• Aucun résultat trouvé

L'énergie géothermique dans le monde et en Suisse

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Partager "L'énergie géothermique dans le monde et en Suisse"

Copied!
30
0
0

Texte intégral

(1)

Article

Reference

L'énergie géothermique dans le monde et en Suisse

VUATAZ, François-David

Abstract

Les manifestations de surface nature1les de l'énergie géothermique ont été utilisées de tous temps par l'homme, mais c'est surtout depuis les années 1970 que la géothermie s'est développée. Ses deux buts principaux sont la production d'électricité par la vapeur géothermale sous pression (géothermie de haute énergie) et le chauffage de locaux par l'eau des aquifères à moins de 100° C (géothermie de basse énergie). Les conditions essentielles à la présence d'un champ géothermique de vapeur sont une source de chaleur en profondeur, une bonne perméabilité verticale de la couche réservoir et par-dessus une couverture de roches imperméables. Une prospection détaillée par les méthodes géologiques, géochimiques et géophysiques est nécessaire avant d'entreprendre les forages de production. Dès les premières centrales géothermiques, le prix du courant électrique produit était concurrentiel avec celui des centnales thermiques et nucléaires. La puissance électrique totale installée dans le monde n'est que de quelque 1400 MWe dans dix pays, mais des projets sont en cours de réalisation dans [...]

VUATAZ, François-David. L'énergie géothermique dans le monde et en Suisse. Bulletin de l'Association Romande pour la Protection des Eaux et de l'Air , 1979, p. 3-27

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:138485

Disclaimer: layout of this document may differ from the published version.

1 / 1

(2)

r

i.

Département de Minéralogie Université de GenèYe

(3)
(4)

Département de Minéralogie Université de Genève

L'énergie géothermique dans le monde

et en Suisse

François-David Vuataz par

Tiré-à-part du Bulletin de l'ARPEA - mai-juin 1979

(5)
(6)

L'énergie géothermique dans le monde et en Suisse

par fü.ançois-David Vuataz

*

Résumé

Les manifestations de surface nature1les de .l'énergie géothermi- que ont été utiliisées de tous temps par J'homme, mais c'est surtout de.puis ,J.es années 1970 que 1la géothermie s',est développée. Ses deux buts princiipaux sont la production d'éJecbr~ci~é par :lia v·apeur géother- maile sous pression (géothermie de haute énergie) et ile ·chauffage de locaux .par •l'eau des aquifères à moins de 100° C (géothermie de basse énergie).

Les conditions ·essentieUes à .la présence d'un champ géothermique de vapeur sont une source de chaleur en profondeur, une bonne per- méabHité verticale de .fa couche réservoir et par-dessus une cou- verture de .roches imperméabJ.es. Une prospection détaH~ée .par

:Ies

méthodes géologiques, géoch1miques et géophysiques est nécessaire avant d'·entreprendre •les forages de production. Dès les ipremières cen- trales géothermiques, '1e prix du courant électrique produit était con- currentiel 1avec .oeJui des œntnales thermiques et .nucléaires. La puis- s.a:n:ce éJ.eatûque totale installée dans Je monde n'est que de quelque 1400 MWe dans dix pays, maiJS des projets sont en cours de réalisation dans une diz:aine d'aut,r.es.

La géothermie de basse énergie est utilisée dans de nombreuses applications de ·chauffage. La France, notamment, possède cinq ins- tallations de chauffage géothermique qui .alimentent 13 400 ologe- ments : l"e.au ·chaude des rés,e1rvoirs aquifères profonds dans Jes bassins sédimentaires est oaptée par un .doublet (2 ,puits dont Ja hase est écar- tée de 1 000 m 1environ) et s.es ,calories sont soutirées ,par un .échangeur de cha>leur. Cette méthode permet de notoires économies de fueL

'' Texte de la conférence donnée le 27 avril 1979 lors de l'assemblée générale de !'Association Romande pour la protection des eaux et de l'air (ARPEA).

'

(7)

Bn Suisse, ,j,J .n'exis·te que deux peütes réalisations géothermiques dains .1.es stations 1themnales de Lavey-les-Bains et Zurzach. T-0ute- fois 1la pirospeation des ressources géothermiques est en cour,s et fa probabilité que l'on trouve d'importantes réserves d'eau chaude au nord du P1l1ateau mo1lassique semble assez bonne.

1. Introduction et généralités

Jusqu'à oes viingt ou trente dernières •années, toute ·l'énergie ut11isée par ,l'homme av:airt: une origin:e solaire ; c'est en .efüet ila chaleur du sotei1J qui provoque les différences de densité da!IlS J'atmosphèœ, donc le vent ; c'est eù1le qui fait évaporer l'eau des océans et fait tomber sur ;les montagnes 1a pluie et fa neige qui alimentent iles chutes d'eau.

Mais .surtout lie sol.e~I fournit il'énergie nécessai,œ à 1l'ass.imiila:tion chlo- rophy1lienne. Les organismes :accumulent cette énergie pendant •J.eur cyole vital et ila restituent par .putr.éfaction. Une ipar.tie minime échappe ce.pendant à ·cette iloi généraile pour s"accumUJler sous forme de .Jignite, de {)barbon et d'hydroca.rbures. C'est cette « énergie d11lorophyili1enne » fossi1Iisée qui fournit actuellement fa plus grande partie de nos besoins énergétiques.

Depuis .la premièr.e arise du ;pétrole 'en 1973, plusieurs facteurs nous montrent qu'.11 faut sans tarder, si oe n'est se reconverür, du moins div.ersifier nos sources d'énergie. Ces ~acteurs sont par ordre d'importance : la limitation des réserves de combustibles foss~les, ·la croissance de notre -consommation d'énergie ,et finalement .1'1augmen- tation du •prix des hydrocarbures. La géothermi•e est J'une des sources d'énerg.ie à laqueJ,le certains pays se sont intfaessés depuis Je début du sièole, ·et qui fait l'objet des recherches actives ·aujourd'hui dans plus de vingt pays.

