Ecole Nationale Polytechnique Département de Génie chimique
Laboratoire de Valorisation des Energies Fossiles
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eJournée de l’Energie : 15 avril 2009 : Hôtel le Mas des Planteurs
Thème : Les économies d’énergie et les énergies du futur Sujet : Les sources géothermiques en Algérie
Auteurs :A. Adjrad ;M.A. Habchi, Pr.C.E. Chitour
Ecole Nationale Polytechnique 10 ave Hassen Badi BP 182 Alger
Résumé :
A une époque où l’environnement est devenu une problématique essentielle pour le devenir de notre société, l’homme tente de mettre en place de nouvelles énergies respectant l’environnement ; des énergies entrant dans le cadre d’un développement durable. On parle alors d’énergie renouvelable, une énergie ne dépendant pas d’une source épuisable comme le pétrole; c’est le cas de l’énergie géothermique.Face à la montée de l'effet de serre et du déclin prévisible du pétrole et des gaz, beaucoup de scientifiques se tournent vers des énergies alternatives, ces énergies qui respectent l’environnement.
L’énergie géothermique utilise de l’énergie produite directement par la terre, de fait aucune transformation n’est nécessaire. Concernant les autres énergies, certaines transformations pour les rendre utilisables entraînent nécessairement la production de produits polluants notamment de CO2. On peut donc parler d'énergie propre avec l'énergie géothermique. Cette énergie est considérée comme renouvelable car elle utilise des sources quasiment inépuisables. Pour cela la seule condition est que la vitesse d’exploitation ne dépasse pas la vitesse de renouvellement, sinon on ne pourrait pas la considérer comme renouvelable. La différence avec les autres énergies est que les réservoirs se réchauffent rapidement, par conséquent le temps de renouvellement est plus rapide que pour d’autres énergies. Dans toutes les formes d’utilisation de l’énergie géothermique, l’eau de la terre n’est pas directement utilisée, elle sert uniquement à transférer la chaleur de la terre. Elle est ainsi réutilisable.
De plus, l'énergie géothermique exploite la quantité de chaleur qui a été conservée dans le sous-sol au cours des siècles. Ce stock de chaleur est en permanence réchauffé par le noyau, ce qui assure le renouvellement constant de cette énergie. L’énergie géothermique contrairement à d’autres est une source d’énergie alternative concrète, plusieurs pays l’ont déjà adoptée. Ces réserves sont situées partout dans le monde. Tous les pays ont donc la possibilité de l’exploiter, mais de manières différentes en fonction des roches présentes.
La quantité moyenne de CO2 émise par l'énergie géothermique pour la totalité du globe est de seulement 55g/kWh. D’autres énergies peuvent en produire 10 fois plus. Cette valeur peut être nulle lorsqu’on réinjecte les fluides géothermaux dans les réservoirs. La géothermie est donc considérée comme une énergie propre.
Mots clés : géothermie, ; énergie, bilan énergétique
Sommaire
I-Introduction.II-Généralité sur la géothermie.
1-Définition de la géothermie.
2-Les types de géothermie.
III-Exploitation et Mode de fonctionnement de la géothermie.
1- Exploration.
2- Les modes de captages.
3- Exploitation de la ressource.
4- Couts de l’énergie géothermique.
IV-les avantages et inconvénients de la géothermie.
1- Les avantages.
2- Les inconvénients.
V- La géothermie dans le monde.
VI. La géothermie en Algérie.
VII- L’avenir de la géothermie.
1- Nécessité de se tourner vers la géothermie (énergie renouvelable) VIII-Conclusion.
Bibliographie.
I-Introduction :
Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont pris conscience que si l’on ne respectait pas l’environnement on mettait la terre en danger. Des solutions écologiques ont donc commencé à être apportées. Cela est vrai en particulier en ce qui concerne le secteur énergétique ; beaucoup d’énergies renouvelables ont pu se développer à partir du moment où l’on a constaté que les réserves des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz) étaient en constante diminution et que leurs dommages sur la planète étaient déjà effectifs.
Ainsi dans notre étude nous avons décidé de nous intéresser à l’une de ces énergies renouvelables : la géothermie. En examinant ses modes d’exploitation et de fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients et ses perspectives écologiques, nous verrons si la géothermie peut être l’une des alternatives aux énergies fossiles ?
