Cette chaleur provient du noyau terrestre et de la dégradation naturelle de certains isotopes radioactifs. Le transport de cette chaleur se fait soit par conduction via les roches, soit par les phénomènes volcaniques, soit par le réchauffement et la possible convection d'eaux souterraines. Le gradient terrestre moyen, hors zone volcanique, est de l'ordre de 2-3°C / 100 m. On a donc une température comprise entre 30 et 50°C vers 1-1,5 km de profondeur.
Selon la température disponible, on peut soit utiliser la chaleur (pour les faibles températures), soit produire de l'électricité (pour les hautes températures), soit combiner les deux.
Les quatre potentiels énergétiques de la géothermie
Conformément aux propositions émises par le Geothermal Panel of the European Technology Platform – Renewable Heating and Cooling, les types de géothermie peuvent être classés en fonction de leur contenu énergétique. Cette classification est en lien direct avec le type d'usage possible, mais aussi, dans notre contexte géologique, avec la profondeur.
Notons qu'en dehors des dénominations, cette classification est similaire à celle du Bureau de Recherche Géologique et Minière (BRGM) en France.
La géothermie très basse énergie
La géothermie très basse énergie est définie par l'exploitation d'une ressource (sous-sol ou aquifère à des profondeurs maximales de l'ordre de 500 m) présentant une température inférieure à 30°C. De telles températures ne permettent pas, dans la plupart des cas, une utilisation directe de la chaleur par simple échange. Elle nécessite donc la mise en œuvre de pompes à chaleur qui prélèvent cette énergie à basse température pour l'augmenter à une température suffisante pour le chauffage de bâtiments par exemple.
Le concept de géothermie très basse énergie recouvre des applications qui vont du chauffage de maisons individuelles jusqu'au chauffage par réseau de chaleur. Il se montre particulièrement adapté au chauffage de logements collectifs ou de locaux du secteur tertiaire (hôpitaux, administration, centres commerciaux...). Accessible économiquement, même à des particuliers, la géothermie très basse énergie est déjà en cours de développement en Wallonie.
La géothermie basse énergie
Si l'on accroit la profondeur de forage et grâce au gradient thermique, on peut trouver des sources ayant une température suffisamment élevée (entre 30°C et 90°C) pour un usage direct, via un réseau de chaleur. Ces températures se trouvent chez nous à des profondeurs de 1.000 à 3.000 m.
L'exploitation par l'Intercommunale IDEA du site de Saint-Ghislain depuis un peu plus de vingt ans entre dans cette catégorie.
La géothermie moyenne énergie
A des températures supérieures à 90°C, il devient possible de produire de l'électricité, avec ou sans usage de la chaleur résiduelle.
Même si le Service Géologique américain considère maintenant cette valeur de 90°C comme suffisante, il est actuellement plus rentable de travailler avec des températures de l'ordre de 130°C.
Cette solution est envisageable en Wallonie en accroissant la profondeur de forage jusqu'à atteindre 5.000 m. Considérée comme renouvelable, la production d'électricité à partir d'un procédé lié à la géothermie est continue, ce qui constitue un de ses atouts majeurs.
La géothermie haute énergie
La géothermie haute énergie concerne les températures supérieures à 150°C et permet de remonter de la vapeur directement à la surface.
Son exploitation ne concerne par la Wallonie (ni la Belgique d'ailleurs) car, en l'absence de réservoirs volcaniques, ces températures ne se retrouvent qu'à des profondeurs qui rendent son exploitation économiquement impossible.
Quel est le potentiel géothermique profond dans le monde et en Europe ?
En 2012, la capacité installée en Europe était de 1,71GWe avec une production électrique de 11,38TWh/an. Soit 62 sites installés en EU dont 38 sites en Italie (0,882GWe).
Actuellement, la production d'électricité par la geothermie profonde est dominée par l'Italie et l'Islande. L'Italie a installé près de 900MWe. L'Islande et la Turquie viennent en deuxième position avec respectivement 650MWe et 100MWe. De même la geothermie profonde est en cours de développement en Allemagne (avec plus de 16 projets), la Grèce (13 projets), la France, le Portugal et l'Espagne.
Les perspectives à l'horizon 2019...