1.1. Définitions

L'homme a toujours su que iles caves sont moins froides que les maisons en hiver et i1l s'est vite rendu compte que dans les mines, la 4

(8)

température croît au f.ur e.t à mesure que .J'on s'enfonce. Cet échauf- fement s,e mesure en «degrés géothermiques », c'est-à .... dire la pro- fondeur dont on doit descendre pour que ila température monte de 1

°

C : cette profondeur est de 33 m en moyenne.

Par commodité on préfèire utiiliser le « gradient géothermique » qui ·est ile nombre de degrés dont monte ·Ie thermomètre quand on descend de 100 m. Dans oertatines régions, ce gradient est très élevé, lorsque des manifestations de surface tei1Les que geysers, fumerolles, sources chaudes sont présentes. Dans des zones de volcanisme ,actif on voi:t de surcroit arriver en ·surface depuis de grandes pmfondeurs des matériaux incandescents à plus de 1 000° C.

L'onigine de ila chaleur terrestre ,est un problème dtiscuté depuis longtemps. L'·augmentrution de la températ.ure avec fa profondeur·

correspond à un flux de chaleur ver,tical dir.igé de fintérieur de la Terre vers ila surface. Ce flux représente ila diffusion calomfüque du rayonnement des éléments radioactifs qui maintiennent I.e centre de la Terre ,en fusion. La géothermie est .J'iutilisation de ce .füux de cha- leur qui chauffe les roches et ,l'eau qui s'est infiltrée jusque dans 1es réservoirs aql.llifèries profonds.

1.2. Haute énergie et basse énergie

C'est iioi qu'il faut fai,re ila distinction .entre 1la géothermie dii1te de haute énergie et celle de basse énergie. La limite ,est arb1traire et risque de changer avec iJ,e .pl'ogrès des techniques : c',est en effet .la tem- péiiature en...,dessous de 1laquelk il n'est plus possible ou peu .rentahle de produire de l'électricité. Bli!.e se ·situe .actueiHement .entre 120° et 150° C ,selon i1a qualité de :la vapeur produite. La géothermiie de baisse énergie est 1l'utHisaüon .cailor.ifüque du fluide à des füns de chauf- fage urbain, ândustrie.l ou agricole.

Toutes 11es régions où ila géothermie de haute énergie est utâJisée ou en voie de il'être sont des régions à flux de ohaileur élevé et qui sont le ,siège d'une ,Lmportante activité sismique et volcanique (figure 1) : la œântuœ de feu du Pacifique, la dorsale média-atlantique, ,la zone du gm111d rift africain, le fossé méditerranéen.

(9)

,!'-~

Pauzhelska !

o .... ~

Al~

~a.!sukawa ~ ..-

."

Ot••~).1

). •' ·.

~ t\ T,w,

/1'<.I ~ •• 'é '

<./{J-.. "'è:-J• <"-~ -u~'b' ~ ...

_J

-->~~ ~-~~~ ~ ~~ ~à

G•ysers

:t.

B•aay .

u)Y ""'

c '- v~11es

erra Prtcto \ Caldeta

I\.. ,~ ·.

.- --,,..

~

"li

~ ;-~(li

~w

~N•~ma•d / ~ ~(r_..s-,>~i

~ ~[)

0 .

0 0

,Mel o<' 0

41,,. ) •• -?~ ~~

--"•'Ji!

~·~··:;. ~-..-

O 0 oO

~..c~ , C> ~

Ahi;achap.'.l

",

"-.L

~ ~,~

:.le

• '"""'°""

El Tatio ~

r

o·o·i·~-·~?'CJ

,, y· ...

A A , A '\..::

vall~e du pt .6.1, -

\ eth;op1cn ' t

J.

•• ~ •"-? \

. \)~:~"'"

v :tt

~ ~l:+.~~"''

....J_t:. -;,... '-~ ~. • • •

~ c:J ~ ~I!' ' .

'\;i

,,~., ....

•vo lcans ac11ts dans le) temps histot1ques

• i!n.?191e géottit!'tm1~ lJe en cours d'e.:plo1tation

G foitalta11on d aoprov1sronnemeni en cn.aJetrr géothermique

Figure 1 : Carte des zones géothermiques

••

~ À

du monde

,,.

A

"'

IO

(10)

1.3. Historique

L'utilisation des sources d'·eau chaude natureLles remonte à J' Anti- quité, non ·seulement pour J.eur.s propriétés thér:apeut.iques mais égale- ment pour ohauffer des habitations : par exemple iles sources de Chaudes-Aigues en France, à 1l'époque rnma:ine.

La pr.emière turbine fonctionnant avec de il:a vapeur géothermrule et produisant de l'éilectdcité viit Je jour .en 1904 à Lardeœ1lo : nom d'un petit vi•lilage de Tosoarne baptisé .en l'honneur de 1l'dng6nieur français Larder.el qui eut .le pn~mier ·l'1idée d'uüliser la vapeur prove- nant des soffioni dont· on extrayait jusqu'aLorn l':adde borique.

Le cas de 1l'lsilande est bien connu : ile ·chauffage des maisons par les très nombr.euses sources chaudes s'effectue depuis iles années 1920 et aujourd'h'lti plus de fa moi.tié des habitants du pays ont des :loge- ments .chauffés de cette man1ière.

Au Japon, des débuts de la géothermie de haute énerg.ie remontent aux années 1920 également. Toutefois ~'e démarrage de cette ressource énergétique dans :la plupmt des pays n'a commencé qu'après la crise du pétrnle.

2. La géothermie de haute énergie

2.1. Caractéristiques d'un champ géothermique

Les champs géothermiques sont situés dans des rég1ions où 1l'écorce ter.restre est mince et à travers ,Jaqueille des matières magmatiques peu- vent ·remonter et amener près de fa surf.ace de grandes quantités de chaleur. En 1l'absence de iiluides .le transfert de chaleur se fait par conduction, puis en arrivant dans des zones perméahles, les roches conti.ennent de 1l'eau, ce qui permet des mouvements de convection thermique : les volumes réchauffés en profondeur deviennent plus lég.ern et remontent alors que les fluides plus froids donc plus ·lourds se substituent à eux (figure 2). La zone où les füuides dissLpent une partiie de leur chaleur ·et amorcent .Ja birainohe descendante du cyole

(11)

1 000

1 500

,2000

5000

I

ssoô ~ E 0 a

6 000

!

