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La géothermie

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À partir d’une certaine profondeur, les variations de température de l’air n’affectent plus le sous-sol. À 100 mètres sous terre, par exemple, la température moyenne constatée est de 14 °C, quelle que soit la saison. En hiver, la géothermie consiste à exploiter cette chaleur du sous-sol ou des eaux souterraines pour produire de l’électricité ou de la chaleur. En été, à l’inverse, la fraîcheur relative du sol sous la surface peut rafraîchir un bâtiment.

Tour d’horizon des caractéristiques de la filière pour comprendre les avantages et les enjeux de la géothermie.

 

La géothermie : une technologie mature, mais peu exploitée en France

La géothermie permet la production de chaleur toute l’année, mais aussi d’électricité et de fraîcheur en été. Les technologies et méthodes diffèrent en fonction de la production souhaitée.

 

Production d’électricité avec la géothermie

 

La production d’électricité par géothermie consiste à exploiter la chaleur des nappes d’eau souterraines à plus de 1 000 mètres de profondeur et de haute température (entre 150 °C et 300 °C).

La chaleur des nappes peut être convertie en électricité à l’aide de turboalternateurs. La vapeur d’eau est puisée par forage pour générer de l’électricité, avant d’être réinjectée dans le réservoir naturel.

En dessous des 200 °C, l’utilisation de la technologie du cycle binaire est nécessaire. Un échangeur transmet alors la chaleur à un fluide spécial de travail organique chargé d’actionner la turbine.

La production d’électricité géothermique utilise une technologie mature, basée sur l’exploitation de milieux fracturés fortement perméables. Les sites pouvant fournir des débits de production de vapeur adaptés sont généralement situés en zones volcaniques ou en zones avec une tectonique active.

Ces technologies ne sont pas utilisées par les particuliers. En France métropolitaine, il n’existe que peu de zones exploitées. Fin 2018, la puissance géothermique électrique installée en France correspondait à 16,5 MW, grâce à la centrale de Bouillante en Guadeloupe (15 MW) et de Soultz-sous-Forêts en Alsace (1,5 MW).

 

Production de chauffage avec la géothermie

 

La production de chaleur géothermique se fait selon plusieurs méthodes distinctes :

  • L’utilisation des nappes d’eau chaude (30 °C à 150 °C) des sous-sols profonds, via la construction de forages profonds de 1 à 2 km et l’utilisation d’un échangeur pour transmettre la chaleur au réseau urbain. Cette méthode est le propre des centrales géothermiques ;
  • L’utilisation de nappes d’eau à basse température (moins de 30 °C), chauffées ensuite à l’aide de pompes à chaleur. Cette méthode est envisageable à l’échelle des particuliers ;
  • Le captage des calories présentes dans le sol, via un réseau de capteurs, est une solution privilégiée pour assurer le chauffage et l’eau chaude sanitaire de maisons individuelles.

L’énergie géothermique est exploitée grâce à une pompe à chaleur associée à un réseau de captage dans le sol. Ce captage peut être soit horizontal, soit vertical, soit elliptique.

Le captage horizontal est le plus utilisé en France, car le moins cher. Les capteurs sont placés entre 60 cm et 1,20 m de profondeur et disposés dans le jardin. Le réseau de captage doit représenter 1,5 fois la surface de la maison à chauffer : l’énergie géothermique exige donc de disposer d’un terrain suffisamment grand pour pouvoir chauffer sa maison.

Le captage vertical nécessite quant à lui de creuser un puits d’une profondeur de 80 à 100 mètres. Un fluide caloporteur est ensuite envoyé dans l’installation souterraine pour transmettre la chaleur du sous-sol via la pompe à chaleur, qui pourra utiliser les calories ainsi extraites pour chauffer la maison.

Le captage elliptique associe un captage horizontal à un captage vertical, en utilisant des capteurs en spirales de 40 cm et de diamètre sur 3 mètres de long, enterrés à 5 mètres de profondeur. La superficie nécessaire est plus réduite qu’en cas de captage horizontal.

 

Les différents types de géothermie

 

Que la géothermie exploite la chaleur du sous-sol ou la chaleur des nappes phréatiques ou des cours d’eau souterrains, la température est donc le critère de base permettant de différencier les différentes méthodes. On distingue :

  • La géothermie « haute énergie » (plus de 150 °C) ;
  • La géothermie « moyenne énergie » (90 °C à 150 °C) ;
  • La géothermie « basse énergie » (30 °C à 90 °C) ;
  • La géothermie « très basse énergie » (moins de 30 °C).

