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.

Comment aller vers la maturité de la géothermie haute température non conventionnelle ?

Jean SCHMITTBUHL
Directeur de recherche – CNRS

Comment aller vers la maturité de la géothermie profonde ou géothermie haute température non conventionnelle ? C'est du domaine de la prospective que de savoir comment faire avancer les choses mais trois grands enjeux sont à relever.

1. L’enjeu géologique

Sur le risque géologique, l'enjeu est d'aller trouver les meilleures méthodes pour, non seulement identifier les failles qui sont les zones de circulation et les zones préexistantes, qu’on n’ait pas besoin de les créer, mais aussi trouver les failles perméables. En géophysique, ce n'est pas quelque chose de très facile. La deuxième chose est la question de l'optimisation de la profondeur des forages. Il y a un point qui n'est pas toujours bien identifié, c'est comment ces forages se positionnent par rapport à la zone sismogénique, c'est-à-dire la zone à partir de laquelle on peut former naturellement des tremblements de terre. Faire un forage au-dessus ou en dessous de cette zone est un enjeu. Il y a une profondeur, un ordre de grandeur de cette profondeur caractéristique, c'est de l’ordre de 3 km. Au-dessus de 3 km, il est difficile de faire des séismes naturellement. Par contre, en dessous, c'est assez typique. Faire de la sismicité induite, être dans les conditions de mise en pression au-dessus de cette limite ou en-dessous, ça change la nature du risque associé. Le troisième grand domaine qui est un domaine en pleine effervescence scientifique est le domaine de la déformation non sismique ou asismique du réservoir. C'est quelque chose qu'on est seulement en train de commencer à imager mais c'est quelque chose qui risque de contrôler le réservoir. Au-dessus des 3 km, on va vraisemblablement être dominés par ces questions de déformation asismiques. En dessous, elles seront peut-être moins importantes et on aura peut-être plus de déformations du réservoir liées à de la sismicité.

2. L’enjeu hydraulique

Le deuxième enjeu pour le développement vers une maturité de cette technologie est lié à des questions hydrauliques. C’est être capable de prévoir l’injectivité ou la productivité d'un puits, c'est-à-dire la capacité à injecter du fluide dans le puits ou les capacités à extraire du fluide dans le puits et sous quelles conditions de pression. La question posée est de savoir comment optimiser la stimulation, et donc comment optimiser la connexion du puits avec les structures existantes qui sont capables de réaliser cette circulation, donc les failles principales. Est-ce qu’il faut panacher entre une simulation hydraulique ou plutôt chimique ou plutôt thermique et comment faire ce panachage entre ces différentes technologies ? Cela reste une question qui est encore assez ouverte. Enfin, l’enjeu est d'aller vers l'optimisation commerciale du réservoir. En d'autres mots, c'est comment permettre une circulation suffisamment importante pour assurer une production d'électricité sensible mais rester en dessous de seuils qui permettent de se mettre à distance, par exemple, d'une sismicité induite importante. Pour illustrer cela, je reviendrai sur un des enseignements de l'expérience pilote de Soultz-Sous-Forêts de ces dernières années où on a pu mesurer cette injectivité ou cette productivité. C'est la pression qu'il faut injecter au niveau de la pompe qui est associée à ce puits pour avoir un certain débit. Par exemple, pour avoir 1 l/s de débit, il faut typiquement introduire un bar de différence de pression. C'est deux fois plus facile d'extraire le fluide puisqu'en termes d'injectivité, la pression qu'il faut fournir pour réussir à avoir un certain débit, quand on injecte avec un bar, on va seulement pouvoir introduire un débit de 0,5 l/s. On voit qu'il y a des différences et qu’avec ces chiffres-là, il y a beaucoup d'hypothèses derrière mais ça permet de faire un peu des prédictions de ce qui peut se passer. Dans la situation de Soultz, avec une exploitation à 25 000 l/s, il faut typiquement pomper avec 20 bars de pression et réinjecter avec 50 bars de pression. Si on voulait se mettre en condition commerciale ou en tout cas ce qui est visé dans un certain nombre de projets qui serait de chercher à avoir 100 l/s, si on essaie d'appliquer ces chiffres, on voit qu'il faudrait avoir un pompage très sensiblement supérieur et surtout une réinjection à des pressions très élevée, peut-être de l'ordre de 200 bars, ce qui pose de réelles questions sur la sismicité induite qui va être générée. On est dans des conditions quasiment de stimulation. Comment trouver le bon compromis dans ces opérations-là ? Cela reste un sujet assez ouvert.

3. L’enjeu du temps

Pour finir, il y a la question du vieillissement et donc du temps. Tenir 20 ans, au moins avec ce système-là qui est soumis à de multiples variations, renvoie à la question du retour sur investissement (forage, installations de surface pompes). La ressource est continue mais son utilisation par les pompes est beaucoup plus fluctuante parce qu'on ne sait pas toujours faire des pompes qui ont la fiabilité nécessaire. Quand elles durent plus d'un an, elles sont déjà considérées comme extrêmement fiables. Il y a la question de la corrosion, pour éviter les fuites au niveau du puits à l'échelle de 20 ans, c'est maîtrisé mais il faut quand même optimiser ça. Au niveau sous-sol, le réservoir à l'échelle de 20 ans peut tout de même se transformer. C’est la question des interactions fluide - roche. Il y a la question des colmatages de ce système-là. Il est donc important de bien connaître ces conditions de colmatages, et surtout d’imaginer la chimie pour aller détartrer ce système là et éviter les court-circuits hydrauliques qui peuvent se développer dans les puits. Enfin, il faut maîtriser sa déformation au cours du temps. On l'imagine souvent très statique ce réservoir mais on voit de plus en plus qu'il se déforme lentement et contrôler cela reste un enjeu important.