,5:

v~pCiJr s.Cc~o

r~servolr

a

""'T'lo'"

b!tt•ét

t ii

~ "'Î't -JJ

i 1't ~t

fOC r'lt":S f1,1c:v1r~ Q;,11 cetm!:teA ClfCl,l!otil,.on ccnwtcr1~

OC"s nu1ées c:.n1 I~ :e:mµeratu:e 4"' ;i~ao c~c:e- 1:1i~1 ~ 250 C

: . : \i-1

\V

t

r: .. ,-. ) ,·1

va_p~r _,_ "eau

i .

1

~

,..-

'-,,

Jj

OO

(12)

de convection doit avoir une perméab1!.ité .assez grande : cette zone est ,appelée «réservoir » et s,e trouv,e d'ordinaire .entlie 300 et 2000 m de profondeur.

Ce réservoir constitue 1l'obj,ectif des sondages pour ,}'exploitation de ,l'énergi,e géothermique. Au-dessus du r,éservoir iÎl faut une couver- ture de ·roches suffisamment imperméahle pour empêcher Ja dissi:pa- tiion de l'énergie thermique vers l'atmo~phèœ.

11 .faut mentionner qu']l existe deux types principaux de champs géothermiques, ceux qui produis·ent un mélange d'eau chaude et de vapeur, dits mix;tes et ceux produisant uniquement de ila vapeur, appelés ·champs à wi:peur dominante. Ces derniers sont beaucoup plus rares mais beaucoup plus ravantageux sur ,J,e plan de J'exploitation que ks champs à :p.roducûon mixte.

2.2. Prospection d'un champ géothermique

Dans k b'Ut de savoir si 1une zone géothermique peut .avoir un développement économique, i1l convient de mener une prospection très soignée dans plus,ieurs domaines.

2.2.1. Géologie

Une étude géologique détaillée pe11met de reconnaîtœ Jes struc- tures favorables à fa p:rés•ence d'un champ géothermique. P1ar exemple :

un système de faiiUes faoiifü.e la remontée des füuides hydro- thermaux

un bas~in d'effondrement est souv,ent 1lié à du volcanisme actif une zone d'altération hydrothermale des roches montre une acüvité actue!,Je ou passée de f.lu~des hydrothermaux et indique la présence d'une perméabirlité élevée, donc !la possibilrité d'un Téservoir de vapeur.

(13)

2.2.2. Géochimie

Les méthodes uti1lisées en géochimie sont .peu coûteuses, rapides et .donnent des indicatiions préci,euses ·quant à ila composition et la tem- pémture des U.uides (eau ou vapeur) dans Je réservoir, oeci avant d'ay;oï.r ef.f.eotué de·s forages. Le rdevé et !'.analyse systématiques des manifestations de surface tel1les que sources chaudes et fumeroliles permettent de .comprendr.e '1e système hydrothermal : c'est-à-dir.e foca- liser ;1a zone de recharge du réservoir et estimer la capacité et la pro- fondeur de celui-ci. Le calcul des géotherunomètres, qui est basé sur les équations des équilibres chimiques de certaines substances mi-

nérales en solution dans ,]'.eau thermale, donne une approximation de

!a température du fluide 1en .profondeur.

Dans iles champs géothermiques .produisant ide 1Ja vapeur, on pro- cède à 1l'analyse d'éléments voJatüs dans les sols altérés ,tels que .Je mercur.e : une 1carte des ·concentrations en mercure montre aisément les zones de ipassages ipréférentiels de .la vapeur vers Ja surflaoe, c'est- il-dire ,le fong des faillies ,et cassures tectoniques. On peut également prévoir fa composition ·chimique probab.Je du fluide que 1l'on rencon- trera dans ,Les forages, ce qui est très important pour iles problèmes de .;or:rosion des matéri!aux (pH acide, présence de H2S, etc ... ).

L.2.3. Géophysique

Les méthodes géophysiques ;permettent de mettre en évidence iles strnctuœs géologiques favorables à ila .présence d'un champ géother- mique 1lorsque ceiUes-oi 1soht invisibles en surface. Cer·taines de ces méthodes peuvent évaluer ila 1profondeur et J'ex.tension du réservo1ir aquifère afün de décider du tyipe de pu~ts à forer.

2.2.4. Forages

Une fois déterminé l'emplacement et fa profondeur du réservoir de v,aipeur, .on fore ides sondagies exploratoir1es de petit diamètre dans 10

(14)

,lesquels on véûüe toutes les hypothèses fiait es, depuis 11a surface, c'est- à-diœ:

- la coupe géologique du terrain traversé - rla tempémtur.e en profondeur

la présence d'un ou de plusieurs réservoirs superposés, nsolés l'un de l'autre par des couohes imperméabt1es

la pression et le débit de vapeur.

On .procède alors à des tests de produotion pour estimer la sta- bilité du système et J,e pourœntage eau-vapeur qui déterminera ensuite la .capacité de produotion é\.ectrique.

Les techniques de forage sont à peu près iles mêmes que pour ila prosipection pétrolriè1.1e, si oe n',est certaines conditions renconrtrées qui sont partioul1ières à .la géothermie :

température de 100° à 300° C forte pression dans ~es puits

corirosion importante des matérfaux

2.3. Exploitation d'un champ géothermique

Lorsque l'on est sûr d'avoir d'1mpor:tantes rés·erv.es de V'apeur, on fore iles pu1ts de production, de gros diamètre, qui doivent 1ass.urer ila quantité néicessaiire de va•peur ,pour faiœ actJionner 1es turboailterna- teurs. l1l faut en moy1enne 100 tonnes par heure de vapeur pour avoir une puissance de 10 MW e, ce qui peut être obtenu par un .seul pui.ts de gros débit.

