Comprendre la géothermie
Technologie innovante du marché de l'énergie, la géothermie exploite la chaleur naturelle contenue dans le sol pour chauffer ou rafraîchir un bâtiment de manière durable. Le système utilise un réseau de capteurs souterrains pour absorber les calories (chaleur) présentes dans la terre, et une pompe à chaleur géothermique les transforme pour les transférer à l'intérieur du logement. Cette méthode se distingue par sa portée écologique, car elle utilise une source d'énergie renouvelable, réduisant ainsi les émissions de CO2 et les coûts énergétiques. Le coût d'installation d'une pompe à chaleur géothermique peut néanmoins être élevé, et est généralement compris entre 20 000 € et 40 000 €. Avec un faible impact écologique, la géothermie pourrait être l'avenir de la transition énergétique.
Le principe de géothermie
Face à l'urgence climatique exacerbée par l'utilisation excessive des énergies fossiles, le monde se tourne de plus en plus vers des alternatives durables et renouvelables comme le vent, le soleil, et l'eau. La géothermie, quant à elle, exploite une source inépuisable : la chaleur emmagasinée sous la surface terrestre, sans générer de pollution. Le noyau terrestre émet continuellement du chaud, représentant ainsi une ressource d'énergie significative et durable. Cette chaleur peut être utilisée pour produire de l'électricité ou pour le chauffage.
Une technologie millénaire
Cette technologie est loin d'être nouvelle. Depuis des millénaires, des civilisations comme celles de la Chine ancienne et de la Rome antique utilisaient l'eau chaude naturellement présente en sous-sol pour alimenter des thermes. Malgré son ancienneté, la géothermie demeure encore largement méconnue, alors qu'elle pourrait théoriquement répondre à la totalité des besoins énergétiques mondiaux pour les 100 000 prochaines années.
En pratique, la géothermie consiste à puiser la chaleur du sol pour produire de l'électricité ou fournir directement du chauffage. Différentes méthodes d'exploitation existent selon les besoins et les conditions géologiques.
La géothermie constitue ainsi une option verte précieuse pour le chauffage des bâtiments et la production d'eau chaude.
Types de géothermie
La géothermie peut utiliser différentes sources de chaleur : le sous-sol, les nappes phréatiques ou encore les cours d'eau souterrains.
La différence principale entre les types de géothermie réside dans la température exploitée, qui varie selon la profondeur :
- Géothermie haute énergie : extraction de chaleur à des profondeurs allant de 1 500 à 3 000 mètres, où les températures dépassent 150°C.
- Géothermie moyenne énergie : captation de chaleur entre 1 000 et 4 000 mètres de profondeur avec des températures de 90°C à 150°C.
- Géothermie basse énergie : extraction à des profondeurs de 1 500 à 2 000 mètres pour des températures situées entre 30°C et 90°C.
- Géothermie très basse énergie : accessible à moins de 100 mètres sous la surface, où les températures sont inférieures à 30°C.
La part de la géothermie dans le mix énergétique français
La géothermie contribue modestement à l'énergie thermique en France, représentant seulement 1 % de la consommation finale de chaleur, soit environ 6 térawattheures (TWh) de chaleur renouvelable géothermique.
Par ailleurs, la géothermie fournit 5 % de l'énergie alimentant les réseaux de chaleur, ce qui correspond à environ 2 TWh.
Bien que sous-utilisée en France, où elle représente seulement 1 % de la consommation de chaleur, soit environ 6 TWh, la géothermie se distingue par son faible impact environnemental, ne générant aucune émission de CO2.
Pour la production industrielle d'électricité géothermique en France, le site le plus important est celui de Bouillante en Guadeloupe. La centrale de Soultz-sous-Forêts en Alsace est également opérationnelle depuis 2016, alimentant environ 2 400 maisons en électricité.
La géothermie concerne 300 000 logements en France (pour le chauffage ou l'électricité). C'est un système peu connu par rapport à d'autres pays voisins, avec moitié moins de pompes à chaleur géothermiques que l'Allemagne, et presque trois fois moins que la Suède.