II-Généralité sur la géothermie : 1-Définition de la géothermie : (1)
Venant du grec géo (Terre) et thermos (chaleur), la géothermie se définit comme la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à l'exploiter, c’est-à-dire la distribution des températures et celle des flux de chaleur qui en résultent. Son exploitation par l’Homme remonte à près de 20 000 ans avec l’utilisation des sources chaudes mais pour mieux comprendre la provenance de cette chaleur il faut savoir que la terre est constituée de trois couches :
• Le noyau d’un rayon de 3 470 kilomètres, composé de fer et de nickel, solide au cœur et liquide autour qui représente 16% du volume de la Terre et 67% de sa masse
• Le manteau d’une épaisseur de 2 900 kilomètres composé d’une part de silicate de fer et d’autre part de magnésium constituant 80 % du volume de la Terre
• La croûte d’une épaisseur de 30 à 40 kilomètres sous les continents, d’environ 20 kilomètres sous les océans et seulement quelques kilomètres au niveau des rifts et des dorsales.
Figure 1 : Schéma des différentes croûtes terrestres.
2-Les types de géothermies :
L’extraction de l’énergie géothermique peut être divisée en quatre catégories organisées en niveaux de température : la haute température, la moyenne température, la basse température et la très basse température.
a-La haute température :
La géothermie haute température utilise des eaux et des vapeurs à plus de 180°C, qui entraînent des turbines à des fins de production d’électricité. La production de vapeur peut être :
- Soit directe comme pour la centrale Bouillante située en Guadeloupe et bâtie au pied du volcan la Soufrière. Cette centrale d’une puissance totale de 15 MW produit près de 10% de l’électricité nécessaire à la Guadeloupe.
- Soit créée artificiellement dans un massif cristallin. Le principe repose alors sur l’injection d’eau sous pression dans la roche à trois, quatre ou cinq kilomètres de profondeur. L’eau se réchauffe en circulant dans les failles jusqu’a produire de la vapeur, elle est alors pompée jusqu'à un échangeur de chaleur permettant la production d'électricité. Plusieurs expérimentations de cette technique sont en cours dans le monde.
b-La moyenne température :
La géothermie moyenne température a pour vocation la production d’électricité. Elle consiste à atteindre une température comprise entre 100 et 180°C. Par conséquent, on la rencontre en régions volcaniques dans des réservoirs à moins de 1000 m de profondeur ou dans les bassins sédimentaires mais cette fois dans des réservoirs de 2500 à 4000 m de profondeur. La
géothermie moyenne énergie utilise la vapeur sous pression qui permet d’alimenter les turbines.
c-La basse température :
La géothermie basse énergie est le plus souvent utilisée dans les réseaux de chauffage urbain.
Elle consiste à atteindre les réservoirs ou nappes phréatiques à une distance de 1000 à 2500 m de profondeur où la température de l’eau est comprise entre 30 et 100°C. Ce système est présent dans tous les bassins sédimentaires de la planète qui recèlent généralement des roches poreuses (grès, conglomérats, sable) imprégnées d'eau. L’eau peut être envoyée directement dans les radiateurs, si elle est assez pure et si la température est adéquate, ou sinon l’utilisation de pompe à chaleur est requise.
d-La très basse température :
La géothermie très basse température s’intéresse essentiellement aux ressources souterraines à faible profondeur dont la température est inférieure à 30°C. Les principales applications sont la production d’eau chaude sanitaire, le chauffage et le rafraîchissement des bâtiments. Ce système est celui conseillé aux particuliers de part son accessibilité et l’économie d’énergie dans l’usage unique d’une énergie primaire. Le fonctionnement est alors basé sur l’association d’un échangeur thermique placé dans le sol et d’une pompe à chaleur. Les échangeurs thermiques peuvent être des capteurs horizontaux, des capteurs verticaux, des corbeilles ou des fondations de bâtiment. L’utilisation d’une pompe à chaleur permet par la suite une revalorisation énergétique en redistribuant l’énergie récupérée à un niveau de température plus élevé (fonctionnement en mode chauffage) ou plus bas (fonctionnement en mode rafraîchissement).
La géothermie très basse température permet également un rafraichissement direct sans avoir recours à la pompe à chaleur ce qui réduit les consommations d’électricité pour le refroidissement de façon significative. Dans le cas de la géothermie très basse température les profondeurs associées sont variables. Elles varient de 0,5 à 3 m pour des capteurs horizontaux à 100m pour des capteurs verticaux.
Type de géothermie Caractéristiques du
‘réservoir’
Utilisations Très basse énergie Nappe à moins de 10m
Température < à 30°C
Chauffage et
rafraîchissement de locaux, avec pompe à chaleur Basse énergie Nappe entre1000 et2500m
30°C<Température<90°C
Chauffage urbain, utilisations industrielles, thermalisme,
balnéothérapie Moyenne et Haute énergie Nappe entre 2500et4000m
100°C<Température< 350°C
Production d’électricité
III-Exploitation et mode de fonctionnement de la géothermie :
Les principales étapes pour pouvoir utiliser l’énergie de la Terre, sous forme de chaleur ou d’électricité sont les suivantes : En premier lieu, il faut vérifier l’existence et la localisation de l’énergie disponible dans le sous-sol, qu’elle soit : contenue dans les terrains ou dans l’eau des aquifères, puis déterminer ses caractéristiques afin d’en estimer le potentiel énergétique.
