Chaleur géothermale : la grande oubliée des énergies renouvelables

Et si la France misait en par­tie sur la géo­ther­mie pour atteindre la neu­tra­li­té car­bone ? En février der­nier, le gou­ver­ne­ment pré­sen­tait un plan d’action pour accé­lé­rer son déploie­ment. L’objectif : « Pro­duire en 15 à 20 ans suf­fi­sam­ment de cha­leur pour éco­no­mi­ser 100 TWh/an de gaz, soit plus que les impor­ta­tions en de gaz russe avant 2022. » La pro­gram­ma­tion plu­ri­an­nuelle de l’énergie vise à mul­ti­plier par 2 ou plus les ins­tal­la­tions de pro­duc­tion de cha­leur géo­ther­male entre 2016 et 2028.

La géo­ther­mie exploite la cha­leur du sous-sol¹ : elle est cap­tée et valo­ri­sée sous forme d’électricité ou de cha­leur. Pen­chons-nous sur la pro­duc­tion de cha­leur, l’objectif du gouvernement.

À plus de 200 mètres de pro­fon­deur, la géo­ther­mie pro­fonde basse éner­gie – comme l’aquifère du Dog­ger en Île-de-France – consiste à pom­per puis réin­jec­ter l’eau d’aquifères, des réser­voirs sou­ter­rains. Elle y est réchauf­fée par la dés­in­té­gra­tion natu­relle des élé­ments radio­ac­tifs des roches du sous-sol. La géo­ther­mie pro­fonde haute éner­gie – comme à Soultz-sous-Forêts en Alsace – exploite l’eau natu­rel­le­ment conte­nue dans des roches frac­tu­rées. Ces sites se situent dans des zones vol­ca­niques actives ou encore dans des fos­sés d’effondrement (des struc­tures géo­lo­giques particulières).

À moins de 200 mètres de pro­fon­deur, la géo­ther­mie de sur­face exploite l’inertie du sol, presque insen­sible aux varia­tions de la tem­pé­ra­ture atmo­sphé­rique : elle demeure constante autour de 10–15 °C en France métro­po­li­taine. L’utilisation d’une pompe à cha­leur géo­ther­mique (PACg) est néces­saire : elle valo­rise la dif­fé­rence de tem­pé­ra­ture entre la sur­face et le sous-sol. La cha­leur est récu­pé­rée en pom­pant (puis réin­jec­tant) l’eau sou­ter­raine ou en fai­sant cir­cu­ler un fluide calo­por­teur au sein d’un tuyau dans le sol chaud.

En France, la cha­leur pro­duite par géo­ther­mie pro­fonde ali­mente prin­ci­pa­le­ment des réseaux de cha­leur urbains (au nombre de 59 aujourd’hui) et est uti­li­sée dans des pro­cé­dés indus­triels (2 TWh au total) ou pour chauf­fer des serres. « Avec un plan ambi­tieux de déploie­ment, il serait pos­sible de pro­duire une dizaine de TWh de cha­leur sup­plé­men­taire d’ici 20 ans. », com­plète Mikaël Phi­lippe, res­pon­sable de l’unité Géo­ther­mies et Sto­ckage d’Énergie du BRGM. Elle est par­ti­cu­liè­re­ment inté­res­sante pour ali­men­ter les grandes agglo­mé­ra­tions : elle néces­site l’installation d’un réseau de cha­leur et d’une cen­trale à proxi­mi­té, d’une emprise d’environ 2 000 m². « Il existe de nom­breux aqui­fères non exploi­tés aux res­sources très inté­res­santes, décrit Mikaël Phi­lippe. Nous débu­tons de nou­veaux pro­grammes d’exploration et de recherche pour mieux éva­luer leur poten­tiel. » Ces bas­sins se situent à l’Ouest de Paris, dans le Sud-Est de la France ou dans le bas­sin aqui­tain. La limite ? « L’exploitation de la res­source n’est pos­sible qu’en adé­qua­tion avec le besoin : il est indis­pen­sable que l’aquifère se situe à proxi­mi­té d’une forte den­si­té de popu­la­tion. », répond Mikaël Philippe.