Le fonctionnemern d'une centmle électrique ailmie.ntée rpar fa vapeur nature.LJ,e est rdativement simple. Si lia vapeur est sèche, on r.envo1e directement aux .turbines par des ·tuyaux .calorifugés. Les in- crustations et iles corrosions sont minimes en ce 1oas. Si par contre 1a vaipoor qui sor.t est humide, oonHe111t un ceutJa·in pourcentage d'eau, il faut faire passer J,e mélange par un séparateur pour ·en extraire ila vapeur seule. En eff,et, si de 11'.eiau passe dans les .tmbines, l'usure et J.a corrosion augmentent énormément. Sortant des turbines, la vapeur est ensuite refroidie et condensée (figure 3).

(15)

Turbine Transformateur to.ooo kW Gênéroteur

Réservoir ide vapeur

Silencieux

L ~

~ 0 Ill c

~ Il c 0

u

12,500kVA

Bassin d"eou chaude

,--R·

c5 Aciérie

d 'Akita

12,000kVA

Il//"

" ~Tour de~ '

refro idissement

Pompe d'eau de refroidissement Figure 3: D;agramme de la centrale géothermique de Onuma (Japon)

N ,..-<

(16)

La durée de vie moyenne d'un puits de vaipeur ·est de il'ordœ de dix ans alors que Jes .cenb11ates électriques sont prévues •pour trente ans. En cour·s d 'ex•plo~tation .11 faut donc exécuter de nou~eaux forages de product.ïon (tableau 1). 1'I s'agit ici d'un champ géotber111ique à pro- cLuction mixte d"eau et de va.peur, c'est pourquoi des ipufü d'injection sont prévus dans .Le iprix de ·la .centrale : on doit en effet réinjecter Je pomcentage d'eau qu.i :a été séparé de .la v·apeur, -cair .cette eau est généralement très salée et contient parfois des substances -toXJiques teldes que J'a rse.nic et .le mercure. Au fapo.n, .pay.s qui connaît de gr'<l.ves problèmes de poLlulion, ·une 1!oi oblige la réi·njection des füuides.

Tableau 1 : Prix et durée de construction d'une centrale géo- thermique de 50 MWe (Japon, 1975)

Activité

Investigations fonda:mentaJes P.rospections détai!l:lées . Puits de iprospeotion (5 à 7) P1uiits d'injection (5 à 6) Puiits de iproduoüon (12 à 14)

Equipement de production d'éleotr.icité Totall

P·rix Cmi1Uions F.S.)

1,9 1,6 2,1 2,6 19,0 56,0 83,2

Durée (ans) 1,5 1 1

1 1,5 2 8 Les œntmles géothermiques à v«1ipeur sèche quant à .e1lies, éjectent dans 1fütmosphère une cer'taine quan•tité <le gaz 1ncondensab1es et de composés vol-ati<ls ·tels que ,!'anhydride carbonique, ,l'.azote, ,J'hydrogène sulfuré, •1'.arnmonfac, tle méthaine et parfois ile bore. Si ces composés sont en forte quantité, .on peut fos ·récupérer .industrieJHement comme c'était Ie oas autretois à Lariderei1lo pour oie bor.e et .1e soufre.

En conalusion, on peut .affirmer que re~ploitation de 1l'énergiie géothermique est, et de Jo1n, moins dangeœus,e pour f.oovironnement

(17)

que la .p.rocluctqo.n d'électr•icilé par centra.les •thermique ou m1oléaire. 11 faut rtenir compte du fait qu'en géothermie, la pollution, s'il y en ·a, est di.mitée .aux centrales ; p;w co1tlrc dans la 1producl1on 61ectrique par voie ·t·hermique classique ou nucléaire, 1la pollutioD due aux cerntr·ales n'est qu\1Jne .petite partfo par rapport à celole provoquée .pa.r I'exploi- La1ion des gisemernts de combustib'1e, par 1eur transpor·l et Jeurs déchets.

2.4. Rentabilité et prix du courant électrique

Au début, ~a production d'élect11icité par 1la géothermie ·a .toujours été •oonourr.entiie.l1le par rapport aux autres •types d'énergie. Parfois, même, .le coût .en fut inférieur, 1nais depuis que ile priix du pétrole a for.terne.nt augmenté, J'éoar.t ·se cr.euse e.t :le ~ilowatt/heiur.e géother- mique dev.i.ent de iplus en plus ·avaintageux. On doit teni•r compte d'un élément impmtant en économie géothermique, ce sont les investisse- ments de départ .importants dus .au prix élevé <les for:ages, puis un coût d'1eX<ploi<tation faible .étattt donné qu'~l n'y a pas de combustib\.e à fournir. C'.est 1le contrair.e de ce qui ·~e passe avec les centrales thermiques classiques (tableau 2).

Tab1e.au 2 : Prix du courant électrique géothermique

14

1973 P.rix ( ct/kwh) USA

HaiHe

Nouv.eJle-Z61ande Mexique

Japon

Type d'énergj,e Géothermique

1,5 - 1,9 1,6 1,6 1,3 - 1,6

1,5

Thermique 2,2 2,4

1,9 2,5

(18)

Japon (1976)

Type d'énergie prix (ct/kwh)

Géothermique 3,3

-

6,2

Thermique 6,9

-

9,5

Nudéair.e 4,3

-

7,8

2.5. Etat actuel et développements futurs

La prospe-ction des champs géothe.rmiques dans le monde .s'dfoc- tue dans une vingtaine de :pays dont une dizaine du Tiers MO!Ilde, sous l'égide de l'ONU notamment (tableau 3). ActueLlement 1e pourcen- tage de 1l'électridté géothermique est généralement inférieur à 1°/o, mais un développement p1us rapide est prévu durant les années 1980.

Ce1a d épendra de 1l'amélioration des techniques de forages et de production d'·é1ecnricité ainsi que d'une •p1us g.r.ande disponibi:lité des orédit·s pour ,La .prospection et ,['.exploitation.

2.6. Techniques nouvelles 2.6.1. Hot Dry Rock

Nous avons vu que iles cond~tions naturelles pour avoir un champ géothermique produisant de Ja vapeur étaient :

- un œntr.e de chaleur

- une perm6abifüé v.erticale su.f.fisante.

Souvent cet.te deux.ième condition n'es,t pas remp1lie .et on est en 'P'rés·ence d'un champ géotherm~que sec.