Voici un graphique sur la répartition des énergies renouvelables dans notre consommation d'énergie primaire (2022):
Les projets de géothermie
Le déploiement d'un projet de géothermie doit valider différentes étapes :
- L’évaluation du potentiel géologique auprès de la ressource géothermique.
- La reconnaissance, qui délimite les zones les plus propices
- L'exploitation des zones autorisées
- La distribution auprès des consommateurs.
Utilisations de la géothermie
La géothermie sert à la production de chaleur et au chauffage.
La production d'électricité
La chaleur terrestre peut être convertie en électricité avec la géothermie, bien que cette technologie ne soit pas applicable partout. En effet, le flux géothermique varie selon les régions, ce qui explique pourquoi elle est principalement utilisée dans les zones à forte activité volcanique.
Il existe deux techniques principales pour générer de l'électricité à partir de la géothermie :
- Géothermie naturelle haute énergie : ce processus exploite l'eau chaude du sous-sol à haute température, utilisant la vapeur pour actionner une turbine qui produit de l'électricité.
- Système géothermique stimulé : cette méthode génère de l'électricité à partir de la géothermie profonde en injectant de l'eau dans le sous-sol pour la réchauffer, puis en utilisant cette eau chauffée pour produire de la vapeur qui actionne la turbine.
La géothermie et le chauffage
Plusieurs installations permettent de produire du chauffage avec l'aide de la géothermie :
- Pompes à chaleur : utilisant la géothermie qualifiée "de surface" pour le chauffage, cette technique est très répandue, notamment en Suisse. Elle permet de réduire considérablement les factures liées au chauffage et est éligible à des aides financières en France
- Installations hydrothermales : utilisées pour accéder à des sources d'eau déjà chaudes, ces installations exploitent la géothermie de profondeur moyenne
- Installations pétrothermales : basées sur la même idée que la géothermique stimulée, elles réchauffent l'eau injectée dans les puits en contact avec les roches.
Avantages de la géothermie
La géothermie présente plusieurs avantages, notamment pour l'environnement, en étant une source d'énergie propre et écologique.
La matière première inépuisable, renouvelable et gratuite, et l'indépendance aux conditions atmosphériques constituent de premiers avantages considérables : contrairement au solaire ou à l'éolien, le principe géothermique peut être utilisé sans interruption. La géothermie séduit également en raison de ses faibles émissions de CO2, et de l'absence de déchets après utilisation
Son accessibilité et les économies d'énergie permises, notamment grâce aux pompes à chaleur, qui ont une durée de vie comprise entre 40 et 60 ans, constituent de derniers atouts de taille qui peuvent inciter à l'utilisation de cette source d'énergie.
Limites de la géothermie
Malgré ses avantages, la géothermie présente certaines limites : les coûts d'installations élevés, malgré les aides disponible, l'installation d'un générateur, les limites géographiques et les risques liés au forage, aux affaissements de terres ou aux séismes provoqués par la cassure des roches sont autant d'inconvénients qui peuvent remettre en question l'utilisation de cette source d'énergie.
Utiliser la géothermie chez soi
Au niveau individuel, les pompes à chaleur géothermiques sont couramment utilisées pour exploiter la chaleur du sol. Cette forme de géothermie, souvent qualifiée de "superficielle" ou de "très basse énergie" en raison de la faible profondeur à laquelle elle puise, est celle qui, selon l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), offre le plus grand potentiel de développement.
Le sous-sol regorge de chaleur que l'on peut aisément capter pour chauffer son domicile. En France, la géothermie a déjà séduit de nombreux foyers : en 2020, environ 2 millions de logements étaient équipés de ce type de pompe à chaleur.
Le fonctionnement
Des capteurs souterrains recueillent les calories présentes dans le sol, qui sont ensuite transférées par un fluide caloporteur à la pompe à chaleur. Cette dernière redistribue la chaleur dans le système de chauffage de la maison et/ou dans un ballon d'eau chaude. Certaines pompes, dites "réversibles", permettent également de rafraîchir l'intérieur selon le même principe.
Une pompe à chaleur géothermique peut couvrir la totalité ou une partie de vos besoins en chauffage, climatisation, et eau chaude, tout en réduisant considérablement votre facture énergétique. Écologique et rentable, la géothermie permet de réaliser jusqu'à 75 % d'économies d'énergie par rapport aux systèmes traditionnels.