Les techniques de reconnaissance des ressources géothermales sont différentes selon qu’elles se trouvent dans des bassins sédimentaires, dans des régions volcaniques ou dans des zones structurales actives. Il est fait appel aux disciplines des géosciences comme la géologie, l'hydrogéologie, la géochimie et la géophysique. On peut également réaliser des forages de reconnaissance spécifique.
Des inventaires régionaux peuvent être réalisés, notamment en réinterprétant les données obtenues lors de campagnes d’exploration et de forages déjà réalisés pour des recherches géologiques, pétrolières ou d'eau.
Ensuite et dans tous les cas, il faut vérifier la bonne adéquation de cette ressource avec les besoins énergétiques nécessaires soit pour la production d’électricité, soit pour le chauffage d’une maison individuelle, de logements collectifs, d’un hôpital, etc.
Enfin, il faut sélectionner les méthodes adaptées pour prélever et transférer l’énergie du sous-sol vers la surface et sa mise en œuvre. La transformation de l’énergie brute s’effectue au moyen de systèmes industriels ou bien par simple échange de calories (production de chaleur directe) quand cela est possible. La distribution de l’énergie vers les utilisateurs finals passe soit par le réseau électrique dans le cas de production d’électricité, soit par les réseaux de chaleur dans le cas de production de chaleur centralisée pour des groupes d’immeubles. Pour des installations plus modestes (petits logements collectifs, bâtiments commerciaux, hôpitaux, maisons individuelles…) la distribution est limitée à sa plus simple expression.
Aujourd’hui, les contraintes techniques liées à la recherche et à l’exploitation de la chaleur de la Terre sont bien maîtrisées.
1-L’exploration : (2)
-La géologie : permet de définir la nature de la roche, la succession et l’âge des couches du sol ainsi que leurs structures tectoniques.
-L’hydrogéologie: permet d’évaluer la ressource du point de vue de sa qualité, de la quantité disponible et de connaître les écoulements de fluide dans le réservoir.
-La géophysique : consiste à utiliser différentes données physiques et à les retranscrire en données géologiques. Les techniques utilisées sont la sismique (observation de la réflexion d’ondes envoyées vers le sol permettant de déterminer les limites des structures : failles) et la gravitométrie (mesure de la pesanteur) permettant d’identifier les anomalies du sous sol : roches à haute densité, à faible densité.
-La géochimie : consiste à étudier la répartition des éléments chimiques dans la roche et dans les minéraux, leur nature et leur origine.
Le forage d’exploration est peu utilisé, car coûteux mais il permet de récolter des informations plus précises. Une étude des déblais de forages et des carottages donnent des informations supplémentaires sur les couches traversées.
2-Extraction (Modes de captage) : a-Captage horizontal :
Le captage horizontal consiste à récupérer la chaleur par le biais de capteurs disposés horizontalement à environ 60 cm de profondeur. Ces capteurs sont des tuyaux en polyéthylène ou en cuivre gainé spécifiquement adaptés à la circulation sous pression et en circuit fermé de l’eau glycolée ou du fluide frigorigène, selon la technique utilisée. C’est grâce à eux que se font les échanges thermiques.
Les capteurs horizontaux nécessitent une surface de terrain de 1,5 à 2 fois la surface à chauffer. Par exemple, pour une habitation de 100 m2, il faudra disposer d’au moins 150 m2 de surface extérieure. L’exposition du terrain a peu d’incidence sur le rendement de
l’installation. Et, sauf exception la nature du sol, importe peu. Les capteurs peuvent ainsi être installés sur un terrain jusqu’à 20 % de pente. En revanche, la distance entre les tuyaux doit être de 30 cm et le circuit ne doit pas se trouver à moins de 2 ou 3 mètres d’un arbre, d’un ouvrage (fosse septique) ou de canalisations.
Enterrés à moins d’un mètre de profondeur, les capteurs horizontaux ne nécessitent pas de travaux importants : le coût de leur installation est donc peu élevé. Ils s’adaptent aussi bien à la construction neuve qu’à la rénovation. Selon l’appareil choisi, il sera également possible de rafraîchir et climatiser sa maison ou ses locaux par simple inversion du système : on parle de pompes réversibles et de réversibilité du système. Ainsi, lorsqu’elle est en mode chauffage en hiver, la pompe extrait la chaleur du sol alors qu’en été, en mode rafraîchissement, elle restitue à la terre les calories extraites, ce qui présente l’avantage de régénérer la terre.