Depuis :plusieurs années, la Commission Atomique des USA à Los Alamos étudie 1la possibilité de füiacturer artificiel1lement ces roches chaudes puis d'injecter de l'eau et de .fa véoupérer sous forme de vapeur .par un autr.e puits. Cette technique s'rappelle Hot Dry Rock.

(19)

Les méthodes uti.Iisées pour augmenter la perméabiilité sont : - •1a fraoturation hydr.auilique

- la fractur.ation par ex:plosion

- la fracturation par .t11ainemeint chimique.

Cette technologie, qui n'est d'ailleurs pas encore économique- ment au point, re,préseate un espoi-r de plus pour d.a géothermie, car nombreus,es sont les zones de 1l'éooroe •terrestœ 1entre 2 000 ,et 8 000 m de profondeur où des roches sèches ont une teimpé.rature de 250° à 350°

c.

Tableau 3: Production d'électricité géothermique

1976 1985

Pays MWe 0/o .totaI MWe

USA 522 0,1 6000

Italie 421 0,9 800

N ouve!Je-Zélande 202 3,9 400

Mexique 78 0,6 900

Japon 70 0,1 700

Ph~lippines

- -

300

El Salvador 60 17,3 180

Islande 3 0,6 150

URSS 6 0 20

Tu,rquie 1 0 10

Total 1363 ' - 9460

2.6.2. Centrales géothermiques à cycle binaire

Le cas ,inv.erse existe aussi fréquemment : ,lmsque J,a ;perméabilité est bonne mais fa tempérnture, entœ 80° et 120° C, est tmp basse pour permettœ .l·a convers ~on directe de fa vapeur en électr~oité.

16

(20)

On .peut alors avok recours à iun cycle b1naire grâce à un filuide voJ.atil tel que ,J.e fréon, fisobutane ou ,]'ammoniac qui ont des tem- pémturns de vaporisation pi1us basses que œlile de l'eau. Le fluide voliatil .choisi acquiert iles calories de .l'eau géothermaJ.e dans un échan- geur de chaleur ce qui a pour effot de ile vaporiiser et de le oonduire sous press.ion à ·la turbine ; ,après quoi il retourne à .]'échangeur de chail.oor et Je cyde .recommence.

Ce mode d'exploitation est encore rare mais quelques insitalila- tions pilotes fonctionnent 1aux USA, en URSS et en Chine nationalis·te.

Cette géothermie de moyenne énerg,ie devrait se déve.lop;peir prnohai- nemoot car eMe permet entre autre la réinjection totale du füuide géothermal , ümita.nt ainsi au maximum .Jes risques de poblution atmos- phérique.

3. La géothermie de basse énergie

La géothermie de bass.e énergie ·est cel1le qui concerne 1\.es réser- voirs .aquifèn:~s à moins de 100° C, dans des régions dont ile gradient géothermique est généraJement normal. .Le problème ·est alors de valoriser Jes :nombreux gi·sements d'.eau .chaude existants dans iles hassins sédimentaires entre 1000 et 2000 m de profondeur. Leur ex- ploitation présente de in:ombœuses ·applicat:ions : chauffage de Joge- ments en zone urbaine, ·chauffage de ilocaux industriels, chauffages de serrns et d'établiss-ements agrkoJ.es, de piscines, de stations ther- males, de bassins pour 1la piscicuiJ.ture, .etc... L'utili-sation de J'eau chaude à des fi,ns de chauffage a déjà .passé dans ila tradition de plusieurs rpays et se dév.eloppe conünueLlement ~tablreau 4).

La France a maintenant une dizaine d'années d'e:x;péri-ence en matière de géothermie pour ,[.e chauffage de locaux en zone urbaine.

Ces 1e:x;pér.iences, liées à ;la quanüté de données récentes et .publiques sur ,les fora19es, ,J,a géologie et fos problèmes techno-économiques peuvent être très utiles pour un pays comme .la Suisse : en effot les condi.tions !l1aturdles (géologie et climatologie) et Jes conditions d'ex-

(21)

TabJ.eau 4 : Utilisation calorifique de la géothermie

Piays 1976

MWt

Hongrie 1133

Is.lande 439

N ouva1le-Zél1ande 340

URSS 119

Friance 40

Irtailie 21

Japon 15

USA 15

Total 2122

pJoi.tation (urbanisme ·et niveau de vie) sont assez semblables dans les deux pays.

3.1. Situation des réservoirs géothermiques en France

L'eau chaude se trouve dans des roches poreuses et perméables qui appartiennent à deux ty:pes ·essentiels : des grès ·et sables ou des oalcaiPes à structures vacuolaires. C'·est dans 1.les bassins .sédimentaires que ,['on a le plus de chances de trouver des réservoirs de g.r.ande éten- due. Les deux plus grands bassins sédimentair.es, à savoir le bassin Parisien et Je bassin Aquitain sont également 1les mieux connus grâce aux miililiers de fm1ages effectués pour ,lia pro.Sipeotion pétrolièœ. Les autres bassins ou fossés sont plus .peüts .et moiins connus car p;lus com- pl•eXies géologiquement parlant.

En dehors de ces bassins, on peut rencontirer des réservoirs ren- ferma.nt de 1l'eau chaude dans des zones de .ohaînes plissées, dont :l.es sources thermales sont les indices. Da11JS ce cas iles quantités d'eau .dis- ponibles sont 1plus faibles, à ·cause du plissement intense des couches, ce qui ,empêche '1a .présence de réservoirs de grande étendue. Dans Je 18

(22)

bassin Pm.isi,en, iles couches géologiques sont disposées de façon régu- lière, comme un empilement d'assiettes creus.es, iles roches .perméables formant les réseirvoirs aquifères, séparés rles uns des autr,es pa·r des couches imperméables : on distingue a~nsi quatre réservoir.s, entre 700 et 2 600 m de profondeur, dont lies températuœs vont de 40°

à 120°

c.

