ont mis en placeune procédure de couverture des risquesgéologiques à court terme – c'est-à-dire lorsde la réalisation des forages (débit et tempé-rature insuffisantes) – et à long terme – c'est-à-dire pendant l’exploitation de l’installation(diminution du débit de fluide géothermal,sinistres liés au fluide géothermal affectantles matériels et les équipements de la bouclegéothermale).

La durée de la garantie a été fixée à 20 ans.Les décisions d’agrément d’opérations nou-velles ou de versement d’indemnisations dessinistres relèvent exclusivement du ComitéTechnique, organe indépendant institué parles statuts du Fonds de Garantie Géothermie.

La Géothermie en FrancePartie II

FORAGE GÉOTHERMIQUE D’ORLY.

Le fonds de garantieGéothermie permet unecouverture des risquesgéologiques à courtet long terme.

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charte de qualité comportant 10 engage-ments et le contrôle aléatoire des instal-

lations réalisées par un organismeindépendant, comme l’APAVE.

La démarcheQualiForage pour les

sondes verticalesConcernant plus spécifiquement, les

PAC avec capteurs verticaux peu profonds,l'ADEME, le BRGM et EDF ont mis en placeune démarche d'engagement qualité pourles entreprises de forage de sondes géo-thermiques, afin de fournir un standard dequalité et d'améliorer la performance des

La géothermie avec usage de pompes à chaleur sur aquifères superficiels, sur capteurshorizontaux ou sur sondes verticales suscite un intérêt croissant depuis quelquesannées pour le chauffage et le refroidissement. La France connaît un développementrapide et sans précédent de ce marché qui devient un des plus importants d'Europe.

Chapitre II.2

La croissance du marchédes pompes à chaleurEn France, en 2007, 19 000 pompes à chaleurgéothermiques (PACG) ont été installées chezles particuliers. Sur ce nombre, 15 000 étaientdes installations avec capteurs horizontaux(essentiellement dans l’habitat neuf),2 000 desinstallations sur aquifères superficiels (dont15 % dans l’habitat existant) et 2 000,des instal-lations sur capteurs verticaux (là égalementprincipalement dans l’habitat neuf).Dans le domaine du tertiaire et du résidentielcollectif, le marché des opérations sur aquifèressuperficiels est en augmentation constantedepuis quelques années ; celui des opérationssur champs de sondes est en émergence avecplusieurs dizaines d’opérations par an, enfin desprojets sur pieux géothermiques commencentà voir le jour.

QualiPAC, la référence qualitéAfin de pérenniser le développementdes pompes à chaleur, l’Afpac a lancéla démarche qualité PAC. Elle estcomposée de deux volets : le mar-quage “NF PAC” pour le matériel etl’obtention du certificat d’installa-teur QualiPAC, spécialiste de lapompe à chaleur.La marque NF PAC garantit un niveau dequalité et de performance pour les pompes àchaleur et notamment un seuil minimal deCOP au moins de 3,3 (soit 3,3 kWh restitués enchaleur pour 1 kWh électrique consommé).QualiPAC, le second volet de la démarche,repose sur trois supports : la formation des

installateurs au travers d’un cursus de forma-tion comportant trois modules, dispensés parsix centres de formation ayant contractualiséavec l’AFPAC, le respect par l’installateur d’une

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0

2 000

2002 2003 2004 2005 2006 2007

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Sol / Sol et Sol / Eau

Eau glycolée / Eau et Eau / Eau

MARCHÉ DES PAC GÉOTHERMIQUES

DE 2002 À 2007, EN FRANCE.

En 5 ans, le marché a plus quedoublé.

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FPAC

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La Géothermie en FrancePartie II

installations. La démarche vise à encadrer lemarché des pompes à chaleur sur sondesgéothermiques verticales grâce à :• la mise en place d'un “standard de qualité”

avec un cahier des charges de référencepour la réalisation de sondes selon lesrègles de l'art ;

• la promotion d'une image de marque opti-male de la sonde géothermique verticale.

La gestion de la démarche engagement qua-lité ainsi que la sélection des entreprises sontpilotées par le BRGM.Une norme AFNOR spécifique aux forages desondes géothermiques est en cours de mise

au point. Elle constituera un complément à lanorme NF X 10-999 d’avril 2007 sur les fora-ges d’eau et de géothermie.

La plate-forme expérimentalepour les pompes à chaleurComment augmenter les performances descapteurs (échangeurs souterrains), commenten réduire le coût, y compris pour leur instal-lation dans le sol ? Telles sont quelques-unesdes questions qui vont être étudiées sur laplate-forme expérimentale d’Orléans instal-lée sur le site du BRGM, financée dans lecadre du contrat de projets État-RégionCentre.La plate-forme d’essais va permettre d’expéri-menter, dans des conditions réalistes, toustypes d’échangeurs souterrains : ceux déjàprésents sur le marché,mais aussi des échan-geurs innovants (au regard de leur géométrieen particulier). Les dispositifs seront testéssur des périodes de plusieurs mois (incluantpériodes estivales et hivernales) et connectéssur des boucles simulant l’appel énergétiqued’un bâtiment. Les données recueillies par lespartenaires sur un réseau de sites instru-mentés seront parallèlement centralisées etintégrées, puis exploitées dans des modèlesnumériques.Plusieurs questions décisives seront étu-diées : impacts à court et long terme des cap-teurs sur le sous-sol, relation entre dimen-sionnement et impacts sur la températuredu sol afin d’optimiser les coûts, perturbationéventuelle des équilibres géochimiques,hydrogéologiques, biologiques…

Inventorier les aquifèressuperficielsSi les capteurs fermés horizontaux et verti-caux peuvent être installés partout, uneopération sur aquifère requiert une res-source sur le lieu de réalisation.Un aquifère peut être défini comme unecouche géologique constituée de rochesperméables dont les caractéristiques physi-ques permettent le prélèvement de l'eau enquantité suffisante par captage. Le potentiel

PLATE-FORME EXPÉRIMENTALE

POUR LES POMPES À CHALEUR.

Cette vue éclatée montrequelques-uns desouvrages expérimentauxqui seront installés sur laplate-forme réalisée surle site du BRGM, àOrléans, dans le cadre ducontrat de projets État-Région Centre.

PIEDS DE SONDE.

Au fond des forages, setrouvent les pieds dessondes verticales. Ils sontélectrosoudables auxtubes en polyéthylène.

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Les usages domestiques et tertiaires Chapitre II.2

des aquifères superficiels connaît de fortesdisparités selon les régions, certaines ensont bien pourvues (Ile-de-France, Centre,Aquitaine, Alsace, etc.).La synthèse des connaissances hydrogéologi-ques des aquifères superficiels de plusieursrégions est consultable sur l’espace régionaldu site www.geothermie-perspectives.fr À ce jour, des informations spécifiques pourplusieurs régions, comme l'Ile-de-France, leCentre ou la Lorraine sont disponibles. Lesrésultats sont présentés sous forme d’unsystème d’informations géographiques(SIG) destiné à fournir, pour un point donnédu territoire régional (commune par exem-ple), les caractéristiques des principauxaquifères.Cet outil d’aide à la décision, fondé sur l’in-ventaire du potentiel des nappes superfi-cielles, permet d’évaluer les ressources géo-thermales disponibles dans la tranche deterrains situés entre 0 et environ 100 mètresde profondeur.Les inventaires des ressources géothermalesont été établis à partir des données disponi-bles au BRGM dans la banque des donnéesdu sous-sol (BSS), dans la base d’accès auxdonnées des eaux souterraines (ADES) ainsiqu’à partir du référentiel des systèmes aqui-fères superficiels. Outre la dimen-sion géologique le système proposeune évaluation de l’exploitabilitédes aquifères à partir d’une analysemulticritère des données disponibles.La température de ces aquifères peu pro-fonds est de l’ordre de 12 à 16 °C et les débitspeuvent dans certaines configurationsdépasser 100 m3/h. Les pompes à chaleurassociées à cette ressource ont un coeffi-cient de performance stable qui peutdépasser 4.Dans ces conditions,en considérant un prélè-vement de 7 °C sur l’eau puisée, la puissancedisponible est de l’ordre de 10 kW/m3/h. Avecun débit de 100 m3/h, il est possible d’assu-

Les entreprises adhérant à Qualiforage garantissent le respect des règles de l'artpour :• le dimensionnement des sondes, en fonction notamment de la nature des ter-

rains et de la présence ou non d'eau souterraine pour répondre correctementaux besoins de chauffage ;

• le respect de l'espacement minimal de 10 mètres entre deux sondes pour évi-ter le gel du sous-sol ;

• les conditions techniques de réalisation avec la mise en œuvre d'une techniquede forage adaptée, la mise en place des tubes à l'aide d'un touret pour ne pasendommager la sonde, la cimentation* sous pression depuis la base de lasonde ;

• les tests in-situ de l'étanchéité des sondes ;• le respect de la réglementation et la clarification des responsabilités entre le

foreur, le chauffagiste et le client.