Figure 2 : Captage horizontal
b-Captage vertical :
Le captage vertical consiste à récupérer la chaleur du sol à des profondeurs comprises entre 80 et 120 mètres. Il nécessite donc un ou plusieurs forage(s) selon la nature de l’opération prévue. Ce système de sonde géothermique est adapté à tous les contextes géologiques.
Le circuit comporte un tube formant une seule boucle verticale, en forme de U. Réalisé en polyéthylène, ce tube permet la circulation du fluide sous pression et en circuit fermé. Le fluide va récupérer la chaleur et la transmettre à la PAC pour chauffer l’habitation.
Ce système par captage vertical a l’avantage d’occuper une surface au sol nettement moins importante que le système horizontal. D’un coût plus élevé que le captage horizontal, il offre
une performance constante, la température à - 80 mètres ne variant que faiblement. Il trouve des applications en maison individuelle et en petit tertiaire (crèche, mairie, bureaux, …), mais
la possibilité de multiplier les forages permet d’envisager des applications plus importantes (notamment en habitat collectif). Enfin, il est particulièrement adapté pour la rénovation.
Figure 3 : Captage vertical
c-Captage sur nappe d’eau souterraine :
Le système de captage sur nappe d’eau souterraine consiste à prélever l’eau de cette nappe et à en récupérer la chaleur. Il nécessite la réalisation de deux forages, l’un pour le captage proprement dit, l’autre pour rejeter l’eau une fois les calories extraites. Selon les types d’eau, il est conseillé d’installer un échangeur entre le capteur et la pompe à chaleur, voire un filtre, afin de récupérer les impuretés éventuelles de l’eau.
Le captage sur nappe offre un grand intérêt en termes de puissance et de rendement. La température de l’eau d’une nappe reste constante toute l’année (entre 9° C et 12° C). Le COP (coefficient de performance) peut atteindre 5 (pour 1 kWh d’électricité consommée, 5 kWh sont restitués) alors qu’il s’échelonne entre 3 et 4,5 pour les autres systèmes (captage horizontal ou vertical). Il constitue de ce fait la meilleure solution du marché en matière d’économie d’énergie.
Figure 4 :Captage sur nappe d’eau souterraine
Note : L’eau glycolée est une eau normale de réseau à laquelle on a ajouté un % de glycol, par exemple 20% afin que cette eau ne puisse geler, même si elle est stagnante, lorsqu'elle circule dans un réseau de chauffage passant par l'extérieur.
3-Applications : (3)
a- Le chauffage des bâtiments
Le chauffage de bâtiments par géothermie peut être assuré soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur (on valorise plutôt dans ce cas des ressources géothermales basse énergie), soit de façon plus individuelle (sont alors valorisées des ressources plus
superficielles par le biais de pompes à chaleur).
b-Chauffage de serres :
Le chauffage des serres constitue une cible privilégiée pour la géothermie dans les mesures ou les besoins en énergie y sont élevés. Ainsi sous nos latitudes, il faut en moyenne 200 tonnes de fioul par hectare et par an pour les cultures maraichères et environ 400 t/(hectare an) pour les cultures florales ; la croissance optimale des plantes est fonction de la température et varie selon le type de culture.
c-Chauffage de bassins de pisciculture ou d’aquaculture :
La pisciculture est une application bien adaptée à la géothermie. Une augmentation de la température de quelques degrés et surtout son maintien à niveau constant produit un accroissement du métabolisme chez les poissons.
d-Usage industriels :
Une majorité des usages directs industriels (Voir figure ci-dessous) a lieu entre 100°C et 200°C. Parmi ces usages directs, on trouve : le lavage de la laine, le séchage des produits industriels, l’évaporation de solutions concentrées (production d’eau douce par dessalement de l’eau de mer).Au-dessous de 100°C, la géothermie peut aussi être utilisée pour le séchage du bois, de produits agricoles ou de poissons .Le préchauffage de fluide (eau, air) dont la température continue d’être relevée dans une chaudière à partir d’autres énergies(fioul, charbon) est aussi quelquefois utilisé. Enfin, la mise hors gel de grandes surfaces (aéroports, ponts, routes) comme par exemple en Autriche, aux Etats-Unis ou en Italie constitue aussi une application intéressante de la géothermie.
d-Production d’électricité :
La production d’électricité d’origine géothermale s’effectue selon deux modes. On distingue ainsi les centrales géothermiques avec cycle à vapeur d’eau, ou le fluide géothermal est directement utilisé pour produire de l’électricité par détente dans une turbine de sa fraction de vapeur, et les centrales géothermiques à fluide binaire : technique par laquelle le fluide géothermal cède préalablement son contenu énergétique à un second fluide qui est ensuite utilisé pour assurer la conversion thermoélectrique de l’énergie reçue. L’on rappelle que ces centrales sont réservées à l’exploitation des ressources géothermales dont la température au
réservoir est supérieure à 200°C.
