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Introduction :
La géothermie aujourd'hui est en pleine expansion car les différentes énergies non renouvelables telles que le pétrole ou le charbon commencent à s'épuiser et leurs coûts ne cessent d'augmenter. Elle est la troisième énergie renouvelable dans le monde derrière la biomasse et l'hydraulique. Afin de pallier le manque de toutes ces ressources on essaye de se diriger vers les énergies renouvelables telles que la géothermie qui non seulement a un impact écologique faible mais un coût de plus en plus bas. Grâce à cela la géothermie est soutenue par de nombreux pays qui subventionnent l'installation de chauffage géothermique afin de faire diminuer les émissions de gaz à effet de serre.
1) Définition :
Vient du grec Géo (Terre) et Thermos (Chaud) l’énergie géothermique issue de la chaleur du sous-sol, qui accumule la chaleur du globe sans cesse renouvelée par l’énergie radioactive et de la présence de magma sous la croûte terrestre. La géothermie c’est la récupération de cette énergie.
D’où vient cette énergie ?
L’énergie géothermique provient du sous-sol. Plus on se rapproche du centre de la Terre plus la température est élevée, on appelle ce phénomène le « gradient géothermie »
De manière général tout les 100 mètres la température augmente de 3° (sans compter les régions instables, exemple en Islande c’est environ 50° par 100 mètres).
Mais d’où vient cette chaleur ?
Dans un premier temps, de la désintégration d’éléments radioactifs des roches telles que l’uranium et le potassium. De plus cela dépend aussi de la nature de ces roches, car la chaleur dégagée par le granite est trois fois plus élevée que pour le basalte.
De plus, cette chaleur provient d’une dissipation de l’énergie « primitive » lors de la formation de la Terre, une boule en fusion.
Mais globalement le flux total de chaleur a baissé, donc notre planète se refroidit petit à petit.
Comment ça marche ?
Il faut vérifier l’existence et la localisation de l’énergie disponible dans le sous-sol, qu’elle soit contenue dans les terrains ou dans l’eau des aquifères, puis déterminer ses caractéristiques afin d’en estimer le potentiel énergétique. Les techniques de reconnaissance des ressources géothermales sont différentes selon qu’elles se trouvent dans des bassins sédimentaires, dans des régions volcaniques ou dans des zones structurales actives. Il est fait appel aux disciplines des géosciences comme la géologie, l'hydrogéologie, la géochimie et la géophysique. On peut également réaliser des forages de reconnaissance spécifiques.
Puis il faut voir ce que la ressource peut produire comme énergie pour savoir où et comment l’utiliser.
- La géologie permet de définir la structure du sous-sol.
- Les investigations hydrogéologiques permettent d'évaluer la ressource d'un point de vue quantitatif et qualitatif.
- Les analyses géochimiques permettent de caractériser la composition chimique de l'eau. L'analyse des éléments dissous permet aussi de fournir des indications sur le parcours du fluide, son âge, son origine et donc les conditions d'alimentation et de ré alimentation des réservoirs.
- La géophysique, consiste à enregistrer un certain nombre de données physiques et à les interpréter en termes géologiques. Les principales techniques à la disposition du géophysicien sont la gravimétrie et la sismologie.
- La sismologie est fondée sur l'observation de la réflexion des ondes transmises au sol. Elle permet de localiser les limites de structures géologiques ainsi que les accidents, failles.
- La gravimétrie permet d'identifier les anomalies dans le sous-sol (présence de roches à haute densité ou à faible densité). Un forage d'exploration permet aussi d'obtenir ces informations de manière plus précises, mais son coût est un obstacle important. Il peut être réalisé en petit diamètre, mais généralement pour la basse énergie le forage est conçu pour pouvoir être utilisé s'il révèle des perspectives d'exploitation prometteuses. Les mesures de température, de débit, de pression permettent de définir les caractéristiques essentielles d'exploitabilité du gisement. L'analyse des déblais de forage, différentes diagraphies et éventuellement des carottages permet de compléter les données sur les couches traversées.
2) Plusieurs types de géothermie :
On distingue trois types de géothermie :
- La géothermie de haute énergie : températures supérieures à 80°C. Géothermie des régions privilégiées avec des sources hydrothermales très chaudes, ou forage très profond. Principale utilisation : la production d'électricité.
la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 et 100°C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain.
la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 et 30°C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle.
Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d'énergie quasi continue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l'énergie. Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années.
animation sur la geothermie
- Centrale géothermique en Islande plus l'on fore profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteint de 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Les zones ou les températures sont beaucoup plus fortes, appelées anomalies de température, peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faible profondeur. Ces anomalies sont observées le plus souvent dans les régions volcaniques. En géothermie, elles sont désignées comme des gisements de haute enthalpie, et utilisées pour fournir de l'énergie, la température élevée du gisement (entre 80°C et 300°C) permettant la production d'électricité.
L'exploitation de la chaleur provenant de la géothermie haute énergie est ancienne. Les bains dans des sources chaudes étaient déjà pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. C'est au début du siècle qu'une centrale géothermique de production d'électricité a été pour la première fois réalisée à Larderello (Italie). La géothermie haute température connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées. La géothermie est la source d'énergie principale de l'Islande. Il existe trois centrales électriques importantes qui fournissent environ 17% (2004) de la production d'électricité du pays. De plus, la chaleur géothermique fournit le chauffage et l'eau chaude d'environ 87% des habitants de l'île .
