Découvrir la géothermie
Définition de la géothermie
Le cœur de la terre est constitué de magma produisant en permanence une forte chaleur du centre vers la surface. Sur les premières centaines de mètres de profondeur, on observe ainsi une élévation de la température du sous-sol avec la profondeur d’environ 3 °C par centaine de mètres en moyenne.
La géothermie, expression venant du grec gêo (terre) et thermos (chaud), est donc la science visant à exploiter la "chaleur de la terre". Lorsque l’on parle d’énergie géothermique, on parle de l’énergie ou de la chaleur extraite du sous-sol.
Ainsi, le mot "géothermie" désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe et l’ensemble des technologies qui permettent d’exploiter la chaleur de la Terre.
La géothermie vise à utiliser cette chaleur pour produire de l’électricité, du chauffage ou du rafraîchissement.
A quoi ça sert ?
La géothermie regroupe l’ensemble des technologies qui permettent d’exploiter la chaleur de la Terre, soit de surface (de 0 à 200 mètres de profondeur) ou profonde (au-delà de 200 mètres). Elle offre un réservoir énergétique immense et un panel de solutions qui répondent, de façon durable, à des besoins variés :
La production de chaud grâce à la géothermie
La chaleur présente sous la surface de la Terre est captée puis valorisée directement ou via une pompe à chaleur (PAC) si le niveau de température est insuffisant.
Cela permet des applications diverses :
- chauffage des bâtiments,
- production d’eau chaude sanitaire,
- production de chaleur pour des procédés industriels ou agricoles.
La production de froid et de frais grâce à la géothermie
En été, la température du sous-sol à faible profondeur est inférieure à celle de l’air extérieur. Ce frais peut être récupéré et utilisé directement dans les bâtiments pour le rafraîchissement, c’est le géocooling.
Une autre solution apportée par la géothermie consiste à utiliser une pompe à chaleur réversible en mode "froid". Cela permet une climatisation en sollicitant très peu le système électrique. Cette possibilité de produire du "froid durable" est particulièrement pertinente dans un contexte de réchauffement climatique.
La production d’électricité grâce à la géothermie
Les ressources géothermiques dont les températures dépassent 110 °C permettent de produire de l’électricité, que l’on peut éventuellement coupler avec de la production de chaleur. On parle alors de cogénération.
L’électricité est vendue sur le réseau public d’électricité alors que la chaleur peut alimenter un processus industriel agricole ou un réseau de chaleur urbain géothermique.
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Les atouts de la géothermie
La géothermie est disponible en continu, presque partout
La ressource géothermique est présente sur la quasi totalité du territoire français, à des profondeurs variant de quelques mètres à 5 kilomètres, même si les réservoirs les plus profonds se situent dans des formations géologiques bien spécifiques.
Les installations de géothermie qui valorisent cette ressource peuvent fonctionner tous les jours de l’année, 24 h sur 24, indépendamment des conditions météorologiques.
La géothermie est durable
Les technologies de la géothermie valorisent l’énergie du sous-sol sur place, sans transport ni combustion. Elles génèrent donc très peu de gaz à effet de serre et n'émettent ni de particules fines, ni de molécules nocives.
Pour des installations de géothermie de surface qui fonctionnent avec des pompes à chaleur (PAC), on estime en moyenne en France un rejet d'environ 17 g de CO2 par kWh de chauffage (émissions principalement associées à la consommation électrique de la pompe à chaleur). C'est environ 4 fois moins que des convecteurs électriques, 14 fois moins qu'une chaudière au gaz naturel et 19 fois moins qu'une chaudière au fioul, pour satisfaire un même besoin de chauffage (estimation sur la base de données carbone de l'ADEME : électricité usage chauffage 0,069 kgCO2/kWh, gaz naturel 0,244 kgCO2/kWh PCI, fioul 0,324 kgCO2 PCI).
Pour un réseau de chaleur alimenté par géothermie profonde, on estime en moyenne un rejet d'environ 30 à 60 g de CO2eq par kWh de chauffage (d'après les retours d'expériences d'opérations en Île-de-France, site de l'ADEME). Cela peut permettre à l'échelle d'un réseau de chaleur d'éviter l'émission de 15 000 tonnes de CO2 dans l'atmosphère.
Pour une centrale de production d'électricité géothermique, on estime en moyenne une rejet d'environ 36 g de CO2eq par kWh d'électricité (Lacirignola et Blanc, 2013).
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La géothermie est compétitive en coût complet
La géothermie demande souvent un investissement initial supérieur à celui des énergies conventionnelles (électricité, fioul, gaz), mais son coût de fonctionnement est nettement inférieur.
Dans le cas du chauffage d’une maison individuelle, la facture énergétique de fonctionnement est divisée par quatre au minimum grâce à la géothermie, de façon durable, puisqu’elle ne porte que sur l’apport d’énergie conventionnelle nécessaire au fonctionnement de la pompe à chaleur. Cela permet ainsi d’être moins dépendant de la volatilité des prix des énergies fossiles.
