Qu’est-ce que la géothermie ?

La géothermie exploite la chaleur du sous-sol pour produire une énergie renouvelable, stable et utilisable toute l’année.

Ce qu’il faut retenir :

• Types de géothermie : très basse température pour le chauffage domestique, basse température pour le chauffage urbain, haute et très haute température pour produire de l’électricité.
• Applications : chauffage individuel avec une pompe à chaleur, réseaux de chaleur urbains, centrales géothermiques pour alimenter des zones volcaniques ou riches en nappes phréatiques.
• Avantages : énergie propre avec peu d’émissions, indépendante des conditions météorologiques, offre une production stable et une ressource durable à l’échelle humaine.

Origines et principes fondamentaux de la géothermie

La chaleur terrestre provient du noyau de la Terre, où les températures atteignent plusieurs milliers de degrés. Elle est générée par la radioactivité des roches et par la chaleur résiduelle de la formation du globe. Cette énergie thermique circule sous terre par conduction et convection, réchauffant les nappes phréatiques et les réservoirs géothermiques.

Le gradient géothermique mesure l’augmentation de la température du sol en fonction de la profondeur. En moyenne, il s’élève à 3 °C tous les 100 mètres de profondeur. Ce paramètre peut même atteindre 10 °C dans les zones volcaniques. Plus un forage géothermique est profond, plus la chaleur exploitée est élevée.

L’énergie géothermique se distingue des autres énergies renouvelables. Contrairement au solaire ou à l’éolien, elle ne dépend pas des conditions climatiques. Elle est constante, ce qui en fait une source d’énergie stable pour le chauffage par géothermie et la production d’électricité. Si vous l’exploiter correctement, elle offre une alternative durable aux combustibles fossiles.

Les différents types de géothermie

La géothermie se classe en plusieurs catégories selon la température de la chaleur extraite du sous-sol.

Géothermie très basse température (<30 °C)

Cette forme de géothermie capte la chaleur du sol à faible profondeur. Elle se sert de capteurs horizontaux ou verticaux pour récupérer la chaleur contenue dans le sous-sol. Une pompe à chaleur géothermique élève ensuite la température pour alimenter un circuit de chauffage.

Cette énergie est principalement utilisée pour chauffer l’eau chaude sanitaire, les planchers chauffants et les radiateurs. Elle fonctionne avec un circuit fermé où le fluide caloporteur circule en continu. Ce système de chauffage est utilisé dans les habitations et les petits réseaux de chaleur.

Géothermie basse température (30-90 °C)

Ce type de géothermie exploite les nappes aquifères souterraines ou les roches situées à plusieurs centaines de mètres de profondeur. L’eau chaude captée est utilisée directement pour alimenter des réseaux de chaleur ou des installations géothermiques collectives. Cette technologie est adaptée au chauffage urbain et aux bâtiments industriels.

La chaleur géothermique est extraite par des sondes géothermiques ou des puits forés dans les réservoirs souterrains. Ce système est particulièrement développé dans certaines régions comme le bassin parisien. Il permet une production de chaleur efficace et durable pour de nombreuses habitations.

Fonctionnement des systèmes géothermiques

Géothermie naturelle

La géothermie naturelle exploite la chaleur stockée dans les nappes phréatiques ou les réservoirs souterrains. L’eau chaude captée à plusieurs centaines de mètres de profondeur circule jusqu’à un échangeur thermique. Cette chaleur est ensuite utilisée pour alimenter un réseau de chauffage ou une centrale géothermique.

Dans les zones volcaniques, la vapeur d’eau issue des réservoirs souterrains actionne une turbine qui produit de l’électricité. Ce système est utilisé dans des régions comme la Guadeloupe. En effet, la chaleur du sol y est suffisante pour assurer une production électrique continue et durable.

Géothermie stimulée

La géothermie stimulée est utilisée lorsque le sous-sol ne contient pas de nappes d’eau exploitables. Elle repose sur l’injection d’eau sous haute pression dans des fractures rocheuses situées à plusieurs milliers de mètres de profondeur. L’eau chauffée remonte ensuite à la surface pour alimenter une centrale géothermique.

Ce procédé nécessite des forages géothermiques profonds et un contrôle précis des flux de chaleur. Cette technique est coûteuse, mais elle permet de produire de l’électricité même dans des zones où la géothermie naturelle n’est pas exploitable. Elle est utilisée notamment en Alsace et dans certains bassins sédimentaires.

Les principaux équipements

L’exploitation de l’énergie géothermique est basée sur plusieurs équipements spécialisés. Les pompes à chaleur géothermiques permettent de capter et d’exploiter la chaleur contenue dans le sol. Les forages verticaux ou horizontaux assurent l’extraction de l’énergie thermique stockée en profondeur. Un fluide caloporteur transporte cette chaleur jusqu’à un échangeur thermique, qui la redistribue vers un circuit de chauffage.

Dans les centrales géothermiques, une turbine convertit l’énergie thermique en énergie électrique. Ces installations nécessitent également des sondes géothermiques et des réseaux de chaleur adaptés pour optimiser la production d’énergie renouvelable.

Applications de la géothermie

La géothermie est une source d’énergie renouvelable qui permet de produire de la chaleur et de l’électricité. Son exploitation varie en fonction de la profondeur des forages et du type de système géothermique utilisé.