Caractéristiques techniques et administrative
Une pompe à chaleur géothermique est un dispositif efficace pour réguler la température d'un logement, permettant ainsi de réaliser des économies sur le chauffage et la climatisation. Cependant, son installation demeure complexe et requiert plusieurs conditions techniques spécifiques.
Tout d'abord, il est nécessaire de disposer d'un espace extérieur. Pour puiser l'énergie thermique du sol, un réseau de capteurs doit être enfoui sous terre, dans une zone où la température du sous-sol reste stable tout au long de l'année.
Selon la taille du terrain et la stabilité thermique du sous-sol, les capteurs peuvent être installés de manière horizontale ou verticale :
- Les PAC à captage horizontal : Les capteurs sont enterrés à une profondeur comprise entre 60 et 120 cm. Ce type d'installation nécessite des travaux de terrassement et doit couvrir une surface équivalente à 1,5 à 3 fois la taille de la surface habitable à chauffer. Le terrain doit être suffisamment spacieux, et le sol ne doit pas subir de fortes variations de température saisonnières. Cette méthode est la plus courante en France.
- Les PAC à captage vertical (ou sondes géothermiques) : Les capteurs sont installés à une profondeur variant de 20 à 120 m. En règle générale, il faut prévoir environ 1 m de forage par m² de surface habitable à chauffer. Par exemple, deux sondes géothermiques de 50 m de profondeur peuvent suffire pour chauffer une maison de 120 m². Cette méthode est particulièrement adaptée aux petits terrains et permet de compenser les variations thermiques du sous-sol, car la température devient plus stable à mesure que l'on s'enfonce en profondeur.
Choisir ses capteurs
Il est fortement recommandé de faire appel à des spécialistes pour déterminer le type de captage le plus adapté. L'orientation et les dimensions du captage doivent être soigneusement évaluées en fonction de la taille de l'habitation, du climat local et de la nature du sol. Il est conseillé de consulter un géologue agréé ou un bureau d'études spécialisé pour effectuer une analyse du terrain.
Pour un captage horizontal, une autorisation de travaux doit être demandée auprès de la mairie. Cette autorisation permet de vérifier la conformité du projet par rapport aux règlements municipaux et préfectoraux en vigueur.
En ce qui concerne le captage vertical, les démarches sont plus complexes. Classé comme forage à usage domestique, le projet doit être déclaré auprès de la DRIRE (Direction Régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement) ou de la DREAL (Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement). Une déclaration d'ouvrage est également nécessaire, avec dépôt du dossier au moins un mois avant le début des travaux.
Installer un système géothermique
Divers critères doivent être pris en compte pour évaluer le coût d'une installation géothermique.
Faut-il opter pour des capteurs horizontaux ou verticaux ?
L'installation d'un circuit horizontal, nécessitant seulement quelques travaux de terrassement, est généralement moins coûteuse. En revanche, si le choix se porte sur un captage vertical, le chantier sera plus conséquent. Il faudra installer une ou deux sondes géothermiques à plusieurs dizaines de mètres de profondeur, ce qui implique un forage pouvant atteindre jusqu'à 100 € par mètre.
Quel type de PAC installer ?
En fonction du captage choisi, plusieurs types de PAC sont disponibles :
- Des PAC « sol/sol » ou « à détente directe » : La chaleur puisée dans le sol est diffusée via un plancher chauffant ;
- Des PAC « sol/eau » ou « mixtes » : La chaleur captée est restituée par des radiateurs ou un plancher chauffant ;
- Des PAC « eau/eau » ou « à fluide intermédiaire » : L'eau du circuit de chauffage est directement chauffée par la chaleur extraite.
Les techniques utilisées varient, entraînant des différences de prix significatives entre ces modèles.
Déterminer la puissance de la PAC
Selon que l'on souhaite alimenter un ballon d'eau chaude ou chauffer l'ensemble de la maison, la puissance calorifique nécessaire diffère.
Généralement comprise entre 5 et 20 kW, la puissance détermine la capacité de production de chaleur de la PAC et influence directement son coût.