La liste et la carte des foreurs adhérant à Qualiforage sont disponibles sur le site :www.geothermie-perspectives.fr

Qualiforage : un standard de qualité

PRINCIPALES “MASSES D’EAU SOUTERRAINE” POUR LE TERRITOIRE MÉTROPOLITAIN.

Le référentiel cartographique national pour la Francemétropolitaine est composé de 533 masses d’eau souterraine dont498 à l’affleurement. Six principaux types de masses d’eausouterraines ont été identifiés.

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Types de masses d'eau

alluvial

socle

édifice volcanique

domaine intensément plissé

dominante sédimentaireimperméable localement aquifère

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La Géothermie en FrancePartie II

rer le chauffage pour un ensemble tertiairede 15 000 m2 (et éventuellement le refroi-dissement).Avant de passer à la réalisation, il est indis-pensable de faire une étude hydrogéologi-que, dans le cadre d’une étude de faisabilité.

Quelques exemples deréalisationsLe pôle administratif des Mureaux (Yvelines)Mis en service en 2005, le pôle administratifdes Mureaux est un bâtiment exemplairede 4 500 m2 construit en appliquant ladémarche HQE. Une pompe à chaleur d’unepuissance de 300 kW assure le chauffage etle rafraîchissement. La source d'énergie estla nappe de la craie du Sénonien ; la profon-deur des deux puits (pompage et réinjec-tion) est de 30 mètres et le débit d’exploita-tion de l’ouvrage atteint 32 m3/h.Le suivi des performances effectué par EDFdurant 3 ans, montre une consommationannuelle d’environ 100 kWh par m2 et paran, tous usages confondus ; le coefficient deperformance (COP) de l’installation a été de4,3 en hiver et de 13,7 en été.En hiver, la PAC alimente les plancherschauffants, tandis qu’en été, la nappe à 15 °Cest utilisée, via un échangeur, en géocooling*(sans la pompe à chaleur) pour rafraîchir lebâtiment.

Le collège des Bernardins (Paris)Construit aux XIIIe et XIVe siècles, le collègedes Bernardins a été classé monument his-torique. Il a fait l’objet d’un programme derénovation et d’extension pour notammentdégager l’ensemble des volumes des rez-de-chaussée et du sous-sol de l’ancien réfec-toire, à substituer une charpente neuveselon le profil d’origine à celle actuellementexistante, datant du XIVe siècle.D’importants travaux de renforts ont étéréalisés, tant en fondations qu’en super-structures, pour permettre la réutilisationdes locaux en surfaces de bureaux et de sal-les de cours. Le chauffage et le refroidisse-ment sont assurés par une pompe à chaleurgéothermique sur aquifère superficiel. Undoublet de forages a été réalisé à 28 m deprofondeur dans les calcaires et marnes duLutécien de l’Éocène inférieur et moyen,avec un débit d’exploitation de 60 m3/h.Grâce à ce système, les émissions de CO2évitées représentent 63 tonnes par an.

LA POMPE À CHALEUR

DES MUREAUX.

En hiver, la PAC d’unepuissance de 300 kW,alimente les plancherschauffants.En été, la nappe situéeà 30 m de profondeur,à une température de 15 °C) est utilisée, viaun échangeur, engéocooling pourrafraîchir le bâtiment.Une programmation duchauffage est réaliséesur sept zones selonleur exposition et leshoraires de présence.

La CAF de Lyon (69)Depuis une dizaine d’années, le bâtiment dela Caisse d’Allocations Familiales de Lyon estéquipé d’une installation qui comporte deuxpompes à chaleur sur aquifère d’une puis-sance de 600 kW chacune. La chaleur pro-duite est distribuée dans ce bâtiment d’unesurface de près de 17 000 m2,via un réseau deventilo-convecteurs à 4 tubes. Les pompes àchaleur sont réversibles.Elles fonctionnent enmode thermofrigopompe, c'est-à-dire qu’el-les peuvent produire simultanément duchaud et de froid. Ainisi, le régime de fonc-tionnement en eau glacée est de 7 à 12 °C l’étéet de 10 à 12 °C l’hiver. En eau chaude, il est de

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Les usages domestiques et tertiaires Chapitre II.2

35 °C pour + 20 °C à l’extérieur et de 45 °C pour0 °C à l'extérieur. Par rapport à une solutiontraditionnelle (chaufferie gaz et groupe froid),la solution PAC sur aquifère superficiel per-met une diminution du coût énergétique dela production de chaud et froid de 37 %. Ellepermet aussi chaque année de réduire lesrejets de CO2 d’environ 250 tonnes, soit uneéconomie de 70 % par rapport à une solutionplus classique avec combustible fossile. Lecoefficient de performance (COP) de l’instal-lation mesuré depuis l’origine est enmoyenne de 3,8, c’est-à-dire que pour 1 kWhélectrique consommé, l’installation en afourni 3,8 sous forme de chaud ou froid.

La Cité du Design à Saint-Étienne (Loire)La Cité du Design qui ouvre ses portes fin 2009sur le site de l’ancienne Manufacture d’Armes,constitue une plate-forme de création, derecherche, d’enseignement et de formation paret sur le design. Outre la réhabilitation des troisbâtiments inscrits au titre des MonumentsHistoriques, deux nouveaux bâtiments ont étécréés : la Tour Observatoire et la Platine,un bâti-ment contemporain de 7000 m2.La Platine est un bâtiment de Haute QualitéEnvironnementale (HQE), novateur par sonapproche énergétique et climatique. Ainsi, lessystèmes de chauffage et de refroidissementpar rayonnement (circulation d'eau dans les

LES BUREAUX DE LA CAF DE LYON.

Deux pompes à chaleur géothermiques sur aquifèreassurent le chauffage et le refroidissement des locaux de laCAF de Lyon.

CHÂTEAUROUX (INDRE), PIONNIER DE LA

GÉOTHERMIE EN RÉGION CENTRE.

L’ensemble collectif d’environ1300 logements est alimentépar une centrale géothermiquecomposée d’un forage captantles formations sableuses duTrias entre 482 et 670 m associéà 4 pompes à chaleur à moteurà gaz d’une puissance unitairede 350 kW. Le forage qui avaitété réalisé en 1983 a étéréhabilité en 2002. L’eau puiséeà 34 °C est pompée à un débitde 100 m3/h dans le puitsprincipal au Trias. Elle estmélangée à celle d’un puitssecondaire exploitant l’aquifèredu Dogger, capable de concourirjusqu’à 120 m3/h d’eau à 16 °C.

LYON CONFLUENCE (RHÔNE).

Le nouveau quartier LyonConfluence, quiprolongera le centre villejusqu’à la pointe de laPresqu’île, recourt à despieux énergétiques et àun système de pompes àchaleur sur aquifère.

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GRANDE PREMIÈRE À LA CITÉ DU DESIGN DE SAINT-ÉTIENNE.

120 pieux géothermiques, 10 sondes verticales et un puitscanadien sont mis en œuvre pour le chauffage et lerefroidissement du bâtiment HQE.

planchers en béton) sont alimentés par 120pieux géothermiques d'une profondeur de 10 à30 mètres,10 sondes géothermiques d'une pro-fondeur de 150 mètres,et un puits canadien quia été réalisé en fermant le vide sanitaire sous lebâtiment pour le rafraîchissement de l'audito-rium. La Platine est le premier bâtiment enFrance à utiliser cette technique des pieux géo-thermiques. Le suivi de la performance énergé-tique de ce système et du concept énergétiquedans son ensemble fait l'objet d'une attentionparticulière, dans le cadre d'un partenariatentre Saint-Étienne Métropole, la Cité duDesign, l'ADEME, EDF et le CSTB (CentreScientifique et Technique du Bâtiment).

