3.2.1, Soleil et énergie
Flgwe 3.9. Circutatbn de l’atmosphère a basse altitude
3.5.2. La production d’électricité par la géothermie
La géothermie est une source importante d’électricité dans le monde : 46 TWhe en 2001. En effet, des efforts importants sont effectues pour développer ce mode de production d’énergie renouvelable.
C’est le cas des États-Unis qui disposent de pres de 200 unités de production, et de certains autres pays qui bénéficient d’une activité géothermique importante : l’Islande, le Japon, la Nouvelle-Zélande
...
La France, quant a elle, s’appuie principalement sur ses Îles d’outre-mer nées de formation volcanique. Citons la Guadeloupe qui dispose a Bouillante d’une instal- lation de petite puissance (5 MWe) produisant un mélange eau-vapeur a 160 “ C grâce a la technologie du double flash (voir fig. 3.19-a).
3.5.2.1. Les sites géothermiques
Grâce a l’expérience acquise durant plus d’un siècle dans la prospection pétro- lière, on a pu développer un savoir-faire dans la recherche de sites géothermiques.
Les critères d’appréciation d’un site géothermique sont d’une part la temperature du sous-sol et, d’autre part, la perméabilité de la roche, qui rend possible la circu- lation de l’eau chaude et donc son extraction par un puits fore a cet effet.
Cyclone
Vapeur
/I+>,
Mélange eau-vapeura - Système “ double flash ”
Vapeur
b
-
Système “ double puits ”Figure 3.19. Schémas de principe de deux modes de production d’électricité d’origine géothermique.
Si la roche chaude n’est pas poreuse mais sèche, on peut néanmoins en extraire la chaleur en injectant une eau sous pression le long d’une faille de la formation géologique. C’est notamment le cas en France où plusieurs sites a roche sèche connaissent un gradient géothermique important : a Soultz (Alsace), un projet européen envisage un forage a près de 4 O00 m de profondeur, où l’on atteint la température de 200 O C .
Sur ce site, on exploite la fissuration du granite pour canaliser l’eau injectée.
L’objectif consiste à réaliser une installation pilote de 6 MWe, puis un prototype de 25 MWe a partir de trois puits d’injection.
Pour produire de l’électricité, il faut disposer d’une temperature d’eau supérieure a 150 “ C - une température plus basse permettant seulement de produire de la chaleur, pour le chauffage urbain ou d’autres applications spécifiques.
Par exemple, a Reykjavik (Islande), plus de 80 % des habitations sont chauffées par voie géothermique. En outre, l’eau chaude circule l’hiver sous les trottoirs de la ville, empêchant ainsi l’accumulation de neige et de glace.
Cette énergie est utilisée également dans de nombreuses industries, par exemple au Nord de l’île, a Myvatn, où l’usine de Séchage de la diatomite (roche formée de diatomées et utilisée comme abrasif) produit 50 tonnes de vapeur par heure pour traiter les boues draguées du lac voisin.
Tous les sites produisant a ce jour une électricité d’origine géothermique utilisent un reservoir (( humide », c’est-à-dire constitué d’une roche chaude poreuse impré- gnée d’eau.
Une installation standard de production d’électricité géothermique utilise le procédé (( double flash )) (voir fig. 3.19-a).
Une partie de l’eau emprisonnée dans le reservoir souterrain est vaporisée lors de sa remontée par le puits d’extraction. La vapeur est dans un premier temps sépa- rée de l’eau par centrifugation dans un cyclone. Si elle est encore suffisamment chaude, l’eau récupérée est à nouveau vaporisée dans un ballon. Finalement, la vapeur récupérée par ces deux dispositifs est détendue dans une turbine associée classiquement à un alternateur générateur de courant électrique.
Lorsque l’eau chaude souterraine est trop polluée en sels ou sulfures, on utilise un circuit secondaire fermé dont l’eau est vaporisée au contact du circuit d’eau d’extraction dans un échangeur de chaleur. On renvoie alors l’eau soutirée dans sa couche géologique d’origine par un autre puits. C’est le système du double puits (voir fig. 3.19-b). Cette réinjection permet de maintenir la pression d’eau dans la nappe souterraine mais elle doit se faire loin du premier puits pour ne pas refroidir la zone d’extraction et par conséquent abaisser le rendement thermique du système. Un tel système a été installé à Melun en 1969. L’eau y est prélevée d’une couche profonde de 1500 a 2 O 0 0 mètres, fortement chargee en substan- tes polluantes et corrosives.
Utilisations possibles du fluide géothermique en fonction de la temperature (selon Lindal) :
T ( ” Cl Utilisation
> 150 Production d’électricité
180 Évaporation de solutions hautement concentrées Réfrigération par absorption
Préparation de la pâte à papier 170 Séchage de la diatomite 160 Séchage du poisson
Séchage du bois
150 Fabrication d‘alumine par le procédé Bayer 140 Séchage de produits agricoles
130
Évaporation dans la fabrication du sucre
Extraction de sels par evaporation et cristallisation Production d’eau douce par distillation
Séchage de parpaings de ciment
Séchage de matériaux organiques, algues, légumes ...
Lavage et séchage de la laine Séchage du poisson (limite inférieure) Chauffage urbain ; chauffage de serres Refrigeration (limite inférieure) Élevage d’animaux
Culture de champignons Balnéothérapie
Chauffage du sol ; chauffage urbain (limite inférieure) Piscine, fermentation ;
chauffage de serres par paillage radiant Piscicu Itu re
3.5.2.2. Conclusions pour la France
La France métropolitaine ne semble pas disposer de gisements importants et ses potentialités restent a démontrer. De nombreux programmes d’utilisation de l’énergie géothermique a basse température ont vu le jour a la fin des années 1970 pour satisfaire aux besoins de chauffage d’immeubles ou de grands ensem- bles, notamment en région parisienne. Cependant, les prix bas du pétrole et d u gaz ont stoppé le développement d’installations nouvelles qui, en tout état de cause, ne produisaient pas d’électricité.
En revanche, les départements d’outre-mer, Martinique, Guadeloupe et Réunion, sont évidemment, du fait de leur géologie et de leur volcanisme, plus favorables à la production d’énergie géothermique.
Remarque : l’énergie géothermique est-elle une énergie renouvelable ?
Comme il a été dit plus haut, on n’exploite pas le flux géothermique, en général trop faible, mais la quantité de chaleur qui a été emmagasinée dans le sous-sol grâce a ce flux au
cours
des millénaires. Aussi peut-on parler de réservoir de chaleur, ou bien encore de gisement de chaleur, comme on parle de gisement de pétrole ou de charbon avec néanmoins la différence majeure que l’Homme consomme plus vite les réserves de pétroles ou de charbon qu’elles ne se recons- tituent, alors qu’au rythme de leur exploitation, on ne parle pas d’épuisement des réservoirs géothermiques.Ainsi, les réservoirs de chaleur sont en permanence et pour des milliards d’années réchauffés par le flux de chaleur terrestre, compte tenu des périodes
radioactives très longues du thorium (14 milliards d’années) et de l’uranium ( 4 3 milliards d’années). f a r conséquent on peut considérer l’énergie géothermi- que comme renouvelable, a l’instar de la biomasse qui est renouvelée par l’éner- gie solaire.