Le marché offre une large gamme de modèles de PAC, dont les prix et l'efficacité varient.
Pour une grande habitation énergivore, il est conseillé de choisir une PAC avec un COP élevé. Ce coefficient, qui varie entre 2 et 7 selon les équipements, est un facteur clé dans le coût et l'efficacité de l'appareil, les modèles les plus performants étant également les plus onéreux.
L'avenir de la géothermie
Bien que sous-exploitée en France, la géothermie est une source d'énergie prometteuse. En 2024, elle représente un peu plus de 1 % de la production d'énergie renouvelable en France. Cependant, des initiatives gouvernementales, telles que Grenelle Environnement, visent à accroître son utilisation.
Le plan d'action gouvernemental pour le développement de la géothermie doit comprendre six axes principaux, élaborés avec l'Ademe et le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) :
- Consolider le secteur en augmentant les capacités de production et de forage
- Élargir les programmes de formation
- Soutenir financièrement les initiateurs de projets et les utilisateurs
- Informer et engager les acteurs d'énergie locaux
- Simplifier les règles liées à la géothermie
- Approfondir la connaissance du sous-sol
Objectifs pour la géothermie en France
D'ici à 2028, la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE) vise à atteindre 4 à 5,2 TWh de consommation finale de chaleur issue de la géothermie profonde, avec un objectif intermédiaire de 2,9 TWh pour 2023.
Le gouvernement français souhaite doubler le nombre d'installations de pompes à chaleur géothermiques d'ici à 2025 et augmenter de 40 % les projets de géothermie profonde d'ici à 2030.
La France vise à accroître l'utilisation de la géothermie pour diversifier ses sources d'énergie renouvelable :
- Augmenter la capacité de production : développer davantage de projets géothermiques pour la production d'électricité et de chaleur.
- Innover et optimiser : favoriser l'innovation technologique pour améliorer l'efficacité et réduire les coûts de la géothermie.
- Promouvoir et former : améliorer la formation et la sensibilisation pour soutenir le développement de cette industrie.
- Encourager les investissements : renforcer les incitations financières et réglementaires pour attirer plus d'investissements dans le secteur.
- Minimiser l'impact environnemental : assurer un développement durable de la géothermie, en limitant les risques environnementaux associés.
FAQ
Quel est le principe de la géothermie ?
Le noyau terrestre utilise continuellement de la chaleur, représentant ainsi une source d'énergie durable. Cette chaleur peut être utilisée pour produire de l'électricité ou pour le chauffage. C'est précisément ce que l'on appelle la géothermie.
Quels sont les différents types de géothermie ?
Il existe 4 types de géothermie :
- Géothermie haute énergie : extraction de chaleur à des profondeurs allant de 1 500 à 3 000 mètres, où les températures dépassent 150°C.
- Géothermie moyenne énergie : captation de chaleur entre 1 000 et 4 000 mètres de profondeur avec des températures de 90°C à 150°C.
- Géothermie basse énergie : extraction à des profondeurs de 1 500 à 2 000 mètres pour des températures situées entre 30°C et 90°C.
- Géothermie très basse énergie : accessible à moins de 100 mètres sous la surface, où les températures sont inférieures à 30°C.
Quel est l'avenir de la géothermie ?
Le gouvernement vise à accroître de 40 % les projets de géothermie profonde d'ici à 2030 et de multiplier par deux le nombre de pompes à chaleur géothermiques installées dans les résidences privées d'ici à 2025.
Mis à jour le 28 Nov, 2024
Responsable Data
Michel Babany est le Responsable Data chez Papernest depuis 2021. Expert en énergie, il est chargé de l'analyse des données pour toutes les équipes commerciales. En parallèle, Michel écrit des articles sur le secteur de l'énergie en partageant son expertise et ses analyses sur les tendances et les enjeux du marché.
Michel Babany est le Responsable Data chez Papernest depuis 2021. Expert en énergie, il est chargé de l'analyse des données pour toutes les équipes commerciales. En parallèle, Michel écrit des articles sur le secteur de l'énergie en partageant son expertise et ses analyses sur les tendances et les enjeux du marché.
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