48

La France a joué un rôle de pionnier dans le développement de la géothermie dans le Bassin parisien avec l'aquifère du Dogger, qui présente la plus grande densitéau monde d'opérations de géothermie en fonctionnement.

Chapitre II.3

Sur l'ensemble de son sous-sol, la France recèleun véritable trésor géothermique dont uneinfime partie est aujourd'hui exploitée. Ondénombre un total de 65 installations dédiéesau chauffage urbain réalisées pour l'essentieldans les années 1980. Elles assurent la couver-ture des besoins de près de 200 000 équiva-lent-logements, dont 150 000 en région pari-sienne. Après une quinzaine d'années depause, liée aux cours relativement bas del'énergie fossile, la géothermie connaît unregain de nouvelles opérations, notammenten Ile-de-France.

Des ressources importantesSous les effets des chocs pétroliers et de lamise en place de politiques incitatives, prèsd’une centaine d’opérations en majorité dansle Bassin parisien ont alors été réalisées enquelques années, jusqu'en 1985 où des pro-blèmes économiques (cours du pétrole), tech-niques (corrosion et dépôts dans les tubages)

et financiers (prêts contractés avec des tauxélevés en période d’inflation vite révolue)stopperont net le développement de la filière.En 1989, les pouvoirs publics vont s'engagerdans une négociation avec les maîtres d'ou-vrage du Bassin parisien. Le rééchelonnementdes prêts permettra le maintien en fonction-nement d’une trentaine d’exploitations.Au plan technique, les problèmes de corrosionliés au fluide géothermal exploité ont étédepuis complètement résolus. Les exploita-tions fonctionnent aujourd’hui encore,avec untaux de disponibilité moyen proche de 95 % etsans qu’ait été constatée de baisse de tempé-rature de la ressource géothermale.

Une filière qui repartDepuis 1961, date du premier forage à 600 mde profondeur à la Maison de la radio (Paris),117 forages profonds, qu'il s'agisse de puitsforés ou de forages existants réhabilités, ontété réalisés en France métropolitaine, princi-palement dans le Bassin parisien et le Bassin aquitain.Le graphique ci-contre de l'évolution annuelledes puits forés ou réhabilités montre l'impactdes périodes de “chocs pétroliers”notammenten 1979 et le désengagement constaté à par-tir de 1987. 97 de ces forages ont été mis enexploitation et actuellement 65 installationsgéothermales sont exploitées en puits uni-ques, doublets ou triplets. Un tiers des instal-lations environ a été arrêté en raison de diffi-cultés d'ordre technique ou économique oupour cause de concurrence énergétique.Les apports thermiques de la géothermiebasse température permettent de substituerannuellement 1 265 GWh, ce qui représenteenviron 130 000 tep économisées.

FORAGE ET RÉHABILITATION DES DE PUITS

GÉOTHERMIQUES DEPUIS 1961.

117 forages profonds ont étéréalisés en France de 1961 à2008, principalement dans lesBassins parisien et aquitain.

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20

Nombre de puits forés ou réhabilités

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6

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0 1961 ... 69 ... 74

Bassin aquitain et autres bassins

Bassin parisien

75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 ... 94 ... 98 ... 01 ... 07 2008

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Les réseaux de chaleur et autres usages directs Chapitre II.3

FRESNES (VAL-DE-MARNE) :

Mis en service en 1986, ledoublet de forages au Doggeroffre une température en têtede puits de 73 °C, qui alimenteun réseau de chaleur quialimente aujourd'hui5 350 équivalent-logements.

Les émissions polluantes évitées sont esti-mées à plus de 400 000 tonnes de CO2 par an.En Ile-de-France, la géothermie peut êtreconsidérée comme la première énergierenouvelable. En effet la région compte à cejour, 34 centrales géothermiques en fonc-tionnement, dont 16 dans le départementdu Val-de-Marne qui, à lui seul, concentre40 % de la production des réseaux de cha-leur géothermique français.

30 000 nouveaux logementschauffés par géothermie en2013 en Ile-de-FranceDans cinq ans, de nouvelles familles franci-liennes pourront se chauffer par géother-mie. En effet, soucieuse de réduire laconsommation d’énergies fossiles et lesémissions de gaz à effet de serre sur son ter-ritoire, la Région francilienne relance la géo-thermie en investissant, avec l’ADEME, sur lapériode 2008-2013, 22 millions d’euros danssix opérations : la création de six nouvellesopérations (doublets) et la réhabilitation desix opérations. Des installations qui devraientprofiter en tout à l’équivalent de 30 000logements.Les nouveaux puits serviront au chauffage delogements et bâtiments publics dans plu-sieurs communes d'Ile-de-France. Quant auxréhabilitations, elles concerneront les puitsarrivés en fin d'exploitation comme à Sucy-en-Brie (94) et à La Courneuve Sud (93).Toutes ces opérations s’ajoutent au planénergie 2006-2011 de la Région, qui vise luiaussi au développement de la géothermie.L'un de ses objectifs est en effet de soutenirles collectivités qui, pour produire de la cha-leur, font ce choix écologique et économique.

L'opération d'Orly-ChoisyÀ Orly et Choisy (Val-de-Marne), 8 000 loge-ments sont chauffés par de l’eau à 76 °C préle-vée à 1 700 mètres de profondeur : la construc-tion d’un doublet de forage a été lancée, en juil-let 2007, par l’Office public d’aménagement etde construction (Opac) du Val-de-Marne.C’est lepremier dans la région depuis 1996.

OPÉRATION D’ORLY-CHOISY.

Les tiges de forage sontassemblées les unes aux autresau fur et à mesure del’avancement du forage

Ci-dessous : la modélisation del’impact thermique indique laposition des “bullesthermiques” à l’horizon 2030.

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La Géothermie en FrancePartie II

LES RESSOURCES GÉOTHERMALES DU BASSIN PARISIEN.

Formé par un empilement de couches sédimentaires qui se sont déposées au cours des trois dernières ères géolo-giques sur un socle cristallin ou granitique plus ancien, le Bassin parisien possède la particularité d'être très stable.Cinq grands réservoirs aquifères géothermaux y ont été recensés, dans différentes couches de sédiments. Laplus connue et la plus exploitée est celle du Dogger (un étage du Jurassique) dans la région Ile de France. Ceréservoir, calcaire, qui s'étend sur 15 000 km2, offre des températures variant entre 56 °C et 85 °C et assure lefonctionnement de 34 installations géothermales. Mais dans la région Centre, ce sont les sédiments gréseux duTrias qui permettent à Châteauroux de chauffer 1 310 logements HLM.Et à Paris, c'est le réservoir situé dans les sédiments de l'Albien (les “sables verts”) qui assure le chauffage et lerefroidissement de la Maison de Radio France. Les sédiments du Lusitanien et du Néocomien sont, quant à eux,peu exploités, bien que leurs ressources ne soient pas négligeables.

L’étude du projet a commencé en 2006 dans lecadre du plan de relance de la géothermie pro-fonde en Ile-de-France initié en 2004 parl’ADEME, l’ARENE Ile-de-France et le BRGM.Après les forages réalisés entre juillet et décem-bre 2007, la mise en service du doublet est inter-venue à la fin février 2008. L’opération permetd’éviter le rejet annuel de 10 000 tonnes de CO2dans l'atmosphère et de s'affranchir de la fluc-

tuation du cours du gaz.Elle s'avère,en coût glo-bal sur l'ensemble de la durée de vie du projet, lasolution la moins onéreuse.

Le triplet de Sucy-en-BrieLa ville de Sucy-en-Brie (Val-de-Marne) adécidé de pérenniser l'exploitation qu'elle faitde la géothermie depuis plus de 20 ans et

FORAGE D’ORLY (94).

Le forage d’Orly réalisé en 2007,marque le renouveau de lagéothermie en Ile-de-France.

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Les réseaux de chaleur et autres usages directs Chapitre II.3

d'étendre maintenant son réseau de chaleurgéothermique qui fournira aux 2 900 équiva-lents logements, 34 760 MW d’énergie géo-thermique chaque année, assurant près de90 % de leurs besoins.Ainsi, un nouveau forage destiné à la produc-tion vient d'être réalisé à environ 2 000 mètresde profondeur, tandis que les deux ancienspuits ont été réhabilités pour la réinjection dufluide géothermal. Ce “triplet” offre une tem-pérature d'exploitation de l'ordre de 77 °C avecune débit potentiel de 300 m3/h.Plusieurs bâtiments publics et à usage d’habi-tation ont été raccordés au réseau de chaleurexistant et une extension vers d’autres quar-tiers de la Ville est envisagée.