Tableau 1 : Récapitulatif des principales applications des sources géothermiques
4- Coûts de l’énergie géothermique:
a-Comparatives des coûts entre les énergies fossiles et la géothermie :
Le graphique ci-dessous compare les coûts des différentes sources d'énergiepour le chauffage, la climatisation et l'eau chaude domestique d'une maison unifamiliale type pour une période de 20 ans. Les coûts d'énergie étant de plus en plus élevés, l'économie est
d'autant plus significative sur une longue période.
Figure 11 : basé sur le prix moyen des combustibles au Québec, hiver 2004-2005
b-Estimation comparative des coûts annuels de combustible pour une maison unifamiliale:
Figure 12 : basé sur le prix moyen des combustibles au Québec, hiver 2004-2005.
c-Comparaison des différents systèmes de chauffages : (7) -Installation et exploitation :
Le tableau ci-dessous permet de comparer différent système de chauffage pour une construction de 150 m2 avec une distribution de la chaleur faite à l'aide d'un plancher chauffant. (Chiffres en euros au 01/06/2003).
Tableau 5: comparative des coûts des différents énergie pour le chauffage On se rend bien compte que le chauffage géothermique correspond à l'investissement
de départ le plus élevé. Par contre il correspond aussi au système qui a le coût d'exploitation le plus faible.
Avec ces données, on peut voir que le chauffage géothermique devient le moins
coûteux au bout de 5 ans.
d-Possibilité de comparer les différentes technologies :
Afin de comparer les différents systèmes de chauffage, il est possible d'utiliser des logiciels de simulation paramétrable.
Voir un exemple ci-après : (7)
Besoin en énergie pour chauffage Energie utile : 8500 Kwh
Période pendant laquelle est consommée l'énergie : Une année
Consommation énergetique et coût par mode de chauffage Devise utilisé pour le calcul du prix : EUR
Type de chauffage Rend global Energie conso Prix Kwh Frais fixes Prix Kwh utile Prix total
Chaudière au bois 0.71 11971.83 0.033 137.2 0.04 532.27
Chaudière au fioul 0.81 10493.82 0.077 198.18 0.1 1006.2
Chaudière au gaz
naturel 0.81 10493.82 0.036 252 0.06 629.78
Chaudière au gaz
propane 0.81 10493.82 0.075 137.2 0.09 924.24
Chaudière gaz à condensation sur planché chauffant
0.95 8947.368 0.03 252 0.06 520.42
Cheminée ouverte
avec récupérateur 0.25 34000 0.03 76.22 0.03 1096.22
Convecteur électrique (double tarif)
0.89 9550.562 0.09 203.98 0.11 1063.53
Convecteur électrique (simple tarif)
0.89 9550.562 0.105 107.32 0.12 1116.81
Insert bois 0.6 14166.66 0.03 76.22 0.04 501.22
Panneaux radiants éléctriques (double tarif)
0.91 9340.659 0.09 203.98 0.11 1044.64
Planché chauffant éléctrique (double tarif)
0.94 9042.553 0.09 203.98 0.11 1017.81
Pompe à chaleur
air/air 2.23 3811.659 0.09 291.03 0.17 634.08
Pompe à chaleur
eau/eau 3.19 2664.577 0.09 291.03 0.2 530.84
IV-Avantages et inconvénients de la géothermie : 1-Avantages de la géothermie : (4)
La géothermie a pour avantage majeur de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (froid, vent, pluie et soleil). Elle utilise de 70 à 80% d’énergie naturelle et gratuite prélevée dans l’environnement, le sol ou l’eau souterraine. C’est une énergie fiable et pérenne.
Figure 5 : Bilan de l’énergie géothermique pour le chauffage.
On peut représenter les différents avantages de la géothermie dans le tableau suivant :
Économie
• Une installation de chauffage basée sur la géothermie nécessite un faible coût d'exploitation
• La géothermie offre de 65% à 70% d'économie d'énergie par rapport à un chauffage conventionnel (énergie fossile) ,50% d'économie sur l'eau chaude et 35% sur la climatisation.
Confort
• Offre une meilleure qualité de l'air par une chaleur plus douce.
• Elle n'émet aucun rejet dans l'atmosphère : ni substances polluantes, ni dioxyde de carbone.