Quant à l’énergie fournie par les réseaux de chaleur géothermique exploitant un aquifère profond, elle figure parmi les plus compétitives.
Le développement de cette énergie renouvelable est encouragé par les pouvoirs publics et des dispositifs de soutien, financiers et techniques, existent.
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La géothermie est locale et discrète
La géothermie est une énergie locale, disponible presque partout.
Sa mise en œuvre demande une surface de terrain réduite et les installations de production de chaleur s’intègrent bien dans leur environnement. Une fois les travaux réalisés, le forage est invisible et ne génère ni bruit, ni odeur. Le local technique est de taille modeste car il ne comporte pas de stockage de combustible. Les installations géothermiques peuvent ainsi être réalisées en zones urbaines comme rurales.
La géothermie est innovante
Le caractère modulable et renouvelable de la géothermie, le fait de pouvoir la coupler à d’autres énergies, en font
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La géothermie est fiable
Les technologies mises en œuvre sont simples et robustes. Elles utilisent la chaleur durable de la Terre. La durée de vie des ouvrages géothermiques est de 50 ans au moins.
Comment marche la géothermie ?
Le principe de la géothermie est de capter l’énergie disponible sous la surface de la Terre.
Lorsque l’énergie est captée entre 0 et 200 mètres de profondeur, on parle généralement de géothermie de surface. Si elle est captée au-delà, on entre dans le domaine de la géothermie profonde.
La géothermie profonde
La température du sous-sol augmente avec la profondeur. C’est ce que l’on appelle le gradient géothermal. En moyenne en France, la hausse est de 3,3°C par 100 mètres.
La géothermie profonde permet de produire, de façon durable, de l’électricité et/ou de la chaleur pour alimenter des réseaux de chaleur, des procédés industriels ou agricoles.
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La géothermie de surface
Dans les premiers 200 mètres de profondeur, les technologies de la géothermie valorisent l’inertie thermique du sol, c’est-à-dire la stabilité en température du sol, plutôt que son niveau de température. En hiver, le sol se refroidit moins vite que l’air extérieur et constitue donc un réservoir de chaleur. En été, il conserve de la fraîcheur alors que la température de l’air augmente.
Cette énergie est captée pour alimenter une pompe à chaleur (PAC), qui la transforme et la transmet à un niveau de température compatible avec des émetteurs (radiateurs, planchers chauffants, ventilo-convecteurs).
Avec la géothermie de surface, de façon durable, on peut produire du froid, du frais, de la chaleur et de l’eau chaude sanitaire, pour répondre à des besoins résidentiels, tertiaires, agricoles, industriels, …
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La place des géothermies dans le mix énergétique
Les énergies renouvelables en France
Les énergies renouvelables en France représentent 13 % de la consommation d’énergie primaire en 2021.
Dans ce mix énergétique, qui doit grandement évoluer afin d’atteindre les objectifs de l’Accord de Paris, la géothermie compte pour 2 % de la production primaire d’EnR, auxquels il faut ajouter les pompes à chaleur géothermiques qui sont comptabilisées dans la rubrique "Pompes à chaleur (12 %)". Alors que toutes les sources d’énergies renouvelables doivent être mobilisées pour atteindre les objectifs de la Loi de Transition Energétique pour la Croissance Verte (LTECV), la géothermie est un véritable atout.
La production géothermique
| Monde | Europe1 | France | |
|---|---|---|---|
| Centrales électriques géothermiques | |||
| Puissance installée | 15 950 MWe 2 | 3 496 MWe 1 | 17,2 MWe 4 |
| Energie produite | 95 098 GWh 2 | 23 478 GWh *1 | 127 GWh 4 |
| Nombre d'unité | - | 130 5 | 3 4 |
| Usage direct de la chaleur (réseau, industrie, agriculture, balnéo, autres) | |||
| Puissance installée | 107 727 MWth 3** | 11 600 MWth *1 | 529 MWth4 |
| Energie produite | 283 580 GWh 3** | 42 872 GWh *1 | 2 000 GWh4 |
| Nombre d'unité | - | - | 70 4 |
| Pompes à chaleur géothermiques (géothermie de surface) | |||
| Puissance installée | - | 30 376 MWth *1 | 3 075 MWth6 |
| Energie produite | - | 58 642 GWh *1 | 4 770 GWh6 |
| Nombre d'unité | - | 2 112 979 *1 | 205 000 6 |
*Chiffre 2021, **Inclus les chiffres mondiaux de production de chaleur par usage direct ou par pompes à chaleur dont la géothermie de surface. 1(Sanner et al, 2022), 2(Huttrer et al, 2021), 3(Lund and Toth, 2021),4SYBASE 2023 (ADEME-BRGM), 5(EGEC), 6(AFPG 2021). Notation : MW mégawatt, MWe et MWth mégawatt électrique et thermique, GWh gigawatt heure.