- La géothermie de basse énergie :On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau entre 30°C et 100°C dans des gisements situés entre 1500 et 2500 m de profondeur. Cette technologie est utilisée principalement pour le chauffage urbain collectif par réseau de chaleur, et certaines applications industrielles.
Plusieurs schémas d’installation existent :
forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
doublet : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection
Pourquoi le doublet géothermique ?
Si l'eau du réservoir n'est pas salée, elle peut être rejetée en surface après exploitation des calories sans risques de pollution. Cependant, une exploitation intense n'est possible que si une réalimentation naturelle importante vient restituer les volumes d'eau exploités. Sinon, on risque de voir la pression de gisement baisser et les capacités de production du puits s'amenuiser rapidement.
A défaut du maintien de la production, l'exploitation par un seul puits assure le maintien de la température pour une longue durée.
Lorsque la réalimentation naturelle de la nappe est suffisante, cette technique d'exploitation est évidemment très économique
Qu’est ce que le principe du doublet géothermique ?
On désigne sous le nom de "doublet" l'ensemble de deux forages destinés, l'un à l'extraction de l'eau chaude par un forage d'exploitation et l'autre à la réinjection dans la même nappe de l'eau refroidie. Ceci nécessite à la fois une pompe d'exhaure et une pompe d'injection. La pompe de production assure, en effet, la remontée de l'eau géothermale jusqu'à l'échangeur. Cette pompe et son moteur sont généralement immergés à l'intérieur du puits de production entre -100 et -400 mètres de profondeur, le débit d'eau varie avec la pression de cette pompe. Cette pompe n'est pas nécessaire lorsque la pression artésienne est importante.
Durant ce cycle, on va prélever la chaleur à l'eau par son passage dans un échangeur. En effet, celui-ci permet le transfert de la chaleur entre l'eau géothermale et le réseau de chauffage urbain, un deuxième circuit rempli d'une eau propre et non polluante.
- La géothermie très basse énergie est une géothermie aux niveaux de température compris entre 10 et 30°C. Dans ce cas, la chaleur provient non pas des profondeurs de la croûte terrestre, mais du soleil et du ruissellement de l'eau de pluie, le sol du terrain jouant un rôle d'inertie thermique.
Ces systèmes permettent de faire des économies très importantes sur des habitations individuelles ou des logements collectifs, notamment en comparaison de la climatisation traditionnelle ou du chauffage électrique.
3) L’Islande un cas particulier.
L’Islande est située au milieu de l’Atlantique sur la dorsale médio océanique entre l’Europe et l’Amérique. D’ou l’existence de grand nombre de tremblements de terre et de volcans. Environ 10% de l’île est par ailleurs recouverte de glaciers.
L'île étant traversée par le rift de la ride médio atlantique, la plupart de l'activité volcanique et géothermale se situe le long de ce graben, là ou le magma est le plus près de la surface. D'un point de vue de la tectonique des plaques, la partie ouest de l'Islande est sur la plaque américaine et la partie Est sur la plaque Eurasiatique. De plus l’Islande un pays très intéressant à étudier puisque il y a sous cette île la présence d’un point chaud. Un point chaud c’est un endroit ou la lithosphère et la croûte terrestre sont percées à cause de remontées de matériaux chauds du manteau profond, cela conduit a la création de volcan.
Cette île se situe à un endroit très particulier, elle se situe en plein milieu d’un activité spectaculaire ou toute cette montée de chaleur ne peut être que favorable pour l’utilisation de la géothermie, que ça soit dans le domaine du chauffage pour les habitations, les serres pour cultiver des fruits et légumes dans un tel pays, et la production d’électricité pour les usines.
Avantages/Inconvénients de la géothermie :
Les avantages
- Un impact écologique faible son exploitation ne génère pas de flamme, pas d'odeur, pas de fumée.
- Ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C'est donc une énergie stable et fiable dans le temps.
- Un coût d'installation en baisse au contraire des énergies fossiles.
- Une duré d'exploitation longue.
- Un faible besoin de maintenance après installation (autonome).
- Une énergie gratuite et présente partout dans le monde.
- Pas de stockage (au contraire du bois, charbon, pétrole).
- Elle laisse le choix de différentes diffusion d'énergie (radiateur, plancher chauffant).
- Le gouvernement favorise cette énergie au même titre que les autres énergies renouvelables.
Les inconvénients
- Un prix à l'installation élevé.
- De grands travaux à l'installation, utilisation d'un matériel spécial réservé aux professionnels.
- Une énergie qui n'est pas totalement inépuisable.
- Il faut de l'électricité pour alimenter le système afin de provoquer la circulation du fluide.
- L'apport en énergie électrique pour démarrer le système étant important cela engrange une baisse de tension dans la maison en question.
- Certains éléments peuvent provoquer des nuisances sonores ce qui entraîne un surcoût pour une isolation des bruits.
Conclusion :
En Islande, l’utilisation de la géothermie pour arriver à l’autosuffisance est réalisable, c’est un lieu propice à son utilisation à des coûts élevés au départ mais qui possède une majorité d’avantages. La géothermie est une énergie avec des ressources quasi inépuisables, pourquoi ne pas en profiter ? L’Islande commence à réaliser qu’une telle opportunité ne doit pas être oubliée.
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