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L'Usine de l'Energie

Géothermie, l’énergie à réveiller

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Enquête Utilisée pour produire chaleur et électricité, la géothermie est une énergie renouvelable en plein essor dans le monde. Après l’avoir mise en sommeil, la France veut la relancer. Les industriels sont prêts.

Géothermie, l’énergie à réveiller
Cofely Réseaux, filiale de GDF Suez, a investi 32 millions d’euros dans le projet de réseau de chaleur géothermique des villes d’Arcueil et de Gentilly (Val-de-Marne).

Une première mondiale pour Roquette

Roquette Frères construit, à Rittershoffen (Bas-Rhin), une centrale de production d’énergie géothermique pour alimenter en vapeur le procédé industriel de son site voisin de Beinheim. Cette centrale, qui devrait être opérationnelle en 2015, s’appuiera sur deux puits creusés à 2 000 et 3 000 mètres de profondeur. Un réseau de canalisation de 17 kilomètres la reliera à terme au site qui comprend deux amidonneries et une éthanolerie. L’opération devrait fournir 24 MW de puissance thermique sur les 90 MW consommés par le site, réduire la dépendance de l’entreprise au gaz naturel et économiser 39 000 tonnes de CO2 par an. Porté par Roquette, le groupe Électricité de Strasbourg et la Caisse des dépôts et consignations, ce projet a nécessité un investissement de 45 millions d’euros et a bénéficié du soutien du Fonds chaleur. En 2011, Roquette avait également installé sur ce site une chaudière alimentée par du bois. Au final, biomasse et géothermie devraient ainsi permettre de couvrir 75% des besoins en vapeur du site. 

La géothermie est de retour ! GDF Suez, via sa filiale Cofely Réseaux, s’apprête à lancer d’ici à la fin du mois, le forage de puits pour créer une centrale géothermique destinée à alimenter les villes d’Arcueil et de Gentilly (Val-de-Marne). Ce projet de 32 millions d’euros vise à récupérer une eau chaude à 64 °C à 1 600 mètres sous terre pour chauffer – grâce à un réseau de chaleur – 10 000 équipements publics, immeubles collectifs et entreprises d’ici à juin 2015. Disponible, locale, inépuisable… Les qualités de la géothermie ne cessent d’être louées. "C’est la seule énergie renouvelable de base, comme le nucléaire. Elle ne connaît pas l’intermittence de l’éolien et du solaire. De plus, elle est compétitive avec un coût moyen de 80 dollars le mégawattheure (MWh) [contre 105 dollars pour le nucléaire et 100 dollars pour la biomasse et l’hydrolien, ndlr]", avance Alain Chardon, le directeur cleantechs de Capgemini Consulting.

Ceci explique le regain d’intérêt suscité par cette énergie pour fournir chaleur et électricité. La puissance du parc mondial de centrales électriques géothermiques s’élevait, en août 2013, à 11,7 gigawatts. Un début, car les projets se multiplient. Selon la Geothermal energy association (GEA), le Kenya en compte 22, les Philippines 27, l’Indonésie 57, la Turquie 59. "Dans les dix ans à venir, le marché mondial de la géothermie électrique devrait doubler, précise Alain Chardon. Il atteindra 3,3 milliards de dollars par an d’ici à 2023. Ceci correspond à 835 MW et une vingtaine de projets installés par an." La Banque mondiale a annoncé un plan de 500 millions de dollars pour soutenir et déployer la géothermie dans les pays développés.

Aussi difficile à trouver que le pétrole

La France, elle, est à la traîne. Avec 16,5 MW de puissance électrique installée – 15 MW sur la centrale de Bouillante en Guadeloupe et 1,5 MW à Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin) – et 420 000 tonnes équivalent pétrole de chaleur produite, la géothermie ne pesait que 0,2% dans son mix énergétique en 2010. Après un essor dans les années 1980 en Île-de-France pour le chauffage urbain, elle a connu un coup d’arrêt. Plus assez compétitive face à un prix du pétrole en baisse, pas vraiment soutenue par les pouvoirs publics, boudée par les collectivités locales en raison de la corrosion des installations, la géothermie s’est endormie. "Les opérations déjà réalisées pour les réseaux de chaleur ont été poursuivies, mais aucune installation nouvelle n’est sortie dans les années 1990", explique Romain Vernier, le responsable de la division géothermie du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM). Ainsi, il faudra attendre 2010 pour voir une fédération professionnelle (AFPG) se créer.

