Plate-forme de forage sur site à Schwerin, en Allemagne (source: Daldrup & Söhne AG)
Alexandre Richter 6 Avr. 2020 Avec certaines limites géographiques basées sur l’économie du développement géothermique, il y a une importance accrue et des opportunités vues dans les opportunités « moins profondes » d’utiliser l’énergie géothermique pour la chaleur, comme décrit dans un article de la société de logiciels basée en Nouvelle-Zélande Seequent.
L’énergie géothermique peu profonde – ou mieux « moins profonde » – est abordée dans un article intéressant de la société de logiciels basée en Nouvelle-Zélande Seequent. Fournisseur de logiciels géoscientifiques, l’entreprise a pris une position intéressante dans le monde de la géothermie qu’elle dessert, en poussant également la narration de ce que l’énergie géothermique a à offrir.
Il l’a récemment fait dans un article sur « La chaleur pas si profonde » publié en mars 2020. Ainsi, tout en décrivant la géothermie peu profonde – dans le contexte du secteur de la géothermie profonde – l’article fait référence à des ressources géothermiques qui ne sont pas si chaudes et qui ne sont pas situées aux profondeurs dont nous avons besoin pour la production d’énergie à partir de ressources géothermiques chaudes. Traditionnellement, on parle de géothermie peu profonde comme dans « près de la surface » pour le système de géo-échange (pompes à chaleur, de quelques mètres à 50 / 100 mètres), tandis que la géothermie profonde (utilisée en Allemagne pour différencier) fait référence à tout ce qui perce pour des températures chaudes (ou de plus en plus aussi moins chaudes). Mais les lignes entre le développement géothermique ciblant l’énergie géothermique basée sur le réservoir (dérivant essentiellement la chaleur à travers l’eau en tant que support) et les approches d’échange thermique direct qui utilisent n’importe quoi, des systèmes proches de la surface aux systèmes super profonds dans le granit (dérivant la chaleur à travers un système d’échange qui peut utiliser de l’eau ou autre chose).
L’utilisation traditionnelle de l’énergie géothermique a été de générer de l’énergie électrique, ce qui nécessite généralement des fluides à très haute température pour fournir les différences de température nécessaires. Malheureusement, ces applications sont extrêmement limitées géographiquement; elles n’ont tendance à fonctionner que dans des zones où il y a des volcans ou des températures très élevées / basses, par exemple en Nouvelle-Zélande, en Indonésie et en Islande.
La géothermie peu profonde peut être atteinte avec une plate-forme de forage beaucoup plus petite et moins coûteuse que les besoins en géothermie à haute température. Il est également moins lourd et nécessite une technologie moins complexe et coûteuse.
Jeremy O’Brien: Directeur mondial – Énergie, Voir
Mais ce que la géothermie offre également, c’est la capacité de fournir simplement de la chaleur. Cela peut être utile à des températures beaucoup plus basses, et cette ressource géothermique à basse température peut être trouvée dans de nombreux autres endroits, sans forer aussi profondément. Bien que cette approche puisse ne pas avoir la capacité de produire de grandes quantités d’électricité, elle peut jouer un rôle important en éliminant la nécessité de créer de l’électricité à partir d’une autre source.
« La plus grande valeur de l’énergie géothermique peu profonde est qu’elle remplace l’énergie de base », explique Jeremy O’Brien, directeur des activités énergétiques de Seequent. « Environ 40% de toute l’énergie utilisée en Europe sert au chauffage et au refroidissement, donc si vous pouviez obtenir la moitié de ces 40% en forant des trous dans le sol, c’est un énorme avantage. »
La géothermie offre également un avantage particulier par rapport aux autres sources renouvelables. Il est toujours là. « Si le soleil ne brille pas ou si le vent ne souffle pas, cela fonctionne toujours. C’est de l’énergie propre 24/7 et elle ne disparaît pas. »
La charge de base est un objectif clé pour le contrôle des émissions
Une grande partie de l’énergie de base sur laquelle notre société s’appuie provient dans le passé de la production de charbon ou de gaz, et ce sont les sources actuellement réduites par les accords sur le CO2. (En 2020, la consommation mondiale d’électricité alimentée au charbon est sur la bonne voie pour connaître sa plus forte baisse annuelle jamais enregistrée, après quatre décennies de croissance presque ininterrompue.)
