GéothermieL'énergie qui vient du sol
La plus ancienne énergie exploitée par l'homme : des thermes romains aux pompes à chaleur modernes et aux centrales islandaises, la chaleur de la Terre chauffe, éclaire et fait pousser.
1Définition
La géothermie (du grec gê « Terre » et thermos « chaleur ») est l'exploitation de la chaleur interne de la Terre pour produire de la chaleur ou de l'électricité. Le sous-sol terrestre est à la fois le plus grand réservoir thermique de la planète et la plus ancienne source d'énergie renouvelable utilisée par l'homme.
La température du sous-sol augmente en moyenne de 3°C par 100 m de profondeur. Dans les zones volcaniques (Islande, Indonésie), ce gradient peut atteindre 15-30°C/100 m. Le noyau terrestre est à environ 6 000°C.
2Origine de la chaleur terrestre
La chaleur interne de la Terre provient de trois sources :
- Chaleur résiduelle de la formation de la planète (accrétion, il y a 4,5 milliards d'années) — environ 20 %.
- Désintégration radioactive des isotopes du manteau et de la croûte (uranium-238, thorium-232, potassium-40) — environ 50 %.
- Friction marée gravitationnelle et différenciation chimique — 30 %.
Le flux géothermique moyen à la surface est de 87 mW/m², soit 0,3 PW pour toute la Terre : bien plus que la consommation énergétique humaine (≈ 18 TW).
3Types de géothermie
| Type | Température | Profondeur | Usage |
|---|---|---|---|
| Très basse énergie | < 30°C | 0-200 m | Pompes à chaleur, géothermie résidentielle |
| Basse énergie | 30-90°C | 200-2000 m | Chauffage urbain, piscines, serres |
| Moyenne énergie | 90-150°C | 1000-3000 m | Chauffage, cogénération |
| Haute énergie | > 150°C | 1000-3000 m (zones actives) | Production d'électricité |
| EGS / géothermie profonde | > 180°C | 3000-5000 m | Électricité, potentiel massif |
4Techniques d'exploitation
- Doublet géothermique — un puits de production (eau chaude) et un puits de réinjection (eau refroidie) pour préserver la ressource.
- Pompe à chaleur sol-eau — capteurs horizontaux ou sondes verticales. COP de 3 à 5.
- Flash steam — l'eau très chaude se détend en vapeur qui actionne une turbine.
- Binary cycle (ORC) — la chaleur géothermique vaporise un fluide secondaire à point d'ébullition bas (pentane, isobutane). Permet d'exploiter des températures < 150°C.
- EGS (Enhanced Geothermal Systems) — fracturation de roches sèches chaudes à 5 km de profondeur, circulation d'eau injectée.
5Applications
Les usages de la géothermie sont très variés :
- Chauffage urbain — Paris, Strasbourg, Munich, Reykjavik. La plus grande installation au monde est à Reykjavik : 80 % de la chaleur de la capitale islandaise.
- Chauffage résidentiel — pompes à chaleur géothermiques, rendement 400 %.
- Serres agricoles — tomates, concombres, fleurs aux Pays-Bas, en Hongrie.
- Thermalisme — usage le plus ancien (thermes romains).
- Production d'électricité — surtout en zones volcaniques.
- Balneae, pisciculture, séchage industriel, datacenters.
6Pays leaders
La géothermie haute-énergie se concentre sur les grandes failles tectoniques (Ceinture de feu du Pacifique, rift africain, Islande).
| Pays | Capacité | Part du mix électrique |
|---|---|---|
| États-Unis | 3,9 | 0,4 % |
| Indonésie | 2,4 | 6 % |
| Philippines | 1,9 | 11 % |
| Turquie | 1,7 | 3 % |
| Nouvelle-Zélande | 1,0 | 18 % |
| Kenya | 0,95 | 45 % |
| Mexique | 0,95 | 1 % |
| Islande | 0,75 | 30 % |
| Italie | 0,95 | 1,5 % |
L'Italie a inauguré la première centrale géothermique commerciale au monde à Larderello en 1911. Elle produit encore de l'électricité plus de 110 ans plus tard.
7Enjeux & limites
La géothermie offre plusieurs avantages uniques : production constante (pas de variabilité jour/nuit ni saisonnière), emprise au sol minimale, faibles émissions (45 g CO₂/kWh, parfois plus selon les gaz dissous).
- Ressource localisée — la haute énergie est limitée aux zones tectoniques.
- Sismicité induite — les projets EGS ont provoqué des séismes à Bâle (2006, M3,4) et Pohang (Corée, 2017, M5,5).
- Gaz dissous — H₂S, CO₂, parfois arsenic et mercure dans les fluides géothermiques.
- Coûts d'exploration — risque de forage sec, investissements lourds initiaux.