Ce document contient la transcription textuelle d’une vidéo du MOOC UVED « Énergies renouvelables ». Ce n’est donc pas un cours écrit au sens propre du terme ; le choix des mots, l'articulation des idées et l’absence de chapitrage sont propres aux interventions orales des auteurs.

Les différents types de géothermie et leur maturité

Jean SCHMITTBUHL
Directeur de recherche – CNRS

La géothermie est un sujet vaste et il y en a différents types.

1. Les grandes classes

Je commencerai par la très basse énergie où on cherche à utiliser une ressource à faible température (une dizaine ou une vingtaine de degrés). C'est la ressource liée aux aquifères peu profonds dans les premiers mètres du sol. Cette grande classe de géothermie sera utilisée grâce à un amplificateur qui est la pompe à chaleur. La deuxième grande classe de géothermie est la géothermie basse énergie où on va chercher à utiliser la chaleur directement. Il n’y a pas besoin d'amplificateur, on essaie d'aller chercher un fluide aux environs de 80°C pour l'utiliser directement dans des réseaux de chaleur. La troisième grande classe de géothermie est la géothermie haute énergie. Il y en a deux types un peu différents. Il y a ce qu'on appellerait la géothermie conventionnelle où on cherche à exploiter l'énergie aussi directement, sauf quand le fluide est à beaucoup plus haute température (de l'ordre de 200°C). L'autre grand type non conventionnel, où on peut avoir une température comparable, doit s’accompagner d’une stimulation du milieu pour en améliorer la perméabilité naturelle qui n'est pas toujours suffisante.

La géothermie très basse énergie est pour des nappes peu profondes. Elle est utilisée par une pompe à chaleur qui cherche à amplifier et à extraire la chaleur de cette ressource à basse température pour l'utiliser pour du chauffage ou des situations à températures plus élevées que la ressource. Le deuxième type est la basse énergie, avec une utilisation directe. C'est plutôt pour du chauffage urbain, sur des réseaux de chaleur, ou dans des situations industrielles, voir le thermalisme. Dans ce cas, on a une aquifère qui peut-être profond jusqu'aux environs de 1500 mètres en gros. Le troisième type est plutôt le domaine de la géothermie profonde. Dans ce cas, la ressource est à plus haute température, typiquement au-delà de 150°C. Il y a un tout petit point singulier à la situation française. Légalement, il y a un seuil à 150°C qui est le seuil entre la ressource dite basse énergie et haute énergie qui est défini légalement dans le Code Minier. La température du fluide à la sortie de l'exploitation est cruciale : 149°C, ce sera une situation légale différente de 151°C. A partir de 150°C, c'est la géothermie haute énergie avec ses deux grandes rubriques conventionnelle et non conventionnelle. On va voir que cette haute énergie est utilisée principalement pour produire de l'électricité, voire de la chaleur complémentaire. La transition entre ces deux idées de plus en plus floues est que la grande technologie qui a été développée (EGS) est vraiment à la frontière entre ces deux domaines.

2. Géothermie profonde

Quels sont les points forts de cette géothermie profonde ? C'est une énergie renouvelable. Son point très important est que c'est une énergie non carbonée. Sa spécificité, peut-être la plus connue, la plus reconnue, c’est la continuité de la ressource. C'est une source qui ne dépend pas des conditions météorologiques, comme pourrait l’être le solaire ou l'éolien. C’est une ressource qui a un potentiel quand même relativement important, en particulier en métropole. Un autre aspect qui n'est pas toujours pris en compte, c'est que quand ça fonctionne bien, c’est quand même une ressource qui a une faible occupation foncière, puisque l'ensemble de la ressource est de l’échange et en profondeur, c'est-à-dire sous nos pieds et pas au niveau de la surface. Il y a donc une implantation plus restreinte que par exemple le développement du solaire ou de l'éolien. Les impacts peuvent être assez limités. C'est une énergie locale. Si c’est une production électrique, évidemment elle peut être transportée mais quand même, il y a une grande composante de chaleur qui est, en général, difficile à transporter. Une fois qu'elle est en place, les coûts de fonctionnement sont relativement réduits. Comme toute technologie, elle a aussi ses points faibles. Le plus important est l'importance de l'investissement qui est très conséquent. Ce sont principalement les forages qui ont des coûts très importants. L’ordre de grandeur, pour un forage, est de l'ordre de 10 millions d'euros. Il en faut souvent plusieurs, ça fait vite des projets ambitieux. Ce sont aussi des technologies longues à mettre en œuvre : explorer, forer, exploiter, prennent plusieurs années, généralement de 6 à 8 ans. Le retour sur investissement qui peut être conséquent. L'acceptabilité n'est pas triviale. Il y a des questions de sismicité induite, de radioactivité, de bruit aussi, de pollutions d'aquifères qui sont souvent évoquées. C'est un sujet qui est sensible. Le risque est important, en particulier le risque géologique. C’est un point qu’il faut noter parce que récemment, il y a eu un développement majeur de cette technologie, en particulier lié à un processus d'assurance qui a été développé et soutenu par l'État qui a permis de lever ce risque et de faire démarrer des projets. Il y a des risques hydrauliques au sens qu'il faut réussir à obtenir des débits importants pour avoir ce retour sur investissement et ce n'est pas toujours facile à définir précisément. C'est aussi des technologies qu'il faut faire durer pour pouvoir avoir le retour sur investissement, mais au jour d’aujourd'hui, on n'a pas toujours beaucoup de développement, en particulier sur la géothermie profonde non conventionnelle et donc il y a un manque de maturité de cette technologie. Enfin, il faut penser à intégrer cette production dans le cadre du mix énergétique et peut-être savoir comment introduire une variabilité dans l’utilisation de la ressource, contrairement à ce qu'on pense d'habitude pour cette technologie sur son aspect continu.

3. Conclusion

Il y a du développement dans tous les domaines mais globalement, en très basse énergie, la technologie est mature, on sait faire, on sait reproduire assez facilement. En basse énergie, on sait faire aussi, il y a des très bons exemples comme dans le bassin de Paris qui fonctionne depuis très longtemps et on peut dire que la technologie est mature. Sur l'aspect haute énergie conventionnelle, l'exploitation sans modification sensible du milieu, il y a aussi maintenant beaucoup de retours et beaucoup de développements existants. Il y a donc une maturité de la technologie. Par contre, sur le domaine non conventionnel où il est nécessaire de modifier le milieu, en particulier par ces technologies EGS, il reste encore du travail à faire pour que cette technologie soit mature.