• Température constante à longueur d'année.
• Silencieux.
Fiabilité
• L'unité complète étant installée à l'intérieur, la durée de vie de votre système s'en trouve prolongée (25 ans et plus).
• Requiert très peu d'entretien.
Protection de • Source d’énergie propre et renouvelable.
l'environnement • Le système géothermique n’émet pas de CO2, l’élément majeur de la pollution de l’air.
Sécurité
• Pas de flamme ni de fumée.
• Pas de danger de vandalisme, le système est installé à l’intérieur.
Valeur ajoutée
• Stabilité des coûts la production géothermique s'affranchit de toute politique pétrolière mondiale.
• Augmente la valeur de revente de votre maison.
• Rentabilité dès la première année.
• Diminution significative de votre facture énergétique, des coûts liés à l’entretien de votre système de chauffage et de vos assurances.
• Se marie avantageusement avec le chauffage radiant.
Tableau 2 : les différents avantages de la géothermie.
2-Inconvénients :
• Les systèmes géothermiques utilisent une source d’énergie renouvelable, mais pour fonctionner ils doivent faire appel à une source électrique qui elle, n’est pas toujours renouvelable. Cependant, lorsqu’on utilise 1 kW d’électricité pour faire fonctionner un système géothermique, ce dernier retire du sol plus de 3 kW d’énergie renouvelable et gratuite pour chauffer ou refroidir une habitation.
• L’achat d’un tel système demande un investissement initial assez important. Il est souvent le double d’une installation utilisant une énergie classique. Mais le coût annuel d’une telle installation est souvent deux fois moins cher que les installations
traditionnelles.
• Le système doit respecter des normes qui évitent un prélèvement trop important de chaleur qui pourrait avoir comme conséquence un gel permanent du sol.
• Au bout de 20/30 ans, le captage n'est plus possible car l'eau réinjectée a trop refroidi la nappe aquifère.
• C’est une énergie qui se transporte difficilement, elle doit donc être utilisée sur place.
•Il ne s'agit pas d'une énergie entièrement inépuisable dans ce sens qu'un puits verra un jour son réservoir calorifique diminuer.
• Pas de revêtement dur au dessus des capteurs (dalle, terrasse...)
• Impossibilité de planter certaines végétations au dessus des capteurs.
• Il subsiste un doute sur la longévité des matériaux.
V- La géothermie dans le monde :
Production et consommation dans le monde :
a-La production d’électricité par géothermie dans le monde :
La géothermie est une énergie propre, qui ne génère pas de gaz à effet de serre ni de déchets polluants. Les coûts d’investissement, principalement les forages et l’équipement des puits de pompage d’eau, sont élevés (entre 1 000 et 7 000 €/kW installé). En revanche, les coûts d’exploitation sont très bas. Au total, le prix de revient du kWh produit est de 0,03 € pour une centrale électrogéothermique de 55 MW, ce qui fait de la géothermie l’une des énergies renouvelables les moins chères. Toutefois, dans les pays développés, les sites présentant les meilleures propriétés d’eaux chaudes à faible profondeur sont déjà presque tous exploités.
En 2007, la puissance électrique géothermique installée (c'est-à-dire théorique, s’il n’y avait jamais de pannes et d’arrêt des centrales pour maintenance ou réparations) dans le monde est de 9 737 MWe pour une puissance de fonctionnement (effective) de 8 595 MWe.
La production d’électricité géothermique augmente lentement (9% en deux ans entre 2005 et 2007), Les principaux pays producteurs d’électricité géothermique sont les suivants :
Tableau 3 : Puissance installée par pays en 2007 Ces pays sont tous situés dans des zones de volcanisme actif.
Aux Philippines, l’électricité géothermique représente plus de 20 % de l’électricité produite dans ce pays, et il est prévu que ce chiffre atteigne rapidement 50 %. En Islande, 80 % des besoins énergétiques sont couverts par la chaleur du sous-sol de l’île.
En France, plus précisément en Guadeloupe (centrales de Bouillante), la puissance électrique géothermique installée est de 15 MWe, soit 100 fois moins que celle d’une centrale nucléaire.
Pays Puissance
installée (MWe) en 2007
Etats-Unis 2687 Philippines 1970 Indonésie 992
Mexique 953 Italie 811 Japon 535 Nouvelle-Zélande 472
Islande 421 Salvador 204
Costa Rica 163
Kenya 129
Figure 6 : Principaux pays producteurs d'électricité géothermique (Puissance installée en 2000)
b-Production de chaleur par géothermie dans le monde :
Production de chaleur par pays (puissance installée en 2000)La récupération directe de chaleur géothermique (hors Pompes À Chaleur Géothermiques PACG) concerne des quantités d’énergie plus importantes que celles produites sous forme d’électricité. Les statistiques concernant cette forme d’énergie sont difficiles à établir car il n’existe pas de comptabilité précise et régulière d'unités de récupération de chaleur ni de méthodologie unique mondiale.