3.2. Exploitation d'un réservoir d'eau chaude

Si ~'eau du réservoir aquifèire n'est pas <trop salée, ce qui esrt mre, on peut ila rejeter dans une rivère sans ,risques de pollution aiprès ex- ploi,taüon des calories. Cependant, une ex.:ploitat,ion intens'e n'est pos- sible que si une réailimentation natuœUe impoI'tante du réservoir vient restituer },es VOllumes d'eau prélevés, sinon la pression donc 1la .produc- tion du puits va bais·ser.

Généra>lement on pratique ;la méthode dite du « doublet » : il s'agit de deux forages dont .Ja base .est éca,rtée, 1!'1un servant à ;)a production et d'autre à la réinjection. Cel<a permet d'éviter <le rejet d'.eau sailée dans un cours d'eau et aussii de maintenir une pression cons,tante dans le réseirvoiir (figure 4). On cal,oule .!'écartement des deux forages pour

---

'

,

'" ',' i''-r" /..._

'I( X )c X X

""

)f. >- )< )C

><i i><- >- )<: 1 7><.

- ·.·-- ·- . . .. - ·+ . . . . . . -

,

. - -. .

.

.

. ~.

,_ . - - .

.

formation 1 aquifère

._

1--. ,

. ..

... ...._ .... ... '-"'\ ,,. "

,1,. ,, ,, ... /

',,

\. ,

><.. )<,, ...>.... ... )<. À )<:

')<. )C. "

..

X

"

X

....

X

;><. X 'J( X

. , · ... ...

. .

'

..

~

- . : . . .

-1000 m . tubage

Figure 4 : Types de doublets géothermiques

IC

'lt'

(23)

que 'le refroidissement inévitable du gisement n'intervienne qu'après vingt ou tœnte -ains, œ qui correspond à .la durée de v,ie des forages.

Un forag.e dévié est p1lus .coûteux et :plus difficiJl,e mais réduit au mini- mum la tiuyauteirie de surface ·et autorise .Je forage des deux puits ,J'un à côté de ~'autre à partir de 1la même platefo11me, ce qui supprime Jes frais de démontage et riemontag.e du derrick.

Dans le cas d'e:xiploitation ile plus simpie, tl'eau géothermaJe est envoyée dans un échang,eur de chaleur à :plaques de tütane, seul métal résist·ant pilusieu1rs années à Ja corrosion ; cet échangeur tmnsmet une partie des ca!lories au circuit secondai,re de chauffage et l'eau géo- therimaie est réinjectée dans 1l'aquifère. Si l'on veut prendre plus de calories, on utiEse une pompe à chaleur qui eX:trait les résidus calorifiques du retour du circuit de chauffage. Le principe schématisé est ile suivant : ila .source froide passe dans un échangeur (,l'évapora- teur) et cède ses cailories à .un füuide qui p·asse de l'état iliqutde à l'état gazeux. Dans un autre échangeur G!.e condenseur), la source chaude reçoit 1],a chaleur ·Cédée par ce füuide qui revient à l'état .Jiquide.

3.3. Rentabilité du chauffage géothermique

Comme pour la géothermie de haute énergie, <les fr.ais d'amoTtisse- ment .annuels d'une insta1lation de chauffage géothermique .sont rela- tivement élevés 'tandis que les frais d'eX:ploitaition •sont modfaés. LI est donc avantageux d'utiliser .l'eau chaude produite de manière continue tout au long de l'année. Les ty,pes d'application peuvent être très divers et pour une uti.lisation en cascade des calories, il est intéressant de nacaorder au système géothermique des usagers donit il.es besoins calorifiques sont différents .]es uns des autres.

En regardant un exemple de ·ca!cu1l économique effectué pour la Frnnce en région centra.le (tabl.eau 5), où ile gradient géothermique est iplus élevé que dans ;]e bassin P.adsien (4,5° C/lOOm), on s'aperçoit que l'économi,e réalisée en choisis~ant ,]'option géothermique est rela- tivement faible au dé.part à cause des annuités de remboursement du surcoût géothermique. Mai·s cette économie va croîtœ fmtemen.t au 20

(24)

cours du temps, oar Je coût du remboursement du prêt, en France, est dégr·essif .et de pilus, le prix des énergies fossilres augmente p1us vi1ie que le coût de ila vie.

Tableau 5 : Exemple de rentabilité d'une petite réalisation géother- mique en France (1978)

N ombr.e de 1log0ements à alimenter 600

Energie totale nécessaire .annueLl.ement 8400 Gca1l

*

Energ~e fournie ipar .la géothermie 6500 Geai Ressources géothermiques : profondeur du dooblet : 11 OO m.

débit : 50 m3/h

température: 55

°

C

Surcoût géothermique : 3 mio. F.F.

* *,

soit 5000 F.F./logement fülans d'exip1oitaition comparés : chauffage urbain .alimenté 1au fuel et solution « géothermie » :

Géothermie Classique

Combustible à 90.- F.F./Gcal 0,171 mio. F.F. 0,756 mio. F.F.

Bleotridté fomge 0,060 mio. F.F.

Entretien ipompes

+

forages 0,070 mio. F.F.

Total 0,301 mio. F.F. 0,756 mio. F.F.

Annuités de rnmboursement

du s1ul.'coût géothermique 0,352 mio. F.F.

TOTAL ANNUEL 0,653 mio. F.F. 0,756 mio. F.F.

Economie •r.folis.ée grâce à ·Ia géothermie 13,6 O/o

*

1 Gcal = 1 Gigaoalorie = 109 calories

**

1 mio. F.F. = 1 mililion de fr,ancs f.rançais

r

(25)

Actueillement quatre iréaiHs·ations géothermiques dans le bassin Parisien ·chauffent quelque 13 000 .appartements. En Aquitaine un forage unique alimente 400 appartements et une base ·aérienne. L'ob- je·ctif donné à Ja géothermie en France étai·t d'économiser d'ici vingt ans 1 mi:11ion de tonnes - équivalent - pétrole (TEP) piar ·an:

un doublet permettant d'économiser 3 000 TEP par ·an, c'est entire quinze iet vingt doublets qui auraient dû être forés chaque année.

Malheureusement oe programme ambitieux semble marquer le pas pour trois raisons .p11indpaJ.es :

- il y a moins de zones de 2 000 à 4 000 nouveaux logements en ·Construction

- la réglementation des HLM et il'·administration en général ne favorisent pas ;J,a géothermie

- ,le .coùt des forages à grande ·profondeur (1 500 - 2 000 m) est 1enoore trop cher.

