La Géothermie : qu’est-ce que c’est ?

Encore peu exploitée en France, la géothermie est une énergie à fort potentiel sur le plan écologique. Toutefois, cette solution demeure encore relativement peu connue en raison de son usage marginal. Qu’est-ce que la géothermie ? Et s’agit-il vraiment d’une énergie renouvelable ?

La Géothermie, qu’est-ce que c’est au juste ?

Le terme « géothermie » nous vient du grec. Il est composé de deux mots : « Gê » qui signifie « la terre » et « thermos » qui signifie « chaud ». La définition de la géothermie est simple : il s’agit de l’exploitation de la chaleur qui réside dans la terre, telle quelle ou revalorisée.

La Terre recèle une formidable source d’énergie

La chaleur de la Terre est un vestige de sa création, il y a de cela 4,55 millions d’années. Celle-ci est née à partir de poussières, de gaz et de roche qui se sont assemblés. Lors de la formation de cette planète tellurique, s’est développé un noyau gigantesque, où s’est concentrée une importante masse d’énergie… qui avoisinerait les 3800 à 5500 °C ! À présent, notre Terre se divise en plusieurs strates.

Les 3 couches essentielles sont le noyau, le manteau, puis la croûte terrestre. Le manteau, qui entoure le noyau, a une température estimée entre 1000 et 3000 °C. Vient ensuite la dernière couche, la croûte, qui enveloppe le manteau. Sa profondeur est de 30 kilomètres en moyenne sous le sol continental, et de 6 km sous les océans. Cependant, la surface terrestre est beaucoup moins chaude que le noyau et le manteau : la chaleur a du mal à remonter par la croûte, dont la conduction thermique n’est pas très performante.

On appelle « gradient géothermique » le niveau d’augmentation de la température du sol en fonction de la profondeur. En Europe, le gradient géothermique se situe en moyenne à +3,3 °C tous les 100 m, soit environ +33 °C pour 1 kilomètre de profondeur. En France, ce chiffre s’élève à 4°C pour 100 mètres en moyenne. Le plus haut est en Alsace avec 10 °C/100 m et le plus bas au pied des Pyrénées avec 2 °C/100 m.

Dans les zones volcanique, le gradient géothermique est particulièrement élevé. C’est le cas par exemple en Islande, au Japon ou dans la ceinture de feu du Pacifique. À Hawaï également, où l’on peut même s’amuser à faire cuire un œuf en creusant à seulement 1 mètre de profondeur !

Géothermie : le fonctionnement

On distingue communément 3 types de géothermie, qui varient en fonction de la profondeur, de la température et de l’usage que l’on en fait. Les 3 consistent à extraire de l’eau naturellement chauffée contenue dans les sols, et de la restituer ensuite sous terre.

La géothermie de très basse énergie

La géothermie de très basse énergie consiste à utiliser l’eau chaude contenue dans les nappes phréatiques ou, plus profondément, dans les aquifères, roches poreuses qui renferment de grandes quantité d’eau plus chaude encore. En géothermie basse énergie, on creuse entre 10 et 100 mètres de profondeur pour exploiter cette eau, que l’on extrait au moyen de sondes verticales ou horizontales. La réinjection de l’eau dans les sous-sols s’effectue par un circuit de tuyaux en boucle.

La géothermie très basse énergie permet d’alimenter en chauffage ou en climatisation des maisons individuelles, une piscine, une petite serre, des immeubles ou des collectivités. Elle consomme de l’eau à 30 °C environ. De ce fait, on couple généralement ce système à une pompe à chaleur afin d’augmenter son efficacité. De plus, la géothermie permet de rafraîchir une habitation en été en utilisant la fraîcheur du sol. Une version écologique de la climatisation !

La géothermie profonde de basse énergie

Également appelée « géothermie de moyenne énergie », la géothermie profonde de basse énergie utilise le même principe que la géothermie de très basse énergie, à la différence que les zones exploitées sont plus profondes : entre 200 et 2500 mètres. La température de l’eau est donc logiquement supérieure, il s’agit d’une eau de 30 à 90 °C. L’eau est pompée puis restituée dans les sols à l’aide d’une système à double forage. Avec la géothermie profonde de basse énergie, on peut chauffer par exemple tout un quartier qui compte plusieurs milliers d’habitants ou un parc technologique.

La géothermie de haute énergie

La géothermie de haute énergie, quant à elle, demande une profondeur d’exploitation encore plus importante, qui descend entre 1500 mètres et 5 kilomètres. La température de l’eau utilisée est alors généralement comprise entre 100 ou 150 °C. La géothermie de haute énergie assure la production d’électricité en envoyant l’eau chaude à travers des turbines reliées à un générateur.

Elle est principalement utilisée dans les zones volcaniques, qui disposent d’eau à températures aussi élevées. L’Académie des sciences recense comme plus grands producteurs d’électricité d’origine géothermique les États-Unis, les Philippines, le Mexique, l’Italie et le Japon. La plus ancienne des installations est celle de Larderello en Toscane, construite en 1904.

La géothermie est-elle une énergie renouvelable ?

Comme tout système de production énergétique, la géothermie présente des avantages et des inconvénients. Pourrait-elle nous fournir en énergie de façon durable voire pérenne ?