In EU : 3,88 GWe
Out EU : 1,43GWe
En France, depuis plus de 20 ans, des scientifiques et ingénieurs travaillent sur le site de Soultz-sous-Forêts, en Alsace du Nord (50 km au nord de Strasbourg), pour faire avancer la connaissance sur la géothermie profonde et mettre au point les techniques d'exploitation de cette chaleur naturelle grâce à ce grand instrument international de développement et de recherche. Le projet de Soultz-sous-Forêts est ainsi, à ce jour, le programme de recherche scientifique le plus avancé au monde dans le domaine de la géothermie profonde.
Ainsi en 2000, la France a installé un projet pilote (soutenu financièrement par l'Ademe, le gouvernement allemand et l'Union européenne) de production directe d'électricité à Soultz-sous-Forêts en Alsace.
Quatre forages profonds ont été réalisés. Trois à plus de 5 000 m sont réunis sur un seul site accueillant également la centrale de production électrique et un à 3 600 m. Trois des forages sont aujourd'hui utilisés. Dans le réservoir, une eau chaude (entre 140 et 200°C) saumâtre circule naturellement.
Les premières retombées de la technologie mise en oeuvre à Soultz sont d'ores et déjà visibles, avec l'apparition de nouveaux projets géothermiques d'exploitation industrielle de la chaleur pour un usage direct et des projets de cogénération chaleur/ électricité.
2,1 MWe de production électrique brute dont 1,5 MW de production nette sur le réseau électrique.
Enfin la Flandre a lancé en 2011, par l'intermédiaire du VITO, son premier projet de production d'électricité par géothermie profonde.
Quel est le potentiel géothermique profond en Wallonie ?
Au stade actuel des connaissances, il est impossible de chiffrer le potentiel exact de la géothermie profonde en Wallonie.
On peut se demander pourquoi, alors que l'exploitation du site de Saint-Ghislain ne présente pas de problèmes majeurs, le potentiel géothermique n'a pas plus été développé dans notre région qui était à l'époque pionnière.
En effet, une connaissance précise du sous-sol profond est encore inexistante car très peu de forages profonds ont été réalisés à ce jour. En outre, si certains forages ont pu traverser la nappe chaude de Saint-Ghislain, ils ne sont pas arrivés, à l'époque entre autres pour des raisons techniques, à atteindre les nappes plus profondes.
En géologie, il n'est possible, sur la base des données récoltées en surface, d'établir des modèles fiables des structures en profondeur que s'ils sont localement validés, à ces profondeurs, par des forages. En outre, aucune compilation de l'ensemble des données existantes n'était disponible.
Afin de pallier ce manque d'information, la Wallonie a lancé un marché public afin d'établir la cartographie du potentiel wallon de la géothermie profonde. Le Service Géologique de Belgique en partenariat avec l'Ulg et un bureau d'étude spécialisé dans les forages ont réalisé l'étude.
Le travail important de recherche en archives et la compilation des données a permis de définir les contours des zones présentant, du point de vue géologique, un intérêt géothermique profond en Wallonie. A cet effet, deux cartes ont été réalisées :
Carte des zones d'intérêt géothermique de grande profondeur en Wallonie de 3000 à 6000 m (PDF-1900 ko).
Carte des zones d'intérêt géothermique de faible à moyenne profondeur en Wallonie de 300 à 3000 m (PDF-1548 ko).
Rapport final plate forme géothermie profonde en Wallonie (PDF-57318 ko).
Quelles sont les obstacles à la géothermie profonde ?
Plusieurs obstacles se dressent depuis toujours à l'encontre de l'exploitation de la géothermie profonde. Ceux-ci résident à plusieurs niveaux : juridique, des risques et incidences potentiels, financier, de l'acceptation sociale...
La Wallonie a lancé une étude afin d'identifier les obstacles au développement de la géothermie profonde sur son territoire et de formuler des pistes de solution pour y remédier. Un consortium porté par le bureau d'études Ecorem travaillant en partenariat avec le Service Géologique de Belgique et le VITO a été chargé, en décembre 2010, de cette mission.
Les résultats de l'étude ont montré qu'il était indispensable de mettre en place un cadre législatif, financier, scientifique et technique en adéquation avec l'exploitation de cette ressource aussi bien au niveau de la stimulation de la mise en œuvre des projets que du contrôle des incidences négatives potentielles et de la préservation de la ressource.