Alors que l’énergie solaire et éolienne ont également un rôle essentiel à jouer dans la réduction de nos émissions de CO2, elles ne sont généralement pas axées sur le remplacement pur et simple de la charge de base. La géothermie peu profonde n’a pas besoin de batterie pour stocker l’énergie qu’elle crée. Il se trouve juste là dans le sol, attendant d’être tapoté. L’empreinte d’une centrale géothermique sera également généralement beaucoup plus petite que celle d’un réseau d’énergie solaire ou d’un parc éolien, car tout le travail lourd se déroule sous terre.
Tout cela signifie que la géothermie peu profonde – en particulier les applications de pompes à chaleur – a la capacité d’être très « locale ». (Un bon exemple étant la tendance des supermarchés à extraire la chaleur du dessous de leurs propres magasins et à utiliser des échangeurs de chaleur pour compenser leur puissance de réfrigération.) Ou cela peut être à l’échelle de la ville. Copenhague est l’une des nombreuses villes européennes qui explorent le potentiel de la géothermie peu profonde pour soutenir son chauffage urbain pour les résidents.
« Souvent, vous ne recherchez que des températures comprises entre 50 et 80 degrés Celsius », explique Jeremy O’Brien, « mais dans de nombreux cas, c’est tout ce dont vous avez besoin pour le remplacement de la charge de base. »L’idée n’est pas non plus si nouvelle. « Beaucoup de gens ne se rendent pas compte que Paris a un chauffage géothermique depuis les années 1970… »
Dans des profondeurs pas si profondes
Alors, quelle profondeur est peu profonde? « Je suppose que dans notre langue, nous dirions moins de 1 000 mètres, alors que dans un sens géothermique normal, la profondeur moyenne d’un puits serait de 2 000 mètres.
« Ce qui est important, c’est que tout ce qui se trouve à l’intérieur de ces 1000 mètres de surface puisse être atteint avec une plate-forme de forage beaucoup plus petite et moins coûteuse que les besoins géothermiques à haute température. Il est également moins lourd et nécessite une technologie moins complexe et coûteuse. »
Et dans de nombreux cas, de simples pompes à chaleur peuvent être efficaces à bien moins que cela. La Tate Modern gallery de Londres a opté pour une solution géothermique qui descend à seulement cinq mètres d’un lit de gravier de rivière. Il utilise le forage pour satisfaire une partie des demandes de chauffage du bâtiment en hiver et les besoins de refroidissement en été, gardant la collection inestimable de Picassos, Dalis, Rothkos et plus encore à une température confortable (et internationalement requise) de 18 à 25 degrés.
Toujours au Royaume-Uni, des chercheurs explorent comment l’héritage des mines de charbon abandonnées du pays pourrait être utilisé pour créer une seconde vie de production de chaleur – cette fois en utilisant les températures légèrement élevées (environ 30 degrés) des kilomètres de vides vides assis dans la terre.
Comment le potentiel géothermique peu profond se révèle
Une clé pour effectuer des travaux géothermiques peu profonds consiste à localiser les formations et les unités stratigraphiques particulières qui contiennent des fluides à bonne température et qui peuvent être utilisés efficacement. Les relevés peuvent inclure des données sismiques, gravitationnelles et telluriques magnétiques, mais il peut être inestimable d’incorporer cela à ce que l’on sait déjà de l’emplacement, souligne Jeremy O’Brien.
» Existe-t-il d’anciens puits d’exploration pétrolière et gazière ou peut-être d’anciens puits d’eau souterraine où les données peuvent être intégrées à la géophysique? Quels sont les débits des puits existants? Qu’est-ce que cela vous dit sur les zones qui pourraient être les plus intéressantes à explorer? Où sont les températures les plus élevées et quelle est la géologie? »
Un bon travail de détective peut prendre plusieurs formes. Par exemple, une visite Google Earth d’Almeria dans le sud-est de l’Espagne révèle un paysage scintillant de serres couvrant presque toute la péninsule. C’est la plus grande collection d’Europe. Lors de la recherche de zones à fort potentiel géothermique, les chercheurs ont estimé que les agriculteurs savaient peut-être quelque chose qu’ils ne savaient pas
« Juste à l’intérieur des terres, vous pouvez voir les lignes de faille traversant la topographie, et les agriculteurs foraient de l’eau dans ces collines. La faille canalise les fluides en profondeur et remonte de manière très efficace afin qu’ils deviennent chauds par rapport aux eaux souterraines bénignes. Ce n’était pas bon pour les plantes car il avait ramassé trop de sels, mais pour la géothermie, c’était idéal…. »
ÉTUDE DE CAS – Évaluation du potentiel géothermique peu profond dans les zones urbaines; Catalogne, Espagne
Les zones urbaines européennes se décarbonent et le marché de l’énergie se tourne vers les énergies renouvelables. La popularité de l’énergie géothermique peu profonde augmente. La Catalogne espagnole est une région explorant les possibilités, et est une étude de cas pour le projet MUSE (Gestion de l’énergie géothermique urbaine peu profonde). La zone urbaine de Gérone a été choisie comme première zone pilote – non sans défis.