Des besoins trop gourmands en énergie

D’après Pierre Thomas, géologue à l’ENS (laboratoire de l’Université de Lyon), la Terre perd en permanence une quantité d’énergie estimée à 46 TW (térawatts). En effet, l’intérieur de la planète évacue régulièrement cette chaleur à travers les éruptions volcaniques, les séismes et la conduction thermique à travers la croûte terrestre. Toute cette énergie termine sa course dans l’espace…

On peut alors conclure qu’il est théoriquement possible de la capter et de l’exploiter. Cette production d’énergie équivaut à 3 fois la quantité consommée par l’humanité au début du XXIe siècle. Seulement voilà, se désole le géologue, comme la production/consommation de l’humanité double tous les 30 ans avec notre modèle actuel de développement économique, cette puissance totale terrestre ne suffirait pas à nos besoins à partir de 2050-2060 si on continuait sur cette lancée, même si on arrivait à la capter à 100 % par un procédé qu’il reste à inventer.

La géothermie, plus ou moins renouvelable selon le type

Nous avons distingué plus haut les 3 types de géothermie. Il faut savoir que la géothermie de haute et moyenne énergie n’est guère adaptée au chauffage et au refroidissement des habitations ou lieux publics. En effet, ces deux systèmes utilisent de l’eau contenue dans les grandes profondeurs. Or, plus l’on descend sous la surface de la Terre, plus elle est riche en sel. Les canalisations se retrouveraient rapidement saturées, affirme le géologue Pierre Thomas. Du reste, si la restitution de l’eau dans les sols évite le gaspillage de cette ressource, ce processus refroidit l’eau au fur et à mesure. Après un passage dans les dispositifs de pompage, l’eau rendue à la Terre n’est plus aussi chaude qu’elle l’était lors de son extraction.

On pourrait alors faire le choix de la rejeter ailleurs… Seulement voilà, les eaux salées issues de la géothermie de haute et moyenne énergie pourraient perturber les écosystèmes si elles étaient déversées dans la nature.

En revanche, la géothermie de basse énergie constituerait une solution plus viable. En effet, elle n’exploite que l’eau située entre 10 et 200 mètres de profondeur. Or, cette partie de l’écorce terrestre, proche de la surface, est réchauffée en été… Ce système géothermique constitue donc une solution parfaitement renouvelable. En définitive, c’est l’énergie solaire qui est indirectement utilisée. Si la géothermie de basse énergie ne saurait suffire à alimenter de grandes structures telles qu’un stade de foot, elle pourrait toutefois être grandement mise à profit au niveau local pour les maisons individuelles ou collectivités.

La géothermie en France

Si la géothermie n’est pas toujours une énergie renouvelable, il serait néanmoins intéressant de l’exploiter. Elle constituerait une solution écologique et durable à moyen terme, voire renouvelable dans certains cas. C’est une énergie, propre qui, contrairement au nucléaire, n’induit pas la production de déchets toxiques. À l’inverse de l’énergie hydraulique et des éoliennes, son fonctionnement ne dépend pas des conditions météorologiques. Son coût d’entretien est plutôt faible, tout comme ses émissions de CO2.

Aujourd’hui, elle est pourtant très peu utilisée en France métropolitaine. Quelque 200 000 logements sont chauffés grâce à cette énergie, notamment dans le bassin parisien. À l’inverse, outre-mer, on trouve par exemple une grande centrale géothermique en Guadeloupe, dans la ville de La Bouillante. Cette ville n’a pas été nommée au hasard : elle est riche de nombreux geysers, dont les sources d’eau chaude permettent une bonne optimisation de l’énergie géothermique.

En Islande, la géothermie fournit plus de 90 % du chauffage et 27 % de l’électricité. Mais un tel chiffre serait hors de portée pour une pays comme la France. L’Islande est une île reposant sur deux plaques tectoniques qui s’éloignent l’une de l’autre. Ce phénomène rend l’écorce terrestre mince et criblée de failles, ce qui favorise la formation de volcans, fumerolles et geysers (ce mot vient d’ailleurs de l’islandais « geysir »). La France ne bénéficie pas d’un terrain qui se prête à ce point à l’usage de cette énergie.

Cependant, la géothermie de basse énergie pourrait être généralisée, s’agissant d’une possibilité applicable quasiment partout dans le monde, puisque qu’un gradient géothermique de 4 °C par 100 mètres est suffisant. Pour l’instant, au 23 avril 2021, seule une faible part d’énergies renouvelables ont fourni le pays : 19,1 % selon le bilan gouvernemental. C’est moins que l’objectif des 23 % fixés par l’Europe.

La géothermie constituerait une solution intéressante dans le cadre de la transition énergétique. Elle présente de nombreux avantages, elle est même renouvelable dans sa version basse énergie, et exploitable pendant plusieurs décennies dans ses versions moyenne et haute énergie. Les objectifs de la loi sur la transition énergétique incluent de multiplier par 5 son utilisation en France métropolitaine d’ici 2030. En attendant, à l’échelle individuelle, les personnes vivant dans une maison peuvent toujours investir dans la géothermie couplée d’une pompe à chaleur. On peut par ailleurs bénéficier d’une prime énergétique allant jusqu’à plusieurs milliers d’euros pour une telle installation !