• Chauffage individuel : les PAC géothermiques captent la chaleur du sol pour chauffer les habitations. Elles utilisent des capteurs horizontaux ou verticaux pour extraire l’énergie thermique contenue dans le sous-sol. Ce système alimente un circuit de chauffage central, notamment des planchers chauffants et des radiateurs à eau. Il assure aussi la production d’eau chaude sanitaire. Cette solution est efficace pour réduire la facture énergétique et la dépendance aux combustibles fossiles.
• Chauffage urbain : la géothermie alimente plusieurs réseaux de chaleur en France. L’eau chaude souterraine est puisée à plusieurs centaines de mètres de profondeur, puis distribuée vers des bâtiments résidentiels et industriels. Ce système est particulièrement développé en Île-de-France et dans le bassin parisien. Il permet de fournir une énergie propre et stable, sans interruption, pour les logements et les infrastructures publiques.
• Production d’électricité : les centrales géothermiques transforment la chaleur terrestre en électricité. L’eau chaude ou la vapeur captée dans les réservoirs souterrains actionne une turbine reliée à un alternateur. Cette méthode est employée dans les régions volcaniques, comme en Guadeloupe. La chaleur géothermique y permet de générer de l’électricité à grande échelle.

Les avantages de la géothermie

La géothermie offre de nombreux atouts en tant que source d’énergie renouvelable :

• Énergie propre : la géothermie émet très peu de gaz à effet de serre par rapport aux énergies fossiles. Contrairement aux centrales à charbon ou à gaz, elle ne produit ni fumée ni particules fines. Les centrales géothermiques utilisent des fluides thermiques pour récupérer la chaleur du sous-sol sans combustion de combustibles fossiles. Cette technologie permet ainsi de réduire l’empreinte carbone des réseaux de chaleur et des systèmes de chauffage individuels.
• Disponibilité continue : contrairement à l’énergie solaire ou éolienne, la géothermie fonctionne en permanence. Elle ne dépend ni du vent ni du soleil, ce qui garantit une production d’énergie stable et continue. Les centrales géothermiques et les PAC géothermiques assurent un approvisionnement énergétique fiable, indépendamment des variations climatiques. Cette stabilité énergétique est un atout majeur pour les infrastructures nécessitant une alimentation constante en chaleur ou en électricité.
• Stabilité thermique : la chaleur du sous-sol reste constante toute l’année, sans fluctuations saisonnières. Cette caractéristique permet aux installations géothermiques de maintenir un rendement optimal en toute saison. Les pompes à chaleur exploitent cette stabilité pour assurer un chauffage efficace en hiver et un rafraîchissement naturel en été. Cette régularité garantit une meilleure efficacité énergétique et un confort thermique durable.
• Ressource inépuisable à l’échelle humaine : la chaleur terrestre est stockée dans le noyau et les couches profondes de la croûte terrestre depuis des milliards d’années. Cette source d’énergie est renouvelable à l’échelle humaine, contrairement aux réserves limitées de pétrole, de gaz ou de charbon. Avec une gestion responsable des forages et des réservoirs géothermiques, cette énergie peut être exploitée durablement pour les générations futures.

Les limites et défis de la géothermie

La géothermie est une source d’énergie renouvelable prometteuse, mais elle présente certaines contraintes qui limitent son développement à grande échelle :

• Dépendance à la géologie locale : l’exploitation de la chaleur terrestre dépend fortement des caractéristiques géologiques du sous-sol. Les régions volcaniques ou riches en nappes phréatiques sont plus favorables à la production d’électricité et au chauffage urbain. En revanche, dans les zones où le gradient géothermique est faible, l’installation d’un système géothermique peut être moins rentable. Les forages doivent être adaptés aux conditions du sol. Cela peut limiter l’implantation des centrales géothermiques et des réseaux de chaleur.
• Contraintes techniques : l’installation d’une pompe à chaleur géothermique ou d’une centrale géothermique nécessite des forages profonds et des équipements spécifiques. Les travaux impliquent des coûts élevés, notamment pour les sondes géothermiques et les échangeurs thermiques. Les capteurs horizontaux requièrent une surface de terrain importante, tandis que les capteurs verticaux nécessitent des forages géothermiques complexes. De plus, certaines installations doivent obtenir des autorisations administratives, ce qui allonge les délais de mise en service.
• Impacts environnementaux potentiels : même si la géothermie est une énergie propre, son exploitation peut provoquer des déséquilibres environnementaux. L’extraction de chaleur en grande quantité peut refroidir certaines nappes souterraines si la réinjection de l’eau n’est pas bien gérée. Les forages géothermiques profonds peuvent également induire des microséismes, notamment dans les zones sismiques. Une surveillance rigoureuse est donc nécessaire pour garantir une exploitation durable et sécurisée de cette source d’énergie.

Quid sur la pompe à chaleur géothermique

La pompe à chaleur géothermique permet de chauffer un logement en captant la chaleur du sol. Ce système utilise des capteurs enfouis qui récupèrent les calories contenues dans le sous-sol. La chaleur extraite est ensuite transférée à un fluide caloporteur avant d’être diffusée dans le circuit de chauffage central. Ce dispositif assure aussi la production d’eau chaude sanitaire.

Il existe quatre types de PAC géothermiques : sol-sol, sol-eau, eau-eau et eau glycolée-eau. Chaque modèle s’adapte à des conditions spécifiques selon la nature du terrain et les besoins en chauffage. Ce mode de chauffage offre une performance énergétique élevée, permettant de réaliser jusqu’à 70 % d’économies d’énergie.

Son principal inconvénient reste son coût d’installation, qui peut atteindre plusieurs dizaines d’euros. Cependant, plusieurs aides financières, comme MaPrimeRénov’ ou l’éco-prêt à taux zéro, permettent de réduire cet investissement initial.