Qu'est ce que la géothermie ? Comment l'utiliser pour son chauffage ?

Par Misitia Ravaloson

Rédactrice énergie

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À environ 30 kilomètres sous terre, la température peut atteindre 1 000 degrés. Cette chaleur inépuisable et gratuite peut être utilisée pour produire de l'électricité ou chauffer un logement : il s'agit de la géothermie. En 2023, la géothermie reste peu exploitée et représente 1 % de la consommation de chaleur en France, soit approximativement 6 TWh. Notons qu'il s'agit d'une source d’énergie propre avec un faible impact sur l’environnement, puisqu'elle n'émet pas de CO2.

Qu'est-ce que la géothermie ?

Le noyau de la planète produit en permanence de la chaleur, qui est une source d’énergie importante et inépuisable. Il est possible d’utiliser cette chaleur pour produire de l’électricité ou pour alimenter son chauffage. Voilà précisément la définition de la géothermie. La géothermie permet de produire de la chaleur toute l'année, mais également de l’électricité et de la fraîcheur en été.

Sa matière première étant la chaleur de la Terre, la géothermie est une énergie propre qui n'entraîne pas d'émission de CO2 et est en plus gratuite.

Si cette technologie est encore peu exploitée en France, une vingtaine de pays dans le Monde produisent de l'électricité géothermique, principalement situés en Asie et en Amérique du Nord.

Pour ce qui est de la production d'électricité par géothermie de façon industrielle en France, le site de Bouillante en Guadeloupe est le plus important. La centrale est d’une puissance de 13,5 MW et a produit 84 GWh en 2016, soit 4,7 % de la production d’électricité sur l'île. La centrale de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin) est, elle aussi, en service depuis 2016 et permet d'approvisionner environ 2 400 foyers en électricité.

La géothermie de surface a un peu plus de succès et l'Île-de-France compte en 2022 environ 900 installations, pour la Métropole du Grand Paris (MGP). En effet, la région dispose d'une capacité suffisante pour chauffer approximativement 300 000 logements franciliens, soit 2/3 de la production française. Le tiers restant est majoritairement produit par des sites en Nouvelle-Aquitaine et dans le Grand Est.

Quels sont les types de géothermie ?

La géothermie peut exploiter la chaleur du sous-sol, la chaleur des nappes phréatiques ou encore la chaleur des cours d'eau souterrains. Peu importe la source exploitée, la température est ce qui différencie les types de géothermie. On distingue ainsi :

• La géothermie à haute énergie : de 1 500 à 3 000 mètres pour plus de 150°C ;
• La géothermie moyenne énergie : de 1 000 à 4 000 mètres pour 90°C à 150°C ;
• La géothermie basse énergie : de 1 500 à 2 000 mètres pour 30°C à 90°C ;
• La géothermie très basse énergie : moins de 100 mètres pour moins de 30°C.

Quelles sont les utilisations de la géothermie ?

La géothermie peut être utilisée de deux façons : pour produire de l'électricité et alimenter le chauffage.

La production d'électricité

Il est possible de récupérer la chaleur de la Terre pour faire de l’électricité grâce à la géothermie. Il faut toutefois noter que la géothermie n’est pas envisageable partout dans le monde. En effet, le flux de chaleur est plus élevé dans certains lieux que d’autres, raison pour laquelle cette technologie ne peut être exploitée que dans les zones les plus volcaniques.

Il existe deux méthodes pour produire de l’électricité par géothermie :

1. La géothermie naturelle en haute énergie : le fonctionnement de la géothermie consiste à l'exploitation de l'eau chaude présente dans le sous-sol à haute température. L'eau est présente dans le sous-sol sous forme de liquide ou de vapeur. Cette vapeur va servir à faire tourner une turbine, qui va produire de l’électricité, accouplée d’un alternateur ;
2. Le système géothermique stimulé : il consiste à produire de l’électricité par la géothermie profonde à haute température à partir de roches sèches. Dans ce cas, l’eau n’est pas directement prélevée du sous-sol, mais injectée dans le sous-sol pour y être réchauffée. Le principe est le suivant : on injecte une grande quantité d’eau dans un puits, cette eau se réchauffe en contact de la roche, puis captée grâce à des pompes par deux autres puits. Elle monte ensuite en surface et cède sa chaleur à un fluide qui se transforme en vapeur, laquelle va faire tourner la turbine. La première centrale utilisant la géothermie profonde est celle d’Alsace, à Soultz-sous-Forêts, initiée en juin 2008.

La géothermie pour le chauffage

Il existe de nombreux types d’installations qui permettent de produire du chauffage par géothermie :

• Les pompes à chaleur : le fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique s'appuie sur la géothermie de surface pour le chauffage. Elle n'utilise pas la géothermie profonde, mais plutôt celle dite à basse température (car la température souterraine peu profonde reste inférieure à 30°C), pour chauffer des maisons et immeubles. Cette technologie est la plus utilisée en Suisse. C’est aussi une bonne méthode envisageable à l’échelle des particuliers. La PAC géothermique permet de diviser par 3 ou 4 ses factures de chauffage, ce qui permet de rentabiliser l’installation de sa pompe à chaleur sur le long terme. Par ailleurs, il existe des aides en France qui permettent de financer ce type de travaux (l’installation d’une PAC par géothermie est notamment éligible au crédit d'impôt) ;
• Les installations hydrothermales : sur tous les continents, il existe des sources d’eau naturellement chaude. Les installations hydrothermales sont utilisées pour atteindre ces sources et les utiliser pour le chauffage à la maison. On parle de géothermie de moyenne profondeur, car les gisements se situent à moins de 3 000 mètres, où l’eau atteint les 70 °C ;
• Les installations pétrothermales : il s'agit du même principe que le système géothermique stimulé, c’est-à-dire l'injection d’eau dans des puits pour la réchauffer en contact des roches.

