DOMAINES D'ACTION

Principes de la géothermie

La chaleur de la terre

 

Le globe terrestre est décomposé en trois enveloppes : au milieu, le noyau sur un rayon de près de 3 500 km et dont la température est estimée à 4 000°C, autour le manteau sur un rayon de 2 900 km (température 3 000°C) et enfin l'écorce terrestre qui est l'enveloppe superficielle de la Terre.

 

Dans l'écorce terrestre, la température s'accroît avec la profondeur d'environ 3°C tous les 100 m. L'exploitation de l'énergie géothermale passe par l'utilisation de la chaleur stockée dans cette écorce terrestre.

 

Un gisement géothermal est en fait un réservoir c'est-à-dire une roche perméable dans laquelle circule de l'eau sous forme liquide ou gazeuse. La roche est appelée aquifère et l'eau est dite fluide géothermal.

 

Les phases de mises en œuvre de l'installation de géothermie

 

Il s'agit tout d'abord d'explorer le sous-sol afin de :

• déterminer la structure géologique de la roche,
• caractériser la quantité et la qualité du fluide géothermal,
• déterminer les conditions d'alimentation du réservoir,
• étudier la densité de la roche,
• mesurer les paramètres qui permettront de déterminer l'exploitabilité du gisement (température débit, pression, fracturation, porosité de la roche, salinité de l'eau, etc...).

 

L'accès à la ressource est ensuite assuré grâce à un forage. On fore donc un puits de production qui pompe le fluide géothermal. Pour réinjecter le fluide géothermal dans la nappe, on fore également un puits de réinjection et l'installation s'appelle alors un doublet. Quand deux puits de production sont nécessaires à côté du puits de réinjection, on utilise le terme de triplet.

 

Il faut ensuite que le fluide géothermal remonte de la nappe aquifère. Si la pression au sein du réservoir entraîne une pression en tête de puits supérieure à la pression atmosphérique, on obtient un débit suffisant par artésianisme (c'est-à-dire que l'eau jaillit naturellement). Si la pression en tête de puits est insuffisante, on met en place un système de pompage (pompe immergée, pompe à arbre long, turbopompes).

 

Une fois pompé, le fluide géothermal sert soit à alimenter un réseau de chaleur via un échangeur, soit il est transformé en électricité via une turbine (si la température du fluide est au moins supérieure à 90°C).

 

La chaleur peut ensuite être utilisée directement ou alors, on peut ajouter une pompe à chaleur pour obtenir un niveau de température plus élevé.

 

Le cas particulier de la géothermie très basse énergie

Le terme pompe à chaleur géothermale est souvent utilisé pour des systèmes très basse température c'est-à-dire inférieure à 30°C qui prélèvent de la chaleur soit sur une nappe d'eau, soit dans le sous-sol, à moins de 100 m de profondeur.

Dans ce cas, c'est un fluide frigorigène qui circule dans un capteur enterré et qui en passant dans la pompe à chaleur est compressé. Cette compression a pour résultat d'augmenter la chaleur du fluide qui circule ensuite dans le système de chauffage du bâtiment, par exemple, un plancher chauffant. Le fluide est ensuite détendu avant d'être renvoyé dans le capteur en sous-sol.

Ce type de système a l'avantage de produire entre 3 et 5 kWh pour 1 kWh consommé (l'énergie nécessaire au fonctionnement de la pompe), ce rapport défini le COP ou coefficient de performance. Il est particulièrement bien adapté pour chauffer les maisons individuelles. Il existe même des systèmes qui permettent également de chauffer l'eau sanitaire.

 

Pour plus d’informations, sur les pompes à chaleur géothermales, il peut être utile de contacter l’AFPAC, pour ce qui concerne les installations de surface et le BRGM pour les informations concernant le sous-sol.

 

 

Les applications de la géothermie