Principales opérations en Ile-de-France en service en 2008

Opérations Dépar-tement

Date de mise

en service

Températuretête de puits

en °C

Débit en m3/h

Équivalent-logements

MWhgéother-mique

Taux decouverturegéoth. %

Alfortville 94 1986 73 275 4 415 43 155 78Blanc-Mesnil Nord 93 1983 66 175 2 754 25 471 74

Bonneuil-sur-Marne 94 1986 79,3 280 3 078 25 519 66Cachan 94 1984 70 360 4 605 49 028 85

Champigny 94 1985 78 280 6 644 58 552 71Chelles 77 1987 69 280 3 601 16 917 38

Chevilly-Larue - L'Haÿ-les-Roses 94 1985 72,6 560 9 793 72 580 58Clichy-sous-Bois 93 1982 71 180 3 794 15 572 33Coulommiers 77 1981 85 230 2 106 24 752 94

Créteil 94 1985 78,9 300 12 303 56 466 37Epinay s/Sénart 91 1984 72 250 5 105 49 874 78

Fresnes 94 1986 73 250 5 351 32 335 48La Courneuve Nord 93 1983 58 200 2 393 21 666 73La Courneuve Sud 93 1982 56 180 2 822 12 472 35

Le Mée s/Seine 77 1978 72 134 4 856 21 155 35Maisons Alfort 1 94 1985 73 300 4 505 36 673 65Maisons Alfort 2 94 1986 74 260 4 329 20 755 39

Meaux Beauval et Collinet 77 1983 75 400 13 529 58 384 35Meaux Hôpital 77 1983 76 130 3 761 20 674 44Melun l'Almont 77 1971 72 260 5 238 44 593 68

Montgeron 91 1982 72,5 220 1 749 16 881 77Orly - Choisy 94 2007 76 350 8 000 68 000 80Ris-Orangis 91 1983 72 190 225 16 239 58Sucy-en-Brie 94 2008 77 300 2 900 34 760 90

Thiais 94 1986 76 250 4 352 43 539 87Tremblay-en-France 93 1984 73 275 4 212 45 562 87

Vigneux 91 1985 73,2 240 3 430 33 579 66Villeneuve-Saint-Georges 94 1987 76 350 4 303 34 411 65

Villiers-le-Bel 95 1985 67 230 2 959 21 699 60Sour

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RÉSEAU DE CHEVILLY-LARUE, L’HAŸ-LES-ROSES - VILLEJUIF.

Avec ses 72 km de canalisations, c’est le plus grand réseaugéothermique d’Europe qui dessert 19 200 équivalents logements.

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La Géothermie en FrancePartie II

Le Bassin aquitainLe Bassin aquitain possède une structuregéologique un peu plus complexe. Les for-mations aquifères sont nombreuses maismoins étendues, les plus profondes se trou-vant au pied des Pyrénées, enfouies jusqu'à10 km dans le sous-sol.Deux zones particulièrement favorables ontété découvertes dans la région : l'une formeun croissant au nord et au nord-est deBordeaux, et l'autre descend d'Arcachon àBayonne avant de s'élargir vers l'est au pieddes Pyrénées. Les principales exploitationsgéothermiques se trouvent dans la régionde Bordeaux, de Mont-de-Marsan et deDax.

Les autres ressources : Alsace,Limagne, Bresse, Sud-Est, HainautEn Alsace, la plaine du Rhin se situe dans unfossé d'effondrement, le fossé rhénan, quis'est rempli de dépôts tertiaires et quaternai-res pouvant atteindre par endroits, plusieurskilomètres d’épaisseur, avec le gradient leplus élevé de France : de 4 à 5 °C/100 m en

moyenne et localement 10 °C/100 m dans larégion d'Haguenau. La tectonique y est pluscomplexe que dans le Bassin parisien.Aucune exploitation ne fonctionne à ce jour,mais c'est dans cette région que se trouve legrand programme de recherche de Soultz-sous-Forêts. Plusieurs projets sont à l'étudepour l'utilisation directe de la chaleur.La Limagne, bassin d'effondrement, dans larégion de Riom, recèle un aquifère profonddans l'Oligocène qui atteint des profondeursde 2 000 m avec un gradient élevé de l'ordrede 6 à 9 °C/100 m. Deux forages réalisés à desfins géothermiques au début des années 80n'ont pas donné les résultats escomptés.La Bresse, fossé d'effondrement, renfermequelques réservoirs dont la températurepourrait dépasser 70 °C. Un forage géother-mique a été réalisé au début des années 80 àBourg-en-Bresse, mais il a été considérécomme un échec.Sud-Est : dans la zone qui couvre les bassinsdu Couloir rhodanien, les fossés de la bordurecévenole, la Haute-Provence, La Camargue etle Languedoc-Roussillon, il existe de nom-breux réservoirs calcaires, dolomitiques ougréseux, mais leur extension est souventlimitée par le compartimentage tectonique.

Toulouse

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Pau

Tarbes Foix

Bordeaux Périgueux

Cahors

Tulle

Montauban

Agen

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Mont-de-Marsan

Massifs cristallins

Crétacé

Jurassique supérieur Lias et Trias Front des petites Pyrénées Front nord- pyrénéen

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PRINCIPAUX RÉSERVOIRS

GÉOTHERMAUX EN AQUITAINE

À PLUS DE 60 °C :

ils sont formés deterrains sédimentaires(Crétacé, Jurassiquesupérieur, Lias et Trias)qui reposent sur le socleancien.Les formations sont detype poreux (grès,sables, calcairesoolithiques, dolomies…)ou de type fissuré oukarstique (calcairesporeux ou non).

Bientôt, 8 500 tonnes de tomates pourront êtreproduites chaque année grâce à l'eau chaude etau gaz issus des forages pétroliers de Parentis-en-Born, dans les Landes.Ce projet, réalisable d'ici à la fin 2008 devraitpermettre de créer 120 emplois. Il est porté parla commune de Parentis, le groupe Rougeline,qui rassemble 150 producteurs du sud de laFrance, et le groupe canadien Vermilion quiexploite le champ pétrolier de Parentis.L'idée est de récupérer l'eau chaude et les gazsoufrés issus des forages voisins, qui étaientjusqu'à présent inexploités, afin de chauffer 17 hectares de serres.Cette énergie pourrait éga-lement produire suffisamment d'électricitépour alimenter 1 500 foyers. Ce projet va per-mettre de concilier production agricole, respectde l'environnement,valorisation énergétique etlutte contre la pollution.

Des tomates géothermiques

53

Les réseaux de chaleur et autres usages directs Chapitre II.3

Principales opérations en Bassin aquitain, Limagne, Languedoc, Lorraine, Bresse en service en 2008

Région Opération UtilisationTempérature

tête de puits (°C)

Apports géothermiques (MWh utiles)

Hydrocarburessubstitués

(tep)

Pollution évitée

(t de CO2)

Bassin aquitain

Argelouse / Sore pisciculture 48 16 492 1 773 5 566

Bordeaux Benauge piscine 42 391 40 92BordeauxMériadeck chauffage 52 3 312 339 847

Bordeaux Stadium piscine 34 1 082 110 255Gujan Mestra centre nautique 25 2 004 203 472Hagetmau piscine / ECS 32 2 793 283 657Merignac - BA 106 chauffage 52 16 218 1 641 3 816Mios-le-Teich pisciculture 73 21 440 2 169 5 045Mont-de-Marsan 1 chauffage 60 13 169 1 348 3 368Mont-de-Marsan 2 chauffage 56 2 480 251 583Pessac - SalgeFormanoir chauffage 48 16 157 1 635 3 802

Saint-Paul-les-Dax 1 chauffage/thermes 47 13 775 1 394 3 241Saint-Paul-les-Dax 2 piscines/serres 60 4 299 435 1 012Blagnac 1 piscine 55 3 202 324 753Blagnac 2 chauffage 60 6 302 602 1 483Nogaro 2 pisciculture 51 18 494 1 988 6 242Jonzac 1 chauffage/thermes 60 5 487 555 1 291Jonzac 2 centre nautique 58 12 031 1 232 4 010

