Comment ça marche la géothermie ?

D’où vient la chaleur de la Terre ?

De la chaleur est émise dans les grandes profondeurs de la Terre.

La structure interne du globe terrestre est composée de plusieurs couches, dont un noyau central extrêmement chaud. De plus, la croûte terrestre contient des roches riches en éléments radioactifs, tels que l’uranium. En se désintégrant, ces roches libèrent de la chaleur dans le sol. Ces roches peuvent atteindre 150 °C à 4 000 mètres de profondeur !

Dans certains endroits de la planète, la chaleur remonte à la surface de la Terre et vient chauffer de l’eau qui jaillit (les geysers) ou qui s’écoule (les sources chaudes).

Les gradients géothermiques peuvent atteindre 30 °C par 100 m, comme dans les îles volcaniques. À Bouillante, en Guadeloupe, la température à 1 000 m de profondeur atteint 260 °C, alors qu’en région parisienne, où le gradient est moyen, la température s’élève à environ 45 °C à cette profondeur.

Schéma – Les différentes couches de la surface du globe

Transcription détaillée ci-après.

De la chaleur est stockée dans le sol à de faibles profondeurs

Le Soleil réchauffe uniquement la surface de la Terre et les premiers mètres du sous-sol. Le gradient géothermique est le taux de variation de la température dans le sous-sol en fonction de la profondeur.

En France, la température moyenne au niveau des premiers mètres du sol est assez stable tout au long de l’année. Elle est comprise entre 10 et 14 °C.

Le fonctionnement de la géothermie

La géothermie consiste à capter la chaleur dans le sol, chaleur issue du noyau de la Terre – une ressource quasi inépuisable !

Cette chaleur est disponible 24 heures sur 24 et 365 jours par an. Elle ne dépend ni du climat, ni des saisons, ni du jour ou de la nuit. On peut l’exploiter pour produire de la chaleur et de l’électricité. Cette énergie renouvelable a un grand potentiel, notamment dans les départements d’Outre-mer. La Guadeloupe, par exemple, pourrait produire jusqu’à 30 % de son électricité grâce à la géothermie.

Plusieurs technologies permettent de récupérer la chaleur de la Terre pour chauffer ou rafraîchir des bâtiments et pour produire de l’électricité.

Chauffer et rafraîchir avec la géothermie

La géothermie permet de chauffer et de refroidir des bâtiments grâce à deux technologies :

• la pompe à chaleur,
• le réseau de chaleur.

La géothermie de surface est la plus répandue en France.

Grâce à une pompe à chaleur géothermique, qui capte la chaleur du sol, il est possible de chauffer ou de rafraîchir un bâtiment. Pour fonctionner efficacement, elle doit être installée dans une zone où la température du sous-sol est stable.

Des capteurs sont placés dans le sol de façon horizontale ou verticale. Certains capteurs verticaux vont chercher la chaleur d’une nappe d’eau dans le sous-sol.

Certaines pompes à chaleur, dites « réversibles », sont capables de rafraîchir la maison en été. Le condenseur devient l’évaporateur, l’évaporateur devient le condenseur, et la pompe à chaleur puise alors des calories dans le bâtiment pour les rejeter dans le sol…

Pour chauffer plusieurs immeubles, voire tout un quartier, on peut faire circuler cette chaleur dans un réseau de chaleur. Les bâtiments sont reliés à une unité de production qui récupère la chaleur de la Terre. Elle circule ensuite jusqu’aux bâtiments via un réseau souterrain de canalisations. Début 2025, la France comptait 1 105 réseaux de chaleur (source : Les réseaux de chaleur en France – France Chaleur Urbaine). Une partie de ces réseaux de chaleur est alimentée par la géothermie.

Vous voulez savoir si un réseau de chaleur passe près de chez vous ? Connectez-vous sur le site « France Chaleur urbaine ».

Produire de l’électricité avec la géothermie

En France, la production d’électricité géothermique concerne essentiellement les territoires d’Outre-mer, notamment la Guadeloupe, la Martinique, Mayotte et La Réunion.

Produire de l’électricité avec de la géothermie a plusieurs avantages :

• cela n’émet pas de gaz à effet de serre ;
• la production d’électricité ne peut pas être gênée par des aléas climatiques (tempêtes, ouragans…) ;
• l’énergie de la géothermie est disponible 24 h/24 et tout au long de l’année.

La géothermie permet de produire de l’électricité grâce à deux types de centrales :

• la centrale géothermique de type flash
• la centrale géothermique de type ORC

Il existe d’autres possibilités pour produire de l’électricité avec des énergies renouvelables. La plus connue est l’énergie éolienne, mais ce n’est pas la seule solution. Explorez toutes les possibilités dans l’article Comment ça marche l’électricité.

La centrale géothermique de type flash

La chaleur de la Terre ne peut pas être exploitée de la même manière partout. Dans les zones volcaniques, cette chaleur terrestre remonte et réchauffe d’immenses poches d’eau. Le fluide sous pression, riche en minéraux, est extrait par forage. Lorsqu’il remonte dans le puits, il perd en pression et arrive à la surface sous la forme d’un mélange d’eau et de vapeur. Grâce à un séparateur-sécheur, on peut séparer l’eau et la vapeur. Cette dernière est ensuite envoyée directement dans une turbine couplée à un alternateur, qui produit ainsi de l’électricité.

À la sortie de la turbine, la vapeur détendue est condensée et réinjectée avec l’eau séparée dans le réservoir géothermique. La puissance électrique moyenne de ces centrales géothermiques varie de 15 à 50 MW.

La commune de Bouillante, en Guadeloupe, est connue pour ses sources chaudes. Celles-ci sont exploitées dès la fin des années 1960. La centrale géothermique est mise en service par EDF pour la première fois en 1986 : c’est la première à produire de l’électricité en France. Aujourd’hui, elle couvre la consommation électrique de 6 % de l’île. Sa puissance devrait bientôt permettre de répondre à environ 13 % des besoins en électricité.

La centrale géothermique ORC

Les cycles organiques de Rankine, ou Organic Rankine Cycle (ORC, en anglais), sont utilisés lorsque la source chaude à partir de laquelle on souhaite produire de l’électricité est à basse ou moyenne température. Ainsi, lorsque la température du fluide géothermal est entre 90 °C et 150 °C, on peut s’appuyer sur des centrales utilisant un fluide intermédiaire.

Dans une centrale ORC, le fluide géothermal est maintenu sous pression :

1. Il est conduit dans un échangeur de chaleur, où il cède son énergie à un fluide organique, tel que l’isobutane, qui peut se vaporiser à faibles pression et température.
2. La vapeur produite est ensuite turbinée, puis condensée, et revient à l’état liquide.
3. Elle est ensuite pompée et retourne à l’échangeur de chaleur pour effectuer un nouveau cycle en circuit fermé.
4. La turbine est couplée à un alternateur pour produire de l’électricité.
5. Le fluide géothermal, refroidi après son passage dans l’échangeur de chaleur, est réinjecté dans le sous-sol dans le puits d’origine par un second forage.

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