Autre poten­tiel à déve­lop­per : la géo­ther­mie de sur­face. Elle repré­sente la plus grande par­tie de la cha­leur géo­ther­male pro­duite aujourd’hui en France (4,8 TWh). « Nous esti­mons le poten­tiel attei­gnable d’ici 20 ans à 100 TWh, c’est 10 fois plus qu’avec la géo­ther­mie pro­fonde », pré­cise Mikaël Phi­lippe. Son inté­rêt majeur ? Elle est dis­po­nible sur la qua­si-tota­li­té du ter­ri­toire fran­çais, contrai­re­ment à la géo­ther­mie pro­fonde. « La géo­ther­mie de sur­face est par­ti­cu­liè­re­ment inté­res­sante dans les zones d’habitats dis­per­sés moyen­ne­ment denses, ajoute Mikaël Phi­lippe. Sa réver­si­bi­li­té pour pro­duire du froid, grâce aux PACg, est un véri­table atout dans le contexte du chan­ge­ment cli­ma­tique. »

Pour­tant, une très faible part de la consom­ma­tion de cha­leur est four­nie par la géo­ther­mie en France : en 2021, elle s’élève à 1 % de la consom­ma­tion finale². Pour­quoi ? « Elle est peu connue du grand public et des col­lec­ti­vi­tés, décrit Mikaël Phi­lippe. On dénombre éga­le­ment peu d’entreprises de forage sur le ter­ri­toire. Avec l’aide de plu­sieurs struc­tures, nous tra­vaillons à lever ces freins. » Les coûts d’investissement sont éga­le­ment éle­vés, même si l’État sou­tient son déploie­ment à l’aide de dif­fé­rents dis­po­si­tifs (Fonds Cha­leur, MaPri­me­Re­nov’, Coup de pouce chauf­fage). Pour une mai­son indi­vi­duelle, l’Ademe estime³ le coût (hors aides) d’une PACg à 2 731 € TTC/an (ins­tal­la­tion com­prise), contre 2 236 € pour une chau­dière à gaz ou 4 429 € pour un chauf­fage élec­trique. Le cal­cul s’avère cepen­dant dif­fé­rent si la hausse du prix de l’électricité, du gaz et du bois est prise en compte : la géo­ther­mie devient la solu­tion au plus faible coût de fonc­tion­ne­ment. Pour le col­lec­tif et le ter­tiaire, la géo­ther­mie de sur­face est la solu­tion la plus oné­reuse actuellement.

En 2021, la géo­ther­mie repré­sen­tait 1 % de la consom­ma­tion finale de chaleur.

Qu’en est-il à l’international ? Tout le monde a en tête les images de cen­trales entou­rées de vapeur en Islande. En ali­men­tant une tur­bine, la cha­leur géo­ther­male (supé­rieure à 110 °C) sert ici à pro­duire en cogé­né­ra­tion de la cha­leur et de l’électricité. En Islande, en 2013, 29 % de l’électricité est pro­duite avec cette tech­nique et 45 % des bâti­ments sont chauf­fés⁴. Mais l’Islande fait figure de modèle : à tra­vers le monde en 2022, seule 0,37 % de la cha­leur consom­mée est d’origine géo­ther­mique⁵. La pro­duc­tion fran­çaise de cha­leur se monte à 6,7 TWh, contre 82,1 TWh à l’échelle de l’Europe⁶ et 26 000 TWh à l’échelle mon­diale⁷. Concer­nant l’électricité, les États-Unis enre­gistrent la plus grande capa­ci­té de pro­duc­tion (2,5 TWh), sui­vis de l’Indonésie et des Phi­lip­pines⁸. En France, la pro­duc­tion élec­trique se limite essen­tiel­le­ment aux cen­trales de Bouillante en Gua­de­loupe (112 GWh/an) et de Soultz-sous-Forêts en Alsace (12 GWh/an).

« En France, nous notons une accé­lé­ra­tion des pro­jets de pro­duc­tion de cha­leur notam­ment pour les bâti­ments ter­tiaires et les réseaux de cha­leur. », pré­cise Mikaël Phi­lippe. D’après l’Agence inter­na­tio­nale de l’énergie, la Chine et la Tur­quie sont res­pon­sables de la majo­ri­té de la crois­sance de la pro­duc­tion de cha­leur géo­ther­male ces der­nières années. Dans ses pro­jec­tions, l’agence estime que la crois­sance chi­noise devrait se main­te­nir, mais note éga­le­ment que l’Europe est l’un des mar­chés les plus actifs : le conti­nent devrait enre­gis­trer une hausse de 270 % de consom­ma­tion d’énergie géo­ther­male entre 2019 et 2024. 

Anaïs Marechal