Limagne Aigueperse serres 43 11 512 1 238 3 885

Bassin parisien Châteauroux chauffage 34 14 860 1 503 3 496

Languedoc

Montagnac pisciculture 30 7 850 844 2 649Lodève 1 serres 30 8 770 887 2 064Lodève 2 serres 52 6 280 635 1 478Pézenas piscine/pisciculture 38 11 576 1 171 2 724

Lorraine

Dieuze pisciculture 31 5 233 529 1 231Lunéville piscine-pisciculture 25 827 84 195Nancy 1 - Thermes chauffage/thermes 45 3 134 317 737Nancy 2 - CaserneKellermann chauffage 30 6 280 635 1 478

Bresse Montevel-en-Bresse centre nautique 32 1 924 195 453Sour

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Aujourd'hui, un projet est à l'étude dans l'ag-glomération d'Aix-en-Provence.Enfin, dans le Hainaut, des forages ont étéréalisés dans le calcaire carbonifère du bassincharbonnier franco-belge, sans donner derésultats suffisants. Des initiatives pour valo-riser le potentiel du Carbonifère, à l'image dece qui a pu être fait du côté belge, pourraientvoir le jour prochainement.

Un centre technique d'appuipour la géothermiePour répondre aux problématiques techni-ques collectives qui se posent aux maîtresd'ouvrage et aux exploitants des réseaux dechaleur géothermiques, l'ADEME et le BRGMont créé un centre technique d'appui au seindu département Géothermie du BRGM.

54

Destiné, dans un premier temps, à accom-pagner la relance de la géothermie desréseaux de chaleur en Ile-de-France, ce centrede ressources doit être à même de pouvoirrépondre à toutes sortes de questions : ges-tion durable de la ressource, optimisationdes performances, gestion des fluides (cor-rosion, dépôts, etc.), problèmes technico-économiques et juridiques.C’est le cas, par exemple, avec le projetintitulé “Gestion du Dogger”, piloté par leBRGM en partenariat avec l’ADEME et larégion Ile-de-France. Ce projet a pour butde fournir aux instances qui sont asso-ciées à l’exploitation géothermique duDogger (comme l’administration parexemple), des éléments et des méthodes

pour une meilleure appréciation desconséquences à long terme de l’exploita-tion de ce réservoir.L’incidence de la réinjection dans leDogger de l’eau géothermale refroidieaprès le prélèvement de ses calories ensurface est une des questions importan-tes qui se pose, par exemple ; de même,comment prendre en compte de nouvellesopérations qui viendraient s’ajouter à l’ex-ploitation existante du réservoir ?À terme, le centre technique sur la géo-thermie doit étendre son domaine d’inter-vention à tous les types de géothermie età l’ensemble du territoire.

LES RESSOURCES GÉOTHERMALES

PROFONDES EN FRANCE MÉTROPOLITAINE

Les ressources géothermalesprofondes sont assez largementréparties dans notre sous-sol :Bassin parisien, Bassin aquitain,Hainaut, fossé rhénan,

Limagne, Bresse, Sud-Est(couloir rhodanien)…

La Géothermie en FrancePartie II

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En France, la production d'électricité à partir de la géothermie s'effectue depuis plus de 20 ansà partir de la centrale de Bouillante en Guadeloupe et c'est d'ailleurs dans les départementsd'outre-mer que les perspectives sont les plus prometteuses. En métropole, une petiteproduction d'électricité a commencé sur le site du grand projet EGS de Soultz-sous-Forêts.

Chapitre II.4

55

La géothermie dans les départements d'outre-merLe contexte insulaire volcanique rend trèsprometteuse la contribution de l’électricitégéothermique dans les départements d'ou-tre-mer insulaires. Ces îles sont largementdépendantes de l’électricité d’origine fossile,dont les coûts s’envolent, et la géothermieest la seule énergie renouvelable suscepti-ble de contribuer en base, à un prix compé-titif, à la production d’électricité. La centralede Bouillante en Guadeloupe, exploitée parune filiale du BRGM produit déjà 15 MW. Destravaux d’exploration sont en cours enGuadeloupe, à la Réunion, à la Dominique(qui pourrait alimenter la Martinique et laGuadeloupe) et ouvrent la perspective d'at-teindre les 200 MW à l’horizon 2020, ce quireprésenterait une part importante desbesoins d’électricité de ces départements.Afin de réduire l’aléa géologique et de mini-miser ainsi les coûts des phases d’explora-tion par forage – qui constituent le plus groshandicap pour les initiatives industrielles –le BRGM a également lancé un projet derecherche qui vise à améliorer les méthodo-logies d’exploration de surface et à les adap-ter au contexte particulier des DOM.

De l'électricité géothermiqueen GuadeloupeNon loin du volcan guadeloupéen de laSoufrière, la centrale de Bouillante a déjàune longue histoire qui a débuté dans lesannées 1960 par des sondages et des fora-

ges d'exploration sous l'égide du BRGM.Quatre forages profonds ont suivi dans lesannées 70, réalisés par une entreprise privéeinnovante, la société Eurafrep. Un seul d’en-tre eux d’une profondeur de 300 m a étédéclaré positif sur la base duquel l’installa-tion d’une centrale de 4,2 MW a été décidéeen 1984.À partir de 2000, un projet d'extension desactivités géothermiques a été mis à l’étudepour multiplier par trois les capacités intal-lées. Très proches de ce site, trois nouveaux

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LA GÉOTHERMIE EN GUADELOUPE.

Non loin du volcan de la Soufrière (ci-contre),les installations de la centralegéothermique de Bouillante (ci-dessous) d’une puissance de 15 MW, permettent desatisfaire, plus de 7 % desbesoins en électricité de l’île.

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La Géothermie en FrancePartie II

puits de production plus profonds (1 km enmoyenne) ont été mis en service en 2001 etune centrale,construite en 2003 (Bouillante 2).La mise en production de l’unité Bouillante 2installée en 2005 et couplée avec l’unitéBouillante 1 permet de produire aujourd’huienviron 7 % de l’électricité consommée enGuadeloupe.40 ans après les premiers travaux d'explora-tion, l'exploitation du réservoir géothermi-que de Bouillante a acquis une taille signifi-

cative et le développement de Bouillantepeut se poursuivre. Le réservoir géothermi-que s’étend largement autour de la Baie deBouillante. L’exploitation d’une portion de ceréservoir, située au nord de la Baie, est envi-sagée dans le cadre d’un nouveau projetappelé “Bouillante 3”.La capacité de production attendue est deplusieurs dizaines de MW (de 20 à 30 MWespérés). Une prochaine phase de foragesd’exploration devrait confirmer ce potentielpuis, en cas de succès, initier la phase dedéveloppement comprenant le forage despuits producteurs, la mise en place deconduites de transport des fluides et laconstruction d’une nouvelle unité de pro-duction électrique.

Coopération régionale dans laCaraïbe à partir de la DominiqueEn outre, cette expérience guadeloupéenneincite les autres îles de la Caraïbe à mettre envaleur leur potentiel géothermique. C’estnotamment le cas de l’île voisine de laDominique, dotée d’un potentiel élevé, évaluéà quelque centaines de MW,qui pourrait envi-sager de produire de l’électricité pour couvrir

MODÈLE SIMPLIFIÉ DU CHAMP

GÉOTHERMIQUE DE BOUILLANTE.

Les fluides exploités par lacentrale sont constitués par unmélange en proportion égaled'eau de mer et d'eau de pluiequi s'infiltrent en profondeur àla faveur des fractures, semélangent et se réchauffent aucontact des roches chaudes àune température de l'ordre de250-260 °C.

CENTRALE DE BOUILLANTE 2 (LE MÉLANGEUR).

Les installations de l’unitéBouillante 2 de la centralegéothermique couplées àl’unité Bouillante 1, assurent7 % des besoins en électricité de la Guadeloupe.

FAILLE RÉGIONALE MONTSERRAT - MARIE GALANTE ET LES VOLCANS AÉRIENS

ET SOUS-MARINS DE L’ARCHIPEL GUADELOUPÉEN.

La Chaîne de Bouillante est constituée de nombreux petitsappareils volcaniques distribués le long de la côte ouest de Basse-Terre, et en particulier au niveau de Bouillante. Ce volcanisme estâgé de moins de 1 million d’années. Il est probablement à l’originede l’anomalie géothermique de Bouillante.