 

Cette température diffère en fonction du niveau de profondeur des nappes d’eau souterraine :

 

  • 1 500 à 3 000 mètres de profondeur pour la géothermie haute énergie. Cette profondeur peut aller jusqu’à 5 000 mètres dans le cas de la géothermie profonde assistée, qui consiste à extraire la chaleur des roches chaudes fissurées ;
  • 1 000 à 4 000 mètres de profondeur pour la géothermie moyenne énergie. Dans certaines zones à fort potentiel, 1 000 mètres de profondeur peuvent suffire pour parvenir à exploiter la chaleur des nappes d’eau. Dans les bassins sédimentaires, il faut généralement compter une profondeur de 2 000 mètres minimum ;
  • 1 500 à 2 000 mètres de profondeur pour la géothermie basse énergie ;
  • Moins de 100 mètres de profondeur pour la géothermie très basse énergie.

Avantages et limites de la géothermie

 

En France métropolitaine, le potentiel de la géothermie est encore peu exploité, en particulier pour la production d’électricité, malgré les nombreux avantages de la filière. L’énergie géothermique est amenée à se développer dans le monde, mais a cependant ses limites.

Son développement doit être maîtrisé afin de contenir les possibles impacts environnementaux d’une surexploitation des sous-sols.

 

Avantages de la géothermie

 

La géothermie comporte plusieurs avantages très intéressants. Elle ne produit aucun déchet et sa production de CO2 reste très faible, elle peut donc être considérée comme une énergie propre.

Sa source d’énergie est renouvelable et inépuisable tant que la chaleur captée reste inférieure à celle qui provient du centre de la Terre.

D’autre part, la géothermie ne dépend pas des conditions atmosphériques, plutôt contraignantes dans le cas de l’énergie solaire ou de l’énergie éolienne. La géothermie à très basse énergie est d’ailleurs disponible dans quasiment tous les sous-sols de la planète, et donc très largement accessible indépendamment des conditions météorologiques.

La géothermie rend le prix du kilowattheure très compétitif. Pour les particuliers, la géothermie est à la fois accessible et rentable, permettant de réduire jusqu’à un tiers de la facture énergétique. Le prix d’une pompe à chaleur géothermique dédiée au chauffage à capteurs verticaux varie de 145 à 190 € par m² chauffé. Pour un système avec capteurs horizontaux, ce prix tombe de 80 à 140 € par m² chauffé. À ce prix s’ajoute le coût d’entretien annuel de la pompe.

Au total, ce type de projet coûte aux particuliers entre 13 000 et 20 000 euros en moyenne. Le coût d’installation peut, par ailleurs, être allégé par un crédit d’impôt.

 

Les enjeux de la géothermie

 

La géothermie n’est cependant pas sans inconvénient. Le premier reste le faible nombre de gisements utilisables pour la géothermie haute énergie ou la géothermie profonde assistée, car certaines zones seulement rendent possible la production d’électricité géothermique. Les sites de forage doivent contenir des roches à la fois chaudes et perméables. Or ces conditions ne sont réunies que dans peu d’endroits sur Terre.

Les projets géothermiques les plus ambitieux sont d’autre part extrêmement coûteux. D’après le baromètre 2018 des énergies renouvelables, les projets géothermiques coûteraient en moyenne entre 40 et 60 millions d’euros.

Mais les principaux enjeux de la géothermie concernent ses impacts sur l’environnement :

  • La surexploitation d’un gisement peut en effet entraîner une chute de température excessive de son sous-sol. La qualité d’un gisement diminue donc progressivement jusqu’à s’épuiser, ce qui relativise la qualification d’énergie « renouvelable » pour la géothermie ;
  • La géothermie nécessite l’usage d’un générateur et est donc consommatrice d’électricité, ce qui relativise davantage encore sa classification au sein des énergies renouvelables. Certaines pompes à chaleur utilisent par ailleurs des gaz polluants comme le fréon, ce qui n’en fait pas une énergie 100 % propre ;
  • Le forage n’est pas sans conséquence sur l’environnement et peut notamment provoquer des affaissements de terrain ;
  • La géothermie peut dégager des vapeurs de soufre toxiques si elle est utilisée sous forme d’eau ou de chaleur ;
  • Le pompage de l’eau pour l’usage de la géothermie peut enfin faire concurrence au pompage de l’eau utilisée pour une consommation humaine ou agricole.

Le gaz, alternative à la géothermie

 

Pour les particuliers, la géothermie impose certaines contraintes rédhibitoires. Le forage vertical est coûteux et parfois impossible en fonction de la nature du sol. La pose de capteurs horizontaux ou elliptiques demande un grand terrain et entraîne des travaux conséquents, à compléter par un réaménagement paysager.

Le gaz naturel s’impose comme l’une des meilleures alternatives à la géothermie. La technologie BOOSTHEAT, en associant une pompe à chaleur gaz et une chaudière à condensation, offre un rendement proche de 200 %. Vous bénéficiez ainsi d’une énergie abordable et d’un excellent retour sur investissement.

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