Car si la géothermie est une énergie de base comme le nucléaire, elle reste aussi difficile à trouver que… le pétrole. Ses technologies impliquent un investissement initial important : de 4 000 à 5 000 euros le mégawatt (MW), selon Capgemini, contre 1 700 euros pour le solaire et l’éolien. La durée des projets n’arrange rien. Il faut compter cinq à six ans pour la connexion à un réseau de chaleur et entre huit et dix ans pour un projet d’électricité géothermique. Surtout, la géothermie est une chasse au trésor sans garantie de succès. "Le principal risque est de forer – ce qui coûte le plus cher – et de ne pas trouver la ressource, à savoir le débit ou la température que l’on espérait", résume Romain Vernier du BRGM.

Pourtant, les choses évoluent. Le Grenelle de l’environnement a fixé l’objectif de multiplier par six la contribution de la chaleur géothermique au mix énergétique d’ici à 2020 et de porter la production d’électricité géothermique à 80 MW. "Nous sentons une relance depuis cinq ans", résume Nicolas Monneyron, le chef de projet géothermie chez Cofely Réseaux. La mise en place du Fonds chaleur géré par l’Ademe n’y est pas étrangère. Doté d’un budget de 1,2 milliard d’euros sur la période 2009-2013, il a financé 182 projets de géothermie depuis 2009. Pour la géothermie électrique – qui possède des tarifs de rachat depuis 2010 –, l’attribution de dix nouveaux permis de recherche (dix autres sont en cours d’instruction) en 2013 devrait dynamiser cette filière.

De nouveaux acteurs

Cet élan doit profiter à une centaine d’acteurs : bureaux d’études spécialisés dans l’étude du sous-sol, exploitants, fournisseurs d’équipements, foreurs. Les regards sont notamment tournés vers le chauffage collectif urbain. "Nous envisageons de développer un à deux projets de géothermie par an dans les cinq ans à venir en Île-de-France, et nous nous intéressons au potentiel de développement en Gironde, en Alsace et dans la vallée du Rhône", avance Damien Terouanne, le directeur général de Cofely Réseaux qui exploite déjà 6 des 30 réseaux de chaleur géothermique en région parisienne. Selon le BRGM, l’Île-de-France devrait bénéficier de trois à quatre réalisations par an dans les années à venir.

Nous envisageons de développer un à deux projets de géothermie par an dans les cinq ans à venir en Île-de-France.

Damien Terouanne, directeur général de Cofely Réseaux (groupe GDF Suez)

De nouveaux entrants arrivent sur le marché, comme Électricité de Strasbourg qui a créé une filiale dédiée, Electerre de France, et Fonroche. Ce dernier s’apprête à investir 400 millions d’euros dans les dix ans pour développer une quinzaine de projets, dont celui de Lons (Pyrénées-Atlantiques). Il vise à produire, par cogénération, 5,5 MW d’électricité et 20 MW de chaleur pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments de la future centrale, dès 2017.

Une concurrence féroce

Certains fabricants d’équipements se sont aussi lancés dans la géothermie, à l’image de Cryostar, filiale du groupe allemand Linde spécialisée dans les équipements gaziers, qui a sauté le pas en 2007. Son créneau Un marché de niche, les turbogénérateurs pour la technologie dite "en cycle binaire" destinée à produire de l’électricité. "Nous avons une ouverture, car peu d’entreprises font cela dans le monde, avance Bruno Brèthes, le directeur de la division énergie propre de Cryostar, qui a fourni les turbines des centrales de Soultz et d’Unterhaching, en Allemagne. Nous visons 5 à 10 millions d’euros d’entrées de commandes dans les deux ans, et cherchons à nous établir à moyen terme en tant que fournisseurs de cycles binaires complets."