Ce sont les propriétés thermiques du sous-sol qui déterminent la quantité d’énergie pouvant être extraite via des échangeurs de chaleur, et autour de Gérone, les propriétés géologiques et hydrogéologiques de chaque unité stratigraphique sont complexes et varient considérablement. Un modèle 3D détaillé était nécessaire, et le logiciel Leapfrog a été utilisé pour préparer ce modèle à partir de toutes les données disponibles, ce qui était substantiel.
Au total, environ 1400 forages, 4 cartes géologiques à l’échelle 1:25000, 5 cartes géologiques à l’échelle 1:5000, 2 cartes hydrogéologiques à l’échelle 1: 25000 et une multitude de données géophysiques ont été utilisées pour préparer un modèle géologique détaillé d’une zone de 10km de large, 9km de long et 300m de profondeur. Un volume de modèle total de 29km3. Les températures moyennes des eaux souterraines ont également été surveillées.
Afin d’interpréter et de présenter au mieux la géologie du sous-sol, il a été nécessaire de construire un modèle de base définissant les périodes Paléogène-Paléozoïque, Néogène et Quaternaire. En effet, 31 unités géologiques ont été modélisées au total, entre l’Ordovicien et le Quaternaire. L’accent a été mis sur la détermination de la profondeur et de l’expansion spatiale du bassin sédimentaire de La Selva à Gérone (le remplissage sédimentaire du bassin est probablement le principal moyen d’utilisation des ressources géothermiques). La recherche est en cours et contribuera à terme au projet Geoénergie SGE qui fournira une plate-forme pour évaluer le potentiel géothermique à l’échelle régionale et locale et aidera Gérone à décider quelles zones sont les plus réalisables pour l’installation de systèmes de chauffage en boucle ouverte et fermée.
Utiliser le saut pour chasser la chaleur
De plus en plus de gouvernements cherchent à filtrer et à passer au crible toutes les données qu’ils ont recueillies dans des zones, comme Almeria, où ils soupçonnent qu’il pourrait y avoir des gradients de chaleur utilisables en raison de failles ou d’aquifères sédimentaires sous pression, etc.
« Je pense que Leapfrog peut apporter une réelle contribution à cela », estime Jeremy O’Brien. » C’est un outil très intuitif pour combiner tous ces différents ensembles de données en un seul endroit. Vous pouvez créer une image du sous-sol qui identifiera les taches potentielles qui n’auraient peut-être pas été intuitives autrement.
« Si vous démarrez un projet, vous pourriez avoir une ancienne section géologique qui couvre une région massive et vous devez intégrer toutes ces données au même endroit. Leapfrog peut accélérer cela énormément, en créant rapidement une image et en générant des visualisations. En comparaison, il peut vous prendre des jours pour dessiner explicitement des contours de température à la main ou à l’aide d’un autre emballage.
« Le criblage rapide de nombreuses données en fait un outil puissant pour identifier les zones à potentiel de géothermie peu profonde. Ensuite, une fois la campagne de forage planifiée, les nouvelles données peuvent être entrées pour mettre à jour le modèle et montrer ce qui se passe dans le sous-sol. Parce que Leapfrog se connecte à d’autres logiciels de simulation, vous pouvez également regarder le débit d’eau dans le sol ou les changements de température. Le logiciel peut guider les équipes sur les endroits où le forage doit avoir lieu, puis aider à comprendre et à gérer la ressource avec le temps.
« Cela signifie que Leapfrog peut soutenir un projet du début à la fin, tout au long de la chaîne de valeur. »