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La production d’électricité Chapitre II.4

la totalité de ses besoins et exporter le sur-plus vers les îles voisines de Guadeloupe et deMartinique, via des câbles sous-marins. C’estd’ailleurs l’ambition du projet de coopérationrégionale associant la Dominique, les RégionsGuadeloupe et Martinique, l’ADEME et leBRGM, qui vient de démarrer.Ce projet pourrait permettre d’éviter le rejet àl’échelle régionale de 250 000 t de CO2. Enoutre, le caractère transnational du projet, àsavoir l’exportation des excédents vers laMartinique et la Guadeloupe, favorise la coo-pération et engendre une dynamique de par-tenariat économique et humain de co-déve-loppement assez novateur dans la région.

Reconnaissance géothermiqueà La Réunion Lancée par la Région de la Réunion en 2001,l’exploration du potentiel géothermique del’île est maintenant achevée et a abouti auchoix de la plaine des Sables,sur le massif dela Fournaise, comme la zone présentant leplus de probabilité d’existence d’un réservoir

Morne aux Diables

La SoufrièreBouillante

GUADELOUPE

Marie Galante

Les Saintes

La Désirade

DOMINIQUE

MARTINIQUE

Morne Diablotins

Vallée de la Désolation

Volcanisme de Plat-Pays

Montagne Pelée

SoufrièreMorne des Anglais

Morne des trois Pitons

0 100 km

N

59 kmprofondeur maximum 1 500 m

54 kmprofondeur maximum 720 m

Câble sous-marin

LA GÉOTHERMIE, MOTEUR DE LA

COOPÉRATION DANS LA CARAÏBE.

La Dominique est considéréecomme l’île de la Caraïbe ayantle potentiel géothermique leplus élevé, évalué à quelquecentaines de MW. L’électricitéqu’elle pourrait produire seraittransportée par des câbles sous-marins en Guadeloupe et enMartinique.

LA RÉUNION

L’exploration géothermique rentre dans le cadre de la politiquerégionale de développement des énergies renouvelables à laRéunion : tendre vers l'autonomie énergétique de l'île en faisantappel à des sources d'énergies locales et non polluantes.

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géothermal. Une zone d'environ 20 km2 aété définie, elle présente une probabilitéd'être un réservoir géothermique consé-quent. Il s'agit maintenant de procéder à lareconnaissance de la ressource par unforage de reconnaissance et d'évaluer le

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potentiel offert. Les résultats des sondagespermettront de mesurer les paramètres duréservoir géothermal supposé afin de jugerde la faisabilité d’une exploitation de la res-source.

L'électricité du futurPlusieurs expériences ont été tentées et sontdéveloppées dans le monde (États-Unis,Japon, Royaume-Uni, Allemagne, Australie,Suisse…) pour mettre au point la techniquebaptisée aujourd'hui systèmes géothermi-ques stimulés (EGS). Afin de donner un ordrede grandeur du potentiel de ces systèmes,le prestigieux MIT (Massachussets Instituteof Technology) estime dans un rapport de2006 que 2 % de la chaleur contenue dansle sous-sol des États-Unis entre 3 et 10 kmde profondeur (profondeur accessible avecles technologies actuelles) est susceptiblede répondre à 2 500 fois les besoins annuels

La Géothermie en FrancePartie II

POTENTIALITÉ DES ROCHES PROFONDES

(TEMPÉRATURES À 5 KM DE

PROFONDEUR).

En France, 4 régions, l’Alsace,le Massif Central, le bassinaquitain et le Fossé rhodanienoffrent à cette profondeur des températures de 160 à plusde 200 °C.

LA TURBINE ET LE GÉNÉRATEUR DU PILOTE DE SOULTZ-SOUS-FORÊTS.

Le générateur (en vert) et la turbine (en bleu) fonctionnentselon le cycle binaire ORC (cf. p. 23).

en énergie des États-Unis.Le projet le plus avancé a démarré en 1987, enFrance, dans le cadre d'une collaborationfranco-anglo-allemande avec le support del'Union européenne, de l'ADEME et desministères allemands concernés.

À Soultz-sous-Forêts, le plusgrand projet EGS dans le mondeLe site de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin) sesitue sur le flanc ouest du fossé rhénan, àune cinquantaine de kilomètres deStrasbourg. Il a été choisi car le granite dela région est naturellement fracturé et pos-sède un gradient géothermal élevé, bienconnu par d'anciens travaux d’explorationet d’exploitation pétrolières. Il est égale-ment représentatif des conditions quirègnent dans de nombreuses régions dumonde et les données acquises peuventservir de référence.Deux puits profonds, distants de 450mètres, ont été creusés (l'un à 3 600 m,l'autre à 3 800 m) ainsi que cinq puits d'ob-servation géophysique (1 400 à 2 200 m).Après dix ans de tests et sondages, en 1997et pendant quatre mois, une circulationd'eau a été réalisée entre les deux foragesprofonds, avec un débit de 25 kg/s et unetempérature supérieure à 140 °C, sans perted'eau ni effet de corrosion, et avec une puis-sance de pompage modeste.Cette première mondiale a donné le feuvert à la poursuite du programme : laconstruction d'un pilote scientifique avec

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CENTRALE GÉOTHERMIQUE DE SOULTZ-SOUS-FORÊTS.

Le projet pilote est entré dans sa phase d’expérimentation avec lapose, durant l’été 2008, d’un groupe turbo-alternateur d’unepuissance de 1,5 MW. L’eau géothermale qui arrive en surfaceatteint une température de 175 °C pour un débit de 35 l/s.Pendant les trois prochaines années, le pilote va faire l’objet d’unprogramme d’expérimentations (mise en œuvre d’essais decirculation de longue durée) visant à évaluer les performances dusystème et à en maîtriser son fonctionnement.En cas de succès, cette étape sera suivie par la conception et laréalisation d’un prototype industriel d’une puissance électriqued’une dizaine de MW.

La production d’électricité Chapitre II.4

la réalisation de trois forages profonds de 5 000 m et la mise en service en 2008d'une centrale de production d’électricité àfluide binaire d’une puissance de 1,5 MW.Le groupement européen d'intérêt écono-mique “Exploitation Minière de la Chaleur”et rassemblant les principaux électricienseuropéens en assure la maîtrise d'œuvre.De nombreuses équipes de scientifiquesfrançais (BRGM, CNRS, Universités), alle-mands mais aussi suisses, anglais, japonaiset américains, regroupées au sein de l'asso-ciation EHDRA (European Hot Dry RockAssociation) créée par le BRGM, participentà ces travaux.En juin 2008, la première centrale de pro-duction électrique à partir de la géother-mie profonde a donc été inaugurée àSoultz-sous-Forêts. Elle dispose d'une puis-sance de 1,5 MW injectée sur le réseaud'Electricité de Strasbourg.La chaleur géothermale est tirée de l’eau,pompée à 5 000 mètres de profondeur àune température de 200 °C et exploitée ensurface pour produire de l’électricité. L‘eaurefroidie est ensuite réinjectée dans lesous-sol.Le déploiement de cette technologie estconditionné par le niveau de coût de pro-duction de l'électricité qui reste largementau-dessus des références économiquesactuelles, car elle nécessite des forages àgrande profondeur dans un milieu encoremal connu. Mais si l'on parvient à baisserles coûts, cette énergie propre et localepourrait alors donner son plein potentiel. ©

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1 - Extraction de l'eau présentedans le réseau de fractures pardeux puits de production

2 - En surface, transformation par l’intermédiaire d’unéchangeur thermique (a) de l’eau chaude du circuitprimaire (b) en vapeur dans le circuitsecondaire (c) pour entraîner une turbine (d)qui produit de l’électricité (e)

3 - Réinjection de l'eau froide à 5 000 m de profondeur par le puits central

4 - Circulation d’eau dans lesfractures et réchauffementau contact de la roche chaude(200 °c)

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BRGM

ADEME

Le BRGM est l’établissement public de réfé-rence dans le domaine des applications dessciences de la Terre pour gérer les ressourceset les risques du sol et du sous-sol. Ses mis-sions sont la recherche scientifique, l’appuiaux politiques publiques, la coopérationinternationale, la prévention et la sécuritéminière. Ses objectifs sont de :

• comprendre les phénomènes géologiques,développer des méthodologies et techniquesnouvelles, produire et diffuser des donnéesde qualité ;

• mettre à disposition les outils nécessaires à lagestion du sol, du sous-sol et des ressources,à la prévention des risques naturels et despollutions, aux politiques de réponse auchangement climatique.