Ces .constatatiolils font que .\'on se di1rige vers des projets .de di- mensions plus réduites :

- chauffage •pour 500 - 700 appartements - forage de 700 à 1 000 m ·de profondeur

- 1eau géothermaile à faihl.e sailiinité, donc pas de r6i1njection.

On ,assistera probablement à une rnlance de fa géothermie en France quand les problèmes techniques restants seront résolus (forages, pom- page, corrosion) et quand iles .pouvoiir.s publics se donneron.t ,[es moyeITT.s nécessaires pour faciliter des réailis·ations de chauffage géotherlffiiques.

4. La géothermie en Suisse

4.1. Situation des ressources géothermiques potentielles

La Suisse .e.st passablement en 1retard sur ses voisins en ce qui concerne .Ja prospection de ses ressourœs géothermiques. Pourtant les conditions .naturelles œncontrées ne sont pas a priori défavmables.

Le gradiient géothermique du p,]atea·u molassique est semblable à celui du bass.in Parisien et J.a disposition ·en « auge )) de ses couches géolo- 22

(26)

giques, typique des bassins sédimentaires f.r.a:nçai.s, ·conduit à penser qu'iil y a des aquifères chauds dans les niv,eaux perméables. Mais, peu de œnseignements concemaint la profondeur, J.a ,penméabiliité et ~'a températme de ces ,aquifèœ.s chauds sont disponibles, car ks forages profonds (effectués pour I.a prospection pétrolière) .sont rar-es .et ks données hydrogéologiques de œux qui existelllt .sont fort incomplètes.

Dains iles A1lpes et ile foira, on connaît une quinzaine de sources thermales dont Ja température v.a de 25° à 62° C. E1les montent le long de.s foililes ·et fissures jusqu'à l.a surface et sont .Jes indices de réservoirs profonds. Toutefoi·s fa gé0ilogie étant complexe et iles unités de faib:le dimension, on ne peut e&pérnr trouv.er des irése.rvoi,rs d'une oapaoité correspondante à ce[i\,e des bassins sédimentaires. Malgré cela, une a:méiliomtion du débit ·et de l.a tempbrn~ure grâce à des puits plus profonds est tout à fait pa&sib1e pour des proj,ets géothermiques de pefüe ·envergure dans p~usieur.s zones thermales (figure 5).

4.2. Recherches géothermiques

En 1975, fo Département fédérail des Transports et Communica- tions et de 1l'Energie a mis ~ur pied une commission fédéirail.e d'e~perts

chargés d'étudier ,l'utilisation de l'énergie géothermique et 1!.e stockag·e souterrain de chaleur. Cette ·Commi.ssion ·encournge, finance et ,exécute des :projets de œcherche •tel,s que .l'étude des .somoes thermailes, J'étude de fa perméab:iilité de réservoirs géothermiques probaibles, 1l'étude du gradient géothermique .sur •l'ens·emb1e du territoire, des études .sur ile stockage de chaleur ein nappe aquifère, etc.

Au début de ceitte année a commencé un prüjet de prospection et de mise ein valeur des ressourœs géothermiques dans Ia .région com- prise entre Zurzach, Schinzlllach et Baden (canton d'Argovie) : c'.e5t en effot dans cette zone qu'il y a le iplus ·de chance de trouver ·en pro- fondeur un l'éservoir aquifère d'eau à 50° C ou 1p1us, dont 11a capacité permettrait une utiilis.ation économique. Ce~t:e reoheJ.'iOhe coosiste à looai11s.er, grâae aux méthodes de :prospection actuelles (géofogie, géo- chimie, géophysique ,et fol.'ages exploratoiœs), un ou .plu.sieurs s'ites favambJ.es .pour de futurs forages géothermiques profonds.

(27)

N .,i::.. RESSOURCES o·EAU CHAUDE

"t1 o'Q" ;:::

....

(1:>

V,

$:l ~

....

;.;'

$:)...

(1:>

"'

.... (1:>

tl 0

;:::

....

("\

(1:>

"'

~ (1:>

$:l ;:::

("\

;::-$:l

;:::

$:)...

(1:>

(1:>

;::

v.i ;:::

t;;·

"'

(1:>

0

=-=-====-

50 km

>

i

.-""'"1.,.

l

) .J ~ - ....;

) 40"

·c....)

'

\ . ._.J "-""-·\ " ") (

•38° Lr·

prouvé probable possible

•36° Source thermale

(28)

4.3. Le stockage souterrain de chaleur

Le stockage saisonnier de .J'énergfo thermique est une méthode réoente permettant de conserver des excédents de chaleur pendant l'été et de .les récupérer avec un bon 'rendement durant ,l'hiver. Ces excédents ·oafori.fiques peuvent être d'origine 1tlrès diverse : doublet géothermique, oentraile solaire, centrale thermique dassique, ou r.ejets industriels. Ce stockage peut .s'effectuer dans un aquifère de moyenne profondeur et .de dimensions connues, fünité verücailement ipar des niveaux imperméabI.es. L'extension ,Latérale de J'eau chaude serait conteniue grrâce à un système de puits à double faisceau de drai!lls rayonnants créant des courants de conveotion.

4.4. Réalisations géothermiques en activité

Depuis peu de temps, deux installations de chauffage géothermique de .peti.te ·envergure ont été achevées dans deux stations thermales de Suisse.

Au nord du pays, .sinr ks bords du Rh1n, ila station thermaile de Zurziach pos·sède depuis quelques années deux puits de production de 450 m de profondeur desqueils sortent 60 m3/h d 'eau à 40° C. Main- tenant, après uülisation pour les bains et 1Les piscines, l'eau entre à 33° C dans une pompe à chafour et en ressort à 8° C. Cette r·écupéra- tion de calories pour le ipréohauffage de 1l'établiss·ement thermal per- met d'économiser 600 •tonnes de mazout par 1an ,et foumit 39'0/o des besoi111s en chaileur.