Mais la concurrence mondiale est féroce. L’Islande, l’Italie, les États-Unis en tant qu’ensembliers et le Japon sur les turbines sont bien positionnés. Les acteurs français ont donc décidé de se mobiliser, notamment sur la géothermie électrique à l’export. "Les marchés mondiaux sont quasiment plus faciles à aller chercher que le marché français", sourit Christian Boissavy, le président de l’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG). Une vingtaine d’entreprises, dont les sociétés de service CFG Services, Teranov, Technip, Clemessy, les énergéticiens GDF Suez, Électricité de Strasbourg et les équipementiers Alstom, Eiffage et Cryostar, se sont réunies pour fonder un cluster France. "Nous avons toutes les compétences, mais elles ne sont pas assez valorisées", soutient Philippe Laplaige, chargé du programme géothermie à l’Ademe.

Reste que les acteurs français ont peu de réalisations à présenter. Le projet de Soultz-les-Forêts est un pilote et la centrale guadeloupéenne de Bouillante connaît des difficultés techniques récurrentes. Les résultats de l’appel à manifestation d’intérêt géothermie profonde lancé en novembre 2011 dans le cadre des investissements d’avenir, ne devraient pas inverser la tendance. Sur les dix projets présentés, seuls deux auraient été retenus : un en métropole et un Outre-mer. 

Les trois applications de la géothermie

La très basse énergie

Chauffage de bâtiments résidentiels

La basse et moyenne énergie

Chauffage d’un quartier, d’une usine

La haute énergie

Production d’électricité
Réalisations Centre national du costume de scène àMoulins (Allier) [photo], École nationale supérieure
des techniques avancées de Palaiseau (Essonne)
Réalisations Une partie des installations del’aéroport d’Orly (Val-de-de-Marne) [photo], réseau de distribution de chaleur de Sucy-en-Brie
(Seine-et-Marne)
Réalisations Centrale de Bouillante en Guadeloupe [photo], centrale de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin)

La géothermie très basse énergie cible le chauffage et le rafraîchissement des maisons individuelles, des bâtiments tertiaires et résidentiels. Avec des températures inférieures à 30 °C, elle ne permet pas une utilisation directe de la chaleur.

Elle nécessite des pompes à chaleur qui prélèvent l’énergie dans l’eau des nappes (200 mètres de profondeur maximum) afin de l’augmenter à une température suffisante pour le chauffage.

Plusieurs technologies sont utilisées : pompes à chaleur sur nappes, geocooling, champs de sondes, capteurs horizontaux, puits canadiens, pieux géothermiques. Ce marché (80% de la filière géothermique en France) souffre du ralentissement de la construction et d’un soutien public en baisse.

La géothermie basse énergie repose sur l’utilisation directe de la chaleur de l’eau contenue dans les aquifères situés entre 500 et 2 500 mètres de profondeur, dont la température oscille entre 30 et 150 °C.

Elle est utilisée pour chauffer des quartiers de villes ou plusieurs immeubles, via un réseau de chaleur. La technique la plus commune est celle du doublet géothermique : l’eau extraite de la nappe phréatique y est réinjectée.

Très salée, l’eau nécessite des précautions pour son transport. La géothermie basse et moyenne énergie sert aussi à alimenter en eau chaude ou en vapeur des procédés industriels (séchage, extraction de substances chimiques…) ou encore à chauffer des serres agricoles.

La production d’électricité géothermique est possible dans des réservoirs dont la température est comprise entre 150 et 350 °C. Plusieurs technologies existent. Dans les zones volcaniques, sources de vapeur d’eau à haute température, l’électricité peut être produite par injection de vapeur dans une turbine couplée à un alternateur. Dans les zones non volcaniques, la technologie Enhanced geothermal systems (EGS ), actuellement en cours de développement et expérimentée à Soultz-sous-Fôrets (Bas-Rhin), vise à augmenter par stimulation [lire page 48] la perméabilité de roches chaudes fracturées. La géothermie haute énergie permet également de faire de la cogénération (la production conjointe d’électricité et de chaleur).

 

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