Les principaux pays consommateurs de chaleur géothermique en 2006 sont les suivants :
Tableau 4 : Production de chaleur
Pays Puissance ((MWth)
20062006
Énergie
équivalente pétrole récupérée (tep)
Hongrie 725 190 000
Italie 500 177 000
France 307 130 000
Slovaquie 186 72 000
Roumanie 145 68 000
Bulgarie 109 40 000
Allemagne 105 29 000
Pologne 93 8 900
Grèce 70 1250
Autriche 52 1900
Figure 7 : Production de chaleur par pays
VI- La géothermie en Algérie : (5)
L’Algérie est le pays le mieux classé d’Afrique en terme de sources géothermiques on occupant la 72e position.
L’énergie géothermique est l’une des plus importantes sources d’énergies renouvelables en Algérie.
a- Les ressources géothermiques en Algérie :
Les calcaires jurassiques du nord algérien qui constituent d’importants réservoirs géothermiques, donnent naissance à plus de 200 sources thermales localisées principalement dans les régions du Nord-est et Nord-ouest du pays.
Ces sources se trouvent à des températures souvent supérieures à 40°C, la plus chaude étant celle de Hammam Meskhoutine (96°C).
Ces émergences naturelles qui sont généralement des fuites de réservoirs existants, débitent à elles seules plus 2 m3/s d’eau chaude. Ceci ne représente qu’une infinie partie des possibilités de production des réservoirs.
Plus au sud, la formation du continental intercalaire, constitue un vaste réservoir
géothermique qui s’étend sur plusieurs milliers de km2. Ce réservoir, appelé communément
‘nappe albienne’ est exploité à travers des forages à plus de 4 m3/s. L’eau de cette nappe se trouve à une température moyenne de 57°C.Si on associe le débit d’exploitation de la nappe albienne au débit total des sources thermales, cela représenterait en terme de puissance plus de 700 MWt. La carte géothermique schématique (Fig.8) montre les principales zones d’intérêt.
Figure 8 : Zones géothermiques préférentielles et potentiel à l’éxhaure
b- Les possibilités d’utilisation de la géothermie :
Si la géothermie en Algérie est de type ‘moyenne température’, il n’en demeure pas moins que les possibilités de son utilisation sont vastes et variées (figure 9).
Les différentes possibilités d’application peuvent aller de l’utilisation balnéo-thérapique, au chauffage des serres et des locaux, au séchage des produits agricoles comme le tabac ou le raisin, à la pisciculture ou encore à la production électrique utilisant le procédé ORC ( Organic Rankine Cycle ) ou cycle binaire.
Ce dernier procédé permet l’utilisation d’eau et vapeurs à des températures voisines de 140- 150°C pour la production d’électricité à travers un circuit secondaire contenant un fluide organique.
Les centrales géothermiques de ce type peuvent avoir des capacités de production de quelques MWe à quelques dizaines de MWe.
La réalisation de ce type de centrale est possible sur certains sites du NE algérien.
Figure 9 : Diagramme de Lindal
c-Réalisation et projets en cours :
La première serre géothermique expérimentale a été installée en 1984 à Hammam Meskhoutine. Le système de chauffage est constitué de deux circuits pour éviter tout entartrage dans les conduites de chauffage.
Plus tard, deux autres projets ont été réalisés respectivement à Ouargla et Touggourt : il s’agit de 18 serres agricoles couvrant une surface chauffée de prés de 7200 m2 utilisant l’eau de la nappe albienne.
Les résultats ont été satisfaisants tant dans la précocité que dans le rendement de la production agricole (tomates et melons). Les projets en cours de réalisation concernent l’établissement d’un catalogue des sources thermales et d’un atlas des ressources géothermiques du Nord algérien.
L’objectif de ces deux projets est de mettre à la disposition des chercheurs et étudiants une base de données concernant les principales sources thermales et les possibilités géothermiques de l’Algérie. Ils serviront aussi de documents de base pour les touristes ou pour
les investisseurs dans le choix de sites.
VII- Les perspectives pour la géothermie :
Nécessité de se tourner vers la géothermie (énergie renouvelables) : (6)
Nous ne sommes pas encore sortis de l'ère de l'énergie fossile. Si le charbon a perdu du terrain, le pétrole et le gaz vivent encore leur âge d'or. Les cours du Brent restent avantageuxmalgré plusieurs chocs pétroliers et les hausses irrégulières qui accompagnent les crises du Moyen-Orient. Ils gardent donc la faveur des consommateurs, d'autant plus que les circuits de distribution se sont consolidés et étendus, notamment pour le gaz.