Plus d'infos :
- Voir des exemples d'opérations en France et Outre-mer
- Plus de chiffres sur la géothermie ici et ici
- Plus d’infos pour comprendre les géothermies ici
- Plus de supports pédagogiques ici
Pour en savoir plus
Références
ADEME, 2022 Coûts des énergies renouvelables et de récupération en France, édition 2022
Sanner et al, 2022, Summary of EGC 2022 Country Update Reports on Geothermal Energy in Europe, EGC 2022
Schmidlé-Bloch et al, 2022, Geothermal Energy Use, Country Update for France, EGC 2022
AFPG, 2021, La géothermie en France, Étude de filière 2021, 5e édition, septembre 2021
Huttrer et al, 2021, Geothermal Power Generation in the World 2015-2020 Update Report, WGC 2020+1
Lund and Toth, 2021, Direct Utilization of Geothermal Energy 2020 Worldwide Review, WGC 2020+1
ADEME, 2020, Marchés et emplois concourant à la transition énergétique dans le secteur des énergies renouvelables et de récupération : situation 2016-2018, perspective 2019, objectifs 2023 et sa synthèse
ADEME, BRGM, 2019, Géothermie, une énergie performante et durable pour les territoires. 6 bonnes raisons de choisir la géothermie
ADEME, AFPG, BRGM, ES Géothermie, juin 2019, Geothermal Energy Use, Country Update for France. European geothermal congress 2019
IRENA, 2019, Statistiques de capacité renouvelable 2019
ADEME, 2017, Chauffer et rafraîchir avec une énergie renouvelable, géothermie très basse énergie, Ils l’ont fait
Lacirignola and Blanc, 2013 Environmental analysis of practical design options for enhanced geothermal systems (EGS) through life-cycle assessment. Renew. Energy, 50 (2013)
ADEME, BRGM, 2011, La géothermie et les réseaux de chaleur, guide du maître d’ouvrage
Liens utiles
ADEME, Agence de la transition écologique
L’Agence de la transition écologique (anciennement Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie ADEME) est un établissement public sous la tutelle conjointe des ministères de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, de la Transition énergétique et de l’Enseignement supérieur et de la Recherche. Elle participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l’environnement, de l’énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d’expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale.
En France, la production de chaleur représente la moitié des consommations d’énergie. Elle repose encore principalement sur les combustibles fossiles, alors que notre pays ne manque pas d’alternatives. Aussi, le Fonds chaleur a été mis en place pour financer les projets de production de chaleur à partir d’énergies renouvelables et de récupération (EnR&R) et favoriser l’emploi et l’investissement dans ces différents secteurs d’activité. Il est géré par l’ADEME depuis 2009.
AFPG, Association Française des Professionnels de la Géothermie
L'Association Française des Professionnels de la Géothermie (AFPG) fédère une centaine d’adhérents représentatifs des métiers de l’énergie géothermique en France métropolitaine et en Outre-Mer : foreurs, équipementiers, gestionnaires de réseaux de chaleur, énergéticiens, bureaux d’études, organismes de recherche, ... Elle est organisée en deux filières : la géothermie de surface et la géothermie profonde. Elle mène des projets au plan régional, national, européen et international, s’inscrivant dans des thématiques telles que la réglementation, la qualification, la structuration de la filière géothermie à l’export en représentant les professionnels auprès des pouvoirs publics et dans de nombreuses associations et syndicats de la filière, en France et en Europe.
BRGM, Service géologique national
Service géologique national, le BRGM est l’établissement public de référence dans les applications des sciences de la Terre pour gérer les ressources et les risques du sol et du sous-sol. Ses activités s’inscrivent dans la transition énergétique. Il intervient en appui aux politiques publiques pour l’environnement, l’aménagement du territoire et le développement durable. Fondées sur les sciences de la Terre, ses compétences portent sur les ressources minérales, les pollutions, les risques, la gestion de l’espace géologique (urbain, littoral, stockages, déprise minière), et la géothermie.
EGEC, European Geothermal Energy Council
Le Conseil européen des géothermies est une association européenne de 120 membres issus de 28 pays, fondée en 1998. Il fédère les professionnels européens de la géothermie et favorise le développement des géothermies en Europe et dans le monde. Dans ce domaine, il participe à l’élaboration des politiques, travaille à l’amélioration des conditions économiques de déploiement et des actions de recherche et développement.
IGA, International Geothermal Association
L’association internationale de géothermie (IGA) réunit plus de 4000 partenaires industriels et académiques à l’échelle mondiale et souhaite porter leurs voix. Elle offre un soutien spécifique aux pays dont le secteur géothermique amorce juste son développement.
IRENA, International Renewable Energy Agency
L'Agence internationale des énergies renouvelables a l’ambition de servir de plateforme pour la coopération internationale dans ce domaine et de centre de référence.
Pour aller plus loin