Quels sont les avantages de la géothermie ?

On considère que les installations de géothermie de surface rejettent, en moyenne, 4 fois moins que l'électricité, 5 fois moins que le gaz naturel et 7 fois moins que le fioul pour satisfaire un même besoin de chauffage

La géothermie a de nombreux avantages, surtout en faveur de l'environnement. Elle est considérée comme une énergie propre et une alternative écologique intéressante :

• Sa matière première est la chaleur de la Terre, qui est renouvelable, inépuisable et gratuite ;
• La géothermie ne dépend pas des conditions atmosphériques, contrairement à d’autres sources d’énergie comme l’énergie solaire ou les éoliennes. Par ailleurs, la géothermie à basse température est disponible dans presque tous les sous-sols de la planète ;
• Il s’agit d’une énergie propre qui ne dégage que peu de gaz à effet de serre et ne laisse aucun déchet après utilisation ;
• La géothermie n'est pas seulement écologique, mais également économique. Elle est accessible et rentable, surtout la pompe à chaleur qui diminue considérablement les factures d’énergie. Ce type de projet coûte cher, soit un prix qui peut aller de 13 000 à 20 000€. Toutefois, le coût d’installation est éligible aux aides à la rénovation énergétique et se rentabilise au bout de quelques années ;
• La géothermie est une installation de longue durée, environ 40 à 60 ans.

Quelles sont les limites de cette énergie ?

La géothermie n’est pas sans inconvénients, malgré ses nombreux avantages. Cependant, il faut noter que même avec ses limites, la géothermie reste une énergie plus propre et moins dangereuse que les combustibles issus de l'énergie fossile ou encore les centrales nucléaires :

• Le coût d’installation est très élevé, comme expliqué plus tôt. Même s’il est éligible à des aides, ce type de travaux reste cher, et donc peu accessible à tous. De fait, la rentabilité de l’utilisation de la géothermie n’est obtenue qu’après au moins 5 ans de son installation ;
• La géothermie n’est pas une énergie 100% renouvelable, car elle nécessite un générateur (donc de l’électricité). Certaines pompes à chaleur utilisent aussi du fréon ;
• Une installation géothermique ne peut pas être installée partout. Elle doit en effet se trouver sur une zone géographique avec les conditions appropriées ;
• L’installation peut provoquer des dangers si elle n’est pas réalisée correctement. Il faut faire attention lors du forage, par exemple, parce que cela peut causer des affaissements de terrain. La technique par fracturation des roches peut aussi provoquer des séismes.

Quel avenir pour la géothermie ?

Source : Ministère de la Transition Écologique, Chiffres clés des énergies renouvelables, Édition 2023 - Graphique : Selectra

Grenelle Environnement

Même si la géothermie est encore peu exploitée en France, il s’agit d’une source d’énergie qui prend de l’ampleur et a de l’avenir sur le territoire. En 2024, elle ne représente qu'un peu plus de 1 % de la production d’énergie provenant des énergies renouvelables en France. Toutefois, des initiatives comme Grenelle Environnement œuvrent pour inverser cette tendance.

En effet, Grenelle Environnement est un engagement du gouvernement à diviser par quatre les émissions de gaz à effet de serre en 2020, ce qui ouvre une porte au développement de la géothermie. L'objectif était donc de multiplier par 6 la production d'énergie par géothermie. Pour cela, le gouvernement devait équiper plus de 2 millions de foyers en pompes à chaleur, et également dans des bâtiments en copropriété et dans les bâtiments tertiaires dans les régions les plus énergivores, comme en Île-de-France.

En outre, le gouvernement visait à produire 20 % de l’électricité dans les DOM par géothermie, sachant que les DOM bénéficient d’un contexte volcanique idéal pour installer des centrales géothermiques.

Plan d'action en faveur du développement de la géothermie

Le Gouvernement français a mis en place un plan d'action pour développer la filière géothermique en France. Celui-ci concerne la géothermie de surface et celle qualifiée de "profonde". L'objectif est que cette énergie propre contribue au renforcement de la souveraineté énergétique française et permette d'atteindre les objectifs climatiques souhaités en 2030.

Le plan d'action est basé sur le rapport du Haut-Commissariat au plan dédié à la géothermie de surface. Développé en 6 axes, il intègre à sa réflexion l'ADEME (Agence de la transition écologique), le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), ainsi que d'autres organismes.

Ci-dessous, les 6 grands axes du plan d'action pour la géothermie, tels qu'énoncés par le ministère de la Transition énergétique :

1. Renforcer la capacité de forage en géothermie de surface pour répondre à la demande des secteurs résidentiel et tertiaire ;
2. Affiner le cadre réglementaire pour inciter au développement de projets de géothermie de surface ;
3. Inciter à l’installation de pompes à chaleur géothermiques dans les secteurs résidentiel et tertiaire ;
4. Identifier et valoriser des aquifères profonds sous-exploités, propices à la réalisation de doublets géothermiques pour réseaux de chaleur ;
5. Sensibiliser et faire monter en compétence les acteurs locaux, accompagner les porteurs de projets dans le déploiement de solutions géothermiques ;
6. Susciter de nouveaux projets et encourager de nouveaux montages financiers en géothermie.

Notons que les trois premiers axes concernent la géothermie de surface et que les trois restants sont dédiés à la géothermie profonde :

Concrètement, le Gouvernement français souhaite doubler le nombre d'installations de pompes à chaleur géothermique chez les particuliers d'ici à 2025 et augmenter de 40 % les projets de géothermie profonde mis en place d'ici à 2030.