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ABC de la géothermie

La géothermie exploite la chaleur du sol pour un usage de chauffage ou une production d’électricité.

En quelques mots

Le terme « géothermie » se réfère à une série de techniques visant à extraire la chaleur du sous-sol à des fins de chauffage ou de production d’électricité.

Ces techniques se classifient en fonction de la profondeur de forage nécessaire et de la température de la source. Plus on creuse profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente :

  • La géothermie très peu profonde (< 5m)
  • La géothermique peu profonde (10m à 300m)
  • La géothermie profonde >1000m.

Pour les deux premières catégories, une pompe à chaleur (PAC) est nécessaire pour augmenter la température et chauffer un bâtiment ou une eau chaude sanitaire. On parle ici de PAC géothermique.

> Consulter l’ABC de la pompe à chaleur

Par contre, la géothermie profonde capte une chaleur suffisante pour alimenter directement un chauffage urbain ou produire de l’électricité. C’est cette application que nous présenterons ici.

Le potentiel géothermique de la Belgique est cependant encore largement méconnu et nécessite des campagnes d’exploration du sous-sol afin de cartographier la ressource et ainsi minimiser les risques pour les investisseurs.

Le jeu en vaut la chandelle : cette énergie renouvelable, disponible en permanence (quelle que soit la météo) peut fournir chauffage et refroidissement, avec un faible impact visuel et environnemental. De plus, la basse température est applicable sur tout le territoire et est rentable si elle est bien dimensionnée.

Définition de la technologie

Permettant la production de chaleur ou d'électricité, la géothermie profonde de type EGS (Enhanced Geothermal System ou “géothermie améliorée”) exploite l'eau chaude (plus de 150°C) naturellement présente dans le sous-sol entre 2 500 et 3 000 mètres de profondeur.

Cela nécessite la réalisation d’un ou de plusieurs forages permettant de faire circuler un fluide qui se réchauffe au contact de la chaleur du sous-sol et remonte chargé de calories. Ces calories sont utilisées directement pour un usage de chauffage ou converties partiellement en électricité - parfois les deux simultanément par cogénération.

Pour un usage de chaleur, un échangeur thermique permet de transférer l’énergie du fluide géothermal à un réseau de chaleur qui la distribue en surface. Le fluide géothermal "déchargé" de son énergie retourne à l’aquifère par le forage de réinjection. L’ensemble de ce circuit crée une boucle géothermale primaire.

Pour une production d’électricité, les procédés varient en fonction de la nature et des propriétés du fluide qui parvient en tête de forage.

Dette énergétique

La dette énergétique d’un objet représente l’énergie qu’il a fallu consommer pour le fabriquer et l’acheminer jusqu’à son lieu d’utilisation.

Dans le cas des systèmes renouvelables, cette dette intègre toutes les étapes : construction, assemblage, transport vers le site de production, recyclage des déchets en fin de vie, …

Une centrale de géothermie profonde rembourse sa dette énergétique au cours des premières années d’exploitation, puis produit une énergie 100% propre durant toute sa vie, contrairement aux centrales fossiles et nucléaires.

Durée de vie

Une centrale de géothermie profonde est exploitée pendant 60 ans au moins. L’industriel vise un retour sur investissement sur 30 ans.

Production

Pour la centrale géothermique de Mol, la production annuelle est estimée à 11.100 MWh thermique, soit une production de chaleur pour environ 660 ménages.

Nombre d'exploitations en Belgique

En Belgique, le premier forage de grande profondeur, réalisé de 1972 à 1978 à Saint-Ghislain, a permis de confirmer la présence d’un réservoir d’eau chaude entre 2.400 et 2.650 m de profondeur. Le bassin de Mons dispose ainsi d’un grand potentiel géothermique.

Depuis les années ’80, l’intercommunale IDEA valorise, au travers de l’exploitation de deux puits situés à Saint-Ghislain et à Baudour, les ressources en eau géothermale (eau souterraine naturellement chaude, +/- 70°C) et utilise l’énergie récupérée pour le chauffage de bâtiments publics (hôpitaux, écoles, logements sociaux, etc.) et d’entreprises.

En 2018, IDEA a également inauguré une centrale géothermique de 7 MW au sein du zoning d'entreprises GEOTHERMIA à Ghlin. Le puits, foré en 1981 mais jamais exploité, capte de l’eau à 65°C à un peu plus de 1.500 mètres de profondeur et permet d’alimenter en chauffage et eau chaude sanitaire, via un réseau de chaleur, les entreprises qui s’installeront dans le zoning.

Par ailleurs, une campagne de reconnaissance géophysique au droit du Bassin de Mons a confirmé un potentiel important de la géothermie profonde pour une production d’électricité. Mais aucun projet d’exploitation n’est en cours.

Depuis fin 2018, la première centrale belge de géothermie profonde produisant chaleur et électricité est opérationnelle sur le site de Mol. En production continue, les 2 puits disposent d’un potentiel thermique d’environ 10 megawatts thermiques et d’un potentiel électrique voisin de 1 MW.

Une centrale géothermique complète (comptant 5 à 6 puits) pourrait totaliser 4 MW électriques, ce qui placerait le site de Mol dans le Top 10 des centrales de géothermie profonde en Europe.

Economie d'émissions de CO2

Les deux puits géothermiques situés à Saint-Ghislain et Douvrain fournissent annuellement l'équivalent de 2 millions de litres de mazout en énergie géothermique via le chauffage urbain, soit une économie de CO2 estimée à plus de 5.500 tonnes par an.

La centrale géothermique de Mol évite l’émission de 3600 tonnes de CO2 chaque année, soit l'équivalent de 19 millions de km parcourus en voiture.

Intermittence

Par rapport à la plupart des énergies renouvelables, la géothermie profonde présente le grand avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques ni même de la disponibilité d'un substrat comme c'est le cas pour la biomasse. Cette production géothermique est donc constante tout au long de l’année.

Cependant, dans son exploitation, il faut veiller à s’assurer de son caractère renouvelable. En effet, si le rythme auquel l'énergie géothermique se reconstitue est inférieur à celui auquel elle est exploitée, un puits verra progressivement son réservoir calorifique diminuer.

Sécurité et maintenance

La mise en service d’une centrale géothermique de grande profondeur n’est pas sans incidences sur l’environnement, en raison de l’injection et du pompage de l’eau en sous-sol, et donc sur la sécurité des riverains.

Dans la région de Mol, plus de deux cents tremblements de terre ont été enregistrés depuis que la centrale est en phase de test. La plupart étaient très légers, au point de passer inaperçus auprès des riverains. Mais certains séismes ont été ressentis physiquement dans la région. La centrale a été mise à l’arrêt en juillet 2019, le temps de mener une nouvelle étude sismologique. L’usine a ensuite été adaptée pour réduire les risques de vibration.

La centrale de Mol a dès lors reçu une autorisation de redémarrage, en avril 2021.

En France, un projet de géothermie profonde au Nord de Strasbourg a été définitivement mis à l’arrêt en décembre 2020, suite à une série de secousses sismiques de grande magnitude.

Investissement collectif

En Belgique, des coopératives citoyennes investissent dans différentes technologies renouvelables (éolien, photovoltaïque, …) et pourraient à l’avenir exploiter la géothermie profonde à travers des réseaux de chaleur pour chauffer les bâtiments d’un quartier.