La deuxième réailisatioo géothermique ise ,trouve à Lavey-iles-illains, en face de St-Maurice, sm la rive droi.te du Rhône: un nouveau captage de rla source par un forage de 200 m de profondeur ,a permis d'augmenter considérablement J.a température (42° à 62° C) et J,e débit 4 à 30 m3/.h). L'eau thermale passe ipar un ;premier échangeur de chaleur qui fa reko~dit à 35° C avant de rnmplir iles piscines. A J,a sor-tie de cel1les-ci, un deuxième échangeur prend le restant de calories de J'eau thermale qui ·est 1rej.etée dans 11.e Rhône à une tempémture de

(29)

12° C. Ce système 1assure .le ohauffage des bâtiments et :le préchauffage de J'eau chaude sanita~re dans une ;proportion de 400/o.

4.5. Possibilités d'avenir

On peut .constater que 1l'énergie géothermique en est vraiment à ses pœmiers balbutiements en Suisse. Toutefois on aperçoit un acoroisse- ment de J'iintérêt pour la question, tant du .côté du gouvernement fédérai! que des gouvernements cantonaux, des s·tations 1thermales et du seoteur privé. Le ·Conseiller fédéral W. Ritschard ,a envoyé en octobre dernier des recommandations précises ·aux cantons : Jes commissions techniques des ·cantons de Genèv.e et Fribourg ont déjà répondu en éta- blissant un rapport sur ,la situation .et les possibfütés de l'énergie géothermique dans 1Jeur canton respectif. Les :propriétaires des stations thermaJes se rendent ·compte des économies de chauffage qu'ils peu- vent réaliser en utilis·ant aes excédents ·calorifiques de :Jeurs sources.

Quant à ·l'indusitrie, el1le s'·aperçoit qu'iil y a un marohé qui s'ouvre dans le domaine des équipements de chauffage géothermique et des pompes à ·chaleur.

Beaucoup d'éléments positifs 1Laissent envisager un développement de ila géothermie .en Suisse, un peu dans ,J.e sens de ce qui se fait en Fir.ance, surtout si 1l'on tient ·compte du prix croissant du ipétroJ.e, l'.améaionation mpide de la ·tiechnologie géothermique ·et une meilleure connaiss·ances de.s réserves potentieliles d'eau chaude de notre sous-sol.

Bibliographie sommaire

Bureau de Recherches Géoloj!iques et Minières (B.R.G.M.), Délég:1Lion aux Energies Nouvelles (D.E.N.), 1978 : La Géothermie <:n l~ ra ncc. Publié par D.E.N., Paris, France, 72 p.

GARNISH, JO., 1977 : Gcoù1ermal Energy Usage in the Parish Basin. Encrgy Tcchnology Support Unit, Harwcll, Didco!, OXTI ORA , G.-Il. Report ETSU-N2f77, 11'1 p.

GOGUEL, ]., 1975: La Géolh.ermie. Ed. Doin, .Paris, 171 p.

HANNY, J., 1978: Geothermische Energieerzeugung in der Schweiz. Schweiz.

Teclm. Ze.itschrif.t, Nr 37/38, p. 11 3 1- 11 34.

26

(30)

ClŒNOD, M. et VERCELLINI, R..

JAFFE, F., 1975 : Utilisation de l'<:ncrgie géothermique pour le chauffage des locaux en Suisse. Perspectives et problèmes. Bull. Techn. de la Suisse Rom., no 22, 9 p.

KRUGER, P., OTTE, C., eds., 1973: Geothe.rmal Energy. Resources, Produc- tion, Stimulation. Stanford University Press, Stanford, USA, 360 p.

Los Alamos Scientific Laboratory (LASL) Hot Dry Rock Project Staff, 1978:

Hot Dry Rock Geothermal Energy Development Project. Annual report, fiscal year 1977, LA-7109 PR, 294 p.

MARSlLY, G. de., DELHOMME, J.-P., et al., 1976 : La géothermie dans le chauffage domestique et industriel. Compte rendu des journées tenues à Paris en juillet 1976. Revue de la Soc. de !'Industrie Minérale, Vol. 58, no 7, p. 311-376.

MUFFLER, L.J., 1975: Present Status of Resources Development: Summary of SccLion I. Proceedîngs of the 2nd U.N. Symposium on the D cvcl o pm ~n t

and Use of Geothermal Resources, San FranciscCJ, USA, p. XXXlll-XLIV.

RYBACH, L., JAFFE, F., 1975 : Geothermal Potential in Switzerland. Procee- dings of the 2nd U.N. Symposium on the Development and Use of Geother- mal Resources, San Francisco, USA, p. 241-244.

VUATAZ, F.-D., 1978: La Géothermie au Japon. Bull. Techn. de la Suisse Romande, no 23 et 24, 9 p.

Adresse de l'•auteur : François-David Vuataz Hydmgéologue

Département de Minémlogie de l'UniV'ersité 13, rue des Maraîchers

1211 Genève 4, Suisse

Références

Documents relatifs

«Nous avons également investi dans la société Solarus et proposons désormais à la vente leurs panneaux solaires hybrides en Suisse.» Pour mener à bien son projet, le bureau du

Disclaimer: layout of this document may differ from the published version. 1

On peut donc affirmer que dans les enveloppes de nature liquide de la planète (manteau inférieur, noyau externe) la chaleur se propagera par convection alors que dans les

Associée au ballon tampon Vica Combi Collect (lui aussi totalement neuf), cette pompe à chaleur air/eau, forme un duo de choc pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire et

Dans la deuxième phase, ces ménages auront le choix du modèle auquel ils voudront être soumis : ils pourront soit user de leur droit au libre accès au réseau et acquérir

• Plus profondément, mais aussi en surface, on puise dans des aquifères très chauds pour des applications de chauffages urbains ou industriels, on parle de moyenne énergie

L'épuisement, dans un avenir prévisible, des ressources .en combustibles fossiles et les inconvénients actuels de l'utilisation massive de ces combustibles, tant

Pour construire aujourd’hui des bâtiments qui répon- dront aux exigences de demain et favoriser le confort, la géothermie est une énergie renouvelable particuliè- rement adaptée