Figure 10 : évolution de la concentration atmosphérique en co2.
Depuis le début de l'ère industrielle, on assiste à une croissance régulière des consommations d'énergies fossiles; ainsi entre 2010 et 2040, on passera le “pic” au-delà duquel la production sera amenée à baisser impérativement (courbes noire, verte et rouge). Dans le même temps, le gaz carbonique émis par la combustion de ces énergies fossiles entraîne une augmentation des teneurs en gaz à effet de serre dans l'atmosphère ce qui induit une augmentation des
températures moyennes de l'atmosphère, source de perturbations diverses et notamment d'événements météorologiques extrêmes.
Dans les pays développés, il faudra diviser les émissions par quatre en 2050 ; ce qui implique la nécessité de se tourner vers des énergies écologiques à l’image de la géothermie.
La première conversion, évidente, se situe dans les applications de basse température, comme le chauffage des bâtiments et la production d'eau chaude sanitaire. Dans ce domaine, les énergies renouvelables doivent désormais s'imposer pour la production de chaleur. La réglementation thermique dans la construction neuve met désormais bien en valeur l'apport de ces énergies, et la géothermie plus que toute autre : cette énergie dont la fonction fut dès l'origine d'apporter la chaleur de la Terre aux humains.
Le deuxième secteur ou la géothermie peut s’employer est la production d’énergie électrique.
VIII-Conclusion :
La consigne donnée à l’ensemble des états du monde de réduire progressivement l’émission de CO2 est la condition sine qua non pour juguler le phénomène du réchauffement climatique.
Les sources d’énergies classiques contribuant grandement au réchauffement de l’atmosphère
terrestre, les scientifiques ont jugé nécessaire d’effectuer des recherches sur des énergies plus propres telles que la géothermie.
En ce qui nous concerne nous avons étudié l’énergie géothermique en partant de sa source, c'est-à-dire le noyau, pour arriver à ses utilisations comme la pisciculture ou le chauffage urbain en passant par les moyens de la capter. Enfin dans la dernière partie nous avons caractérisé la géothermie en décrivant de manière objective ses avantages et ses inconvénients.
Nous estimons que la géothermie a deux atouts qui feront d’elle une source d’énergie incontournable : elle est non polluante et renouvelable. Cependant certains de ses inconvénients comme le gel du sol ou le fait qu’elle se transporte difficilement font qu’elle ne peut être utilisée de façon massive.
Si l’énergie géothermique ne peut substituer les énergies fossiles, son apport nous permettrait d’économiser nos réserves en hydrocarbures d’une part et de préserver notre environnement en en utilisant moins d’autres part.
Par conséquent, l’Algérie a tout à gagner à développer cette énergie disponible et peu couteuse à long terme qu’est la géothermie. Pour cela, il faut mettre en place une vraie stratégie de communication pour qu’elle commence à exister sur le marché.
Bibliographie :
(1) : www.ademe.fr/particuliers/Fiches/pacg/index.htm (2) :http://geothermie.tpe.free.fr/partie2.htm
(3) : http ://www.eff e rvesciences.co m/anci ens_num/g eoth.htm (4) :http://www.geoconfort.com/rentabilite_geothermie_sp6.php.
(5) : Bulletin des Energies Renouvelables - N°4 Decembre 2003.
(6) :http://www.geothermie-perspectives.fr/
(7) : www.durabuild.org.
(8) :http://p.rozet.free.fr/Pages_fr/comparatif-couts-chauffages.php Tableau :
(1) :http://www.geothermie-perspectives.fr/05-geothermie/04-applications-01.html (2) : www.geoconfort.com/rentabilite_geothermie_sp6.php
(3) : ENEL (proceedings EGC 2007)
(4) : EurObserv'ER, d'après European Geothermal Congress 2007 (5) : www.durabuild.org
Figure :
(1) : source Ademe.
(2) :http://www.newtechenergies.com/solution-geothermie.php (3) :http://www.newtechenergies.com/solution-geothermie.php (4) :http://www.newtechenergies.com/solution-geothermie.php (5) :www.geoconfort.com.
(6) : ADEME BRGM (7) : ADEME BRGM
(8),(9) :Bulletin des Energies Renouvelables - N°4 Decembre 2003 (10) : BRGM, d'après GIEC
(*) : Article Philipe Laplaige Jean Lemale
(11), (12) :www.geoconfort.com/rentabilite_geothermie_sp6.php