Etude des obstacles à la géothermie profonde (basse et haute énergie) (PDF-8705 ko)
La stratégie du Gouvernement Wallon
Le défi climatique et géostratégique devrait nous conduire, à terme, à tendre vers 100% d'énergie d'origine renouvelable pour couvrir nos besoins énergétiques, et nous oblige à explorer toutes les filières possibles, en ce compris la géothermie profonde.
Lors de sa séance du 14 juillet 2011 le Gouvernement Wallon a validé un cadre incitatif adapté pour le développement de la géothermie profonde en Wallonie. Ce cadre visait, à la mise en place de trois projets pilotes et à la réalisation de différentes étapes (cadre financier, juridique, scientifique, etc.).
Le potentiel géothermique reste cependant à ce jour assez théorique et il devient primordial de pouvoir le chiffrer plus précisément. En effet, une confirmation de cette réserve ne suffit pas si elle n'est pas accompagnée d'une exploitation de la ressource qui, comme l'a montré l'étude sur les obstacles, fait face à des freins importants.
Il convient donc, tout en levant ces obstacles, de caractériser plus précisément notre potentiel régional. Cela se fera au travers de plusieurs chantiers à mettre en place avec trois projets pilotes qui serviront à la fois à chiffrer le potentiel mais aussi à valider le cadre législatif, technique et financier proposé.
Les différents chantiers en cours :
1. Mise en place d'un cadre incitatif financier adapté ;
2. Mise en place d'un cadre législatif adapté ;
3. Mise en place des trois projets pilotes : dans les aquifères calcaires profonds s'étendant entre Tournai et Charleroi et dont une partie se trouve sous le sillon houiller seront soutenus, notamment parce que cette zone est actuellement la mieux connue en Wallonie (par une série de forages profonds et l'activité minière passée).
- Un premier projet de géothermie profonde basse énergie exploitant le potentiel montois en vue d'un usage pour le chauffage urbain collectif par réseau de chaleur. Ce projet a été octroyé à l'Intercommunale IDEA.
Budget RW 3.000.000, 00 €. La prospection géophysique a été réalisée en juin 2012
Un deuxième pilote en géothermie profonde moyenne énergie aux fins de production d'électricité, éventuellement couplé à une exploitation de la chaleur distribuée via un réseau de chaleur. Ce projet a été octroyé à la SA Earthsolution. Budget RW 600.000, 00 €.
La première phase de ce projet, la prospection géophysique, a été clôturée en février 2013.
Un troisième pilote non encore lancé.
4. Mise en place d'un cadre scientifique et technique
Le caractère pionnier de la géothermie profonde en Wallonie et la volonté de s'inscrire dans une véritable durabilité nous conduit à encadrer les projets aussi d'un point de vue scientifique et technique en adoptant des protocoles.
Mise en place des trois protocoles suivants :
Un protocole de suivi scientifique et technique qui aura pour objet de définir les différents critères à suivre avant, pendant et après une exploitation. Il devra aussi établir la composition, les missions et le mode de fonctionnement de l'équipe et des experts indépendants qui seront chargés du suivi des dossiers pour la Région.
Un protocole de surveillance de la sismicité et des mouvements de sol. Il travaillera aussi bien sur l'analyse de risque que sur les impositions d'exploitation.
Un protocole de mutualisation et de partage des informations scientifiques et techniques relatives à la géologie et à l'exploitation de la ressource. Dans le cadre de l'étude cartographique, une plateforme informatique sera mise en place. Elle permettra aux porteurs de projets et aux chercheurs d'accéder à une base de données commune et de l‘alimenter.
5. Mise en place d'un plan de communication
La géologie n'est pas une notion facilement compréhensible pour qui ne l'a pas étudiée or il est connu que ce qui est mal compris fait souvent peur. L'opportunité et les modalités d'un plan de communication seront analysées eu égard aux différents modes de participation citoyenne existants et dans une logique d'anticipation de l'effet Nimby et des groupes de pression « anti ». En outre, une attention particulière sera portée à l'implication des citoyens et des riverains dans le développement des projets.
spw.wallonie.be