Le BRGM est impliqué dans le domaine de lagéothermie depuis plus de 30 ans. Aujourd’hui,il entend amplifier sa contribution à l’essor de lagéothermie,en participant activement à la pro-motion des différentes filières de cette sourced’énergie renouvelable : les pompes à chaleurgéothermiques, l’alimentation des réseaux dechaleur, la production d’électricité (notammenten outre-mer) et la recherche sur les systèmesgéothermiques stimulés (EGS).

En présence de François Fillon,Premier Ministre, de Jean-Louis Borloo, Ministre d’État, Ministrede l’Écologie, de l’Énergie, duDéveloppement durable et del’Aménagement du territoire etde la Secrétaire d’État chargée del’Écologie, Nathalie Kosciusko-Morizet, l'accord entre l'ADEME etle BRGM a été signé par ChantalJouanno, présidente de l'ADEMEet Philippe Veysseron, Présidentdu BRGM, le 13 juin 2008, àl’occasion de l’inauguration dupilote scientifique de productiond’électricité géothermique deSoultz-sous- Forêts (Bas-Rhin).

L’ADEME et le BRGM ont signé le 13 juin 2008 un accord pour le développement de toutes lesformes de géothermie. L’enjeu est de développer en quelques années une filièreprofessionnelle qualifiée et compétente, qui représentera plusieurs milliers d’emplois.Pour accompagner ce développement, les besoins sont forts tant en recherche et innovation,qu’en matière de sensibilisation et d’information du public, ou de structuration des filièresprofessionnelles par la formation et les démarches qualité. L’ADEME et le BRGM s’engagent àmobiliser leurs compétences et leurs moyens financiers sur l’ensemble de ces champs d’action.

L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrisede l'Energie (ADEME) est un établissementpublic à caractère industriel et commercial,sousla tutelle conjointe du ministère de l'Écologie,del’Énergie, du Développement durable et del'Aménagement du Territoire et du ministère del'Enseignement supérieur et de la Recherche.Elle participe à la mise en œuvre des politiquespubliques dans les domaines de l'environne-ment, de l'énergie et du développement dura-ble. L’Agence met ses capacités d'expertise et deconseil à disposition des entreprises, des collec-

tivités locales, des pouvoirs publics et du grandpublic et les aide à financer des projets danscinq domaines : énergie, air et bruit, déchets etsol, management environnemental (sites etproduits). Dans le domaine de la géothermie,l’objectif de l’ADEME est d’assurer une meilleureconnaissance des ressources géothermales, defaciliter l’aide à la décision, de soutenir desopérations exemplaires,de relancer le marchéet d’encourager le renforcement des réseauxprofessionnels et des filières par l’informationtechnique et la formation.

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Aquifère : formation géologique contenant defaçon temporaire ou permanente de l’eaumobilisable, constituée de roches per-méables et capables de la restituer natu-rellement et/ou par exploitation. On dis-tingue les aquifères à nappe libre (l’aqui-fère repose sur une couche très peu per-méable surmontée d’une zone non satu-rée en eau) et les aquifères captifs (l’eausouterraine est confinée entre deux for-mations très peu perméables). Lorsqu’unforage atteint une nappe captive, l’eauremonte dans le forage.

Boucle géothermale : circuit de l’eau souter-raine (eau géothermale) puisée dansl’aquifère et qui y retourne. Elle cède dansla centrale ses calories à la boucle géo-thermique.

Centrale géothermique : ensemble des équipe-ments de surface permettant la récupé-ration de la chaleur (énergie) contenuedans le fluide géothermal et le départvers le circuit de distribution de l'énergie(chaleur ou électricité). La centrale com-prend également tous les équipementsnécessaires à ce transfert (systèmes derégulation, échangeurs, pompes…). Tousces équipements peuvent être regroupésdans un même bâtiment.

Circuit frigorifique : circuit fermé contenantun fluide frigorigène. Les 4 constituantsprincipaux du circuit frigorifique sont lecompresseur, le condenseur, le déten-deur et l'évaporateur.

Cimentation : la cimentation d'un tubage dansun forage consiste à cimenter l'espaceannulaire entre le tubage et la paroinaturelle du forage. Cette cimentation apour but de sceller le tubage aux terrainstraversés, ce qui permet de protéger laqualité des eaux souterraines (afin éviterle mélange d'eaux de différents niveauxet l'infiltration d'eau de surface).

À ne pas confondre avec la cimentationd'une sonde géothermique ;dans ce cas lacimentation consiste à sceller les capteursdans le forage par remplissage par unciment spécialement préparé à cet effet.

Cogénération : elle consiste à produire enmême temps et dans la même installa-tion de l’énergie thermique (chaleur) etde l’énergie mécanique (force) pour laproduction d’électricité. On parle de cen-trale de cogénération ou de centrale dechaleur-force.L’énergie utilisée pour fairefonctionner des installations de cogéné-ration peut être le gaz naturel, le fioul, labiomasse ou la géothermie…

Conductivité thermique : capacité d'un maté-riau à conduire (transporter) de l'énergiethermique ( chaleur).

COP : le coefficient de performance traduit laperformance énergétique d’une pompeà chaleur. Il s’exprime par le rapportentre la quantité d’énergie calorifiqueproduite par celle-ci et l’énergie électri-que consommée pour effectuer le trans-fert d’énergie. Le COP est généralementcompris entre 3 et 4 en géothermie.

Dogger : c'est le principal aquifère géothermi-que exploité en région parisienne par“doublet” de forages. Il se situe entre 1 500 et 2 000 mètres de profondeur etcontient une eau d’une températurevariant en fonction de la profondeur de65 °C à 85 °C. Il correspond à des dépôtsanciens (-175 à -154 millions d'années) àdominante calcaire du Jurassique moyen.L'eau contenue dans cet aquifère est lar-gement minéralisée (6,5 à 35 g/l).

Doublet : c'est un ensemble de deux foragesassociés, l'un étant dédié à la productiondu fluide géothermal, l'autre à la réinjec-tion du fluide dans l'aquifère d'origine.Cette configuration présente plusieursavantages :absence de rejets dans l'envi-

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Glossaire

ronnement (circuit en boucle fermée),pérennité du débit hydraulique et stabi-lité des pressions d'exploitation.

Fluide frigorigène : le fluide confiné dans laPAC assure lors de ses changements dephase, (gaz, liquide) les transferts dechaleur. Le fonctionnement des machi-nes thermodynamiques (réfrigérateur,pompe à chaleur) est fondé sur la capa-cité des fluides frigorigènes à se vapori-ser et se condenser à températureambiante.

Géocooling : rafraîchissement gratuit (freecooling), dans le cas d’utilisation d’aqui-fères ; il s’agit d’utiliser la capacité derefroidissement du fluide frigogène sansutiliser la PAC.

Inhibiteur de corrosion : en traitement deseaux, désigne des produits chimiquesajoutés à l'eau qui empêchent son actioncorrosive sur des métaux par formationd'une pellicule protectrice sur le métal.

ORC : les machines ORC (Organic RankineCycle) constituées d'un circuit secon-daire fermé avec fluide caloporteur à fai-ble point d'ébullition, sont utilisées pourla production d'électricité par turbinage.

Perméabilité : c'est l'aptitude d’un milieu à selaisser traverser par un fluide.

Plancher chauffant : émetteur de chaleurconstitué de tubes dans lesquels circuleun liquide restituant la chaleur aux piè-ces à chauffer, le plancher chauffant estIntégré à une chape de béton et dimen-sionné pour que sa température de sur-face reste modérée (environ 23 °C). Unplancher chauffant peut assurer aussi lerafraîchissement d'une habitation, onparle alors de plancher chauffant-rafraî-chissant.

Pompage (essais et tests) : après la réalisationd'un forage, les pompages d'essaisconsistent en une série de tests etmesures pour vérifier la capacité de pro-duction du forage (débit) et évaluer l'in-fluence du futur prélèvement sur lesouvrages voisins (rayon d'influence).

RT 2005 : la réglementation thermique 2005s'adresse aux constructions neuves (ouextensions de constructions) des bâti-ments résidentiels et non résidentiels(tertiaires, bâtiments industriels ...). Ellefixe une limite de consommation éner-gétique de référence (appelé Cepréf) àne pas dépasser.

Tep : la tonne d'équivalent pétrole (tep) est uneunité de mesure de l'énergie courammentutilisée par les économistes de l'énergiepour comparer les énergies entre elles.C'est l'énergie produite par la combustiond'une tonne de pétrole moyen, ce quireprésente environ 11 600 kWh.

Transmissivité : paramètre qui régit le débitd’eau qui s’écoule par unité de largeur del’aquifère,sous l’effet du gradient hydrau-lique, incluant l’épaisseur de l’aquifère. Latransmissivité permet d'évaluer le débitque peut capter un forage.

Watt (W) : unité légale de puissance, le wattcorrespond à la quantité d'énergieconsommée ou produite par unité detemps, soit un joule par seconde.Multiples : 1 milliwatt = 0,001 W ; 1 kilo-watt (kW) = 1 000 W ; 1 mégawatt (MW)= 1 000 kW ; 1 gigawatt (GW) = 1 000MW ; 1 térawatt (TW) = 1 000 GW.Le wattheure (Wh) correspond au travailaccompli par une puissance de 1 Wattpendant 1 heure. Multiples :1 kilowattheure (kWh) = 1 000 Wh ;1 mégawattheure (MWh) = 1 000 kWh ;1 gigawattheure (GWh) = 1 000 MWh ;1 térawattheure (TWh) = 1 000 GWh.La puissance thermique d’une centrale esttypiquement trois fois sa puissance électri-que, en raison des pertes (rendement del’ordre de 30 à 40 %).

Zone non saturée et saturée : la zone nonsaturée correspond à la partie du sous-sol comprise entre la surface du sol et lasurface d'une nappe libre. La zone estdite saturée quand l'eau occupe complè-tement les interstices des roches, for-mant, dans un aquifère, une napped'eau souterraine.

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Sites internet :Espace institutionnel sur la géothermie réalisé par l'ADEME et le BRGM : www.geothermie-perpectives.frAgence de l'Environnement et de la Maîtrie de l'Energie : www.ademe.frBureau de Recherches Géologiques et Minières : www.brgm.frMinistère de l’Écologie, de l’Énergie, du Développement durable et de l’Aménagement du territoire :http://www.developpement-durable.gouv.frCertificats d'économies d'énergie : www.industrie.gouv.fr/energie/certificats.htmAgence Nationale d'Amélioration de l'Habitat : www.anah.frCLER : Comité de Liaison des Énergies Renouvelables : http://www.cler.orgAssociation Française pour les Pompes à Chaleur : www.afpac.orgSyndicat national des entrepreneurs de puits et forages d'eau : www.sfe-foragedeau.comSyndicat des Énergies Renouvelables : http://www.enr.frSoultz-sous-Forêts : http://www.soultz.netIEA Heat pump Center : http://www.heatpumpcentre.orgEuropean Heat Pump Association : http://www.ehpa.orgGeothermal Education office : http://geothermal.marin.orgInternational Geothermal Association : http://iga.igg.cnr.itEuropean Geothermal Energy Council : http://www.egec.netGeothermal Ressources Council : http://www.geothermal.orgSuisse Géothermie : http://www.geothermie.ch et http://www.crege.ch

Ouvrages :• Guide technique Pompe à chaleur géothermique sur aquifère - Conception et mise en œuvre,

Collectif ADEME-ARENE-BRGM, Angers, Paris, Orléans : Editions BRGM, ADEME Editions, 2008,72 p. ill., 21 cm ; ISBN : 2-7159-2440-6

• La géothermie, Collectif BRGM-ADEME, Orléans, Angers : Editions BRGM, ADEME Editions, 2004 ;Coll. "Les Enjeux des Géosciences"; 44 p. ill.; 21 cm ISBN : 2-7159-0952-7

• Énergie Géothermique, Philippe Laplaige, Jean Lemale, Paris : Technique de l’Ingénieur, traitéGénie énergétique BE 8 590 Volume BE, 2001 ; 28 p. : ill. ; 30cm ; ISSN : 0399-4139.

• La chaleur de la terre : De l'origine de la chaleur à l'exploitation des gisements géothermiques,Raymond Ferrandes, Paris : ADEME Editions 1998 ; 399 p. : ill. ; 22 cm, Contient des référencesbibliographiques et un index ; ISBN 2-86817-301-2.

• La géothermie : une énergie d'avenir “réalité en Ile-de-France”, Jean Lemale, Florence Jaudin, (avec lacollaboration de Y. Benderitter, P. Laplaige, R. Ferrandes ; Coordination Francine Brenière), Paris :ARENE, 1998 ; 117 p. : ill. ; 30 cm. “Couve.: ARENE, Ademe, BRGM” Bibliogr : p. 112 ; ISBN 2-911533-11-9.

• Fraîcheur sans clim’: le guide des alternatives écologiques, Thierry Salomon et Claude Aubert ; pré-face de Yves Cochet, Paris : Ed. Terre vivante Description, 2004 : 160 p. : ill., couv. ill. en coul. ; 21 cm ;ISBN : 2-914717-09-1 (br.).

• La pompe à chaleur :déterminer, installer, entretenir, Jacques Bernier, Paris :Ed. Pyc livres, 2004 :256 p. : ill.,couv. ill. en coul. ; 21 cm ; ISBN : 2-86243-071-4 (br.).

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BRGM ÉditionsCollection Les enjeux des Géosciences

Directeur de collectionJacques Varet

Comité de rédactionADEME Norbert Bommensatt, Françoise Coroller, Philippe LaplaigeBRGM Fabrice Boissier, Gregory Delobelle

RédactionMichel Bouchi-Lamontagne

Conception et réalisationBL Communication

ImpressionImprimerie Mame, Tours

Collection Les enjeux des GéosciencesDirection de la Communication et des Éditions du BRGMISSN : 1775-7533 - Dépôt légal, novembre 2008.Coédition ADEME BRGM Tous droits réservés.Reproduction partielle sur autorisation expresse.

Déjà parus • Pour une Terre durable, juin 2003 et novembre 2005

(versions française et anglaise)• La géothermie (novembre 2004)• La capture et le stockage géologique du CO2,

septembre 2005 (versions française et anglaise)• L'après-mine en France, décembre 2006• Capter et stocker le CO2 dans le sous-sol, octobre 2007 (versions française et anglaise)• Le risque sismique en France, mars 2008

Imprimé avec des encres végétales sur du papier provenant d'une forêtdurablement gérée par un imprimeur labellisé Imprim'Vert qui n'utilise pas de produits toxiques, sécurise le stockage des produits et déchets dangereux et organise leur collecte.

La Géothermie en France

MINISTÈRE DE L'ÉCOLOGIE, DE L'ÉNERGIE,DU DÉVELOPPEMENT DURABLE

ET DE L'AMÉNAGEMENTDU TERRITOIRE

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR

ET DE LA RECHERCHE

Centre scientifique et technique

3, avenue Claude Guillemin - BP 3600945060 Orléans Cedex 2Tél. : 02 38 64 30 28

Siège social

20 avenue du Grésillé 49004 Angers Cedex 01

Tél. : 02 41 20 41 20

9 782715 924543

www.ademe.fr editions.brgm.fr

Prix : 15 €

Réf. ADEME : 6447ISBN : 978-2-7159-2454-3

Réf. BRGM : ENJ007

La géothermieQuelles technologies pour quels usages ?

Ce livre, abondamment illustré et riche d'exemples concrets, fait le point sur les différentes technologiesmises en œuvre aujourd'hui pour utiliser la chaleur de la Terre : les pompes à chaleur géothermiquespour les usages domestiques et tertiaires et le résidentiel collectif, les réseaux de chaleur géothermiquesdestinés au chauffage urbain et les centrales géothermiques pour la production d’électricité.Ce panorama est complété par les perspectives d'avenir qu'offre cette énergie renouvelable dans lemonde et en France en termes d'indépendance énergétique et d'innovations technologiques :géocooling,systèmes hybrides, pompes à chaleur à absorption ou systèmes géothermiques stimulés (EGS).L'ouvrage s'adresse s'adresse à un large public : particuliers, professionnels et décideurs.