La Géothermie ou l énergie de la Terre : Potentiels, challenges et perspectives
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- Roland Duval
- il y a 8 ans
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1 La Géothermie ou l énergie de la Terre : Potentiels, challenges et perspectives FIG2007 Albert GENTER et Fabrice BOISSIER Festival International de Géographie 2007 FIG07 Saint Dié 06 octobre 07
2 Plan 1 - Géothermie : l énergie de la Terre 2 - Géothermie (PAC) et SIG 3 - Potentiel géothermique en France 4 - La géothermie du futur FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 2
3 La géothermie est plurielle FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 3
4 Unités thermiques > unité : 1 : 10 0 > kilo : 1000 : 10 3 > méga : : 10 6 > giga : : 10 9 > téra : : > Joule (SI) : Travail, chaleur, énergie produit par une force de 1 New. sur 1 m > calorie : 4.18J : énergie pour élever 1 g d eau (à 15 C, 1 At m) de 1 C > thermie : 10 6 * calorie : énergie pour élever 1 m 3 d eau de 1 C > kw SI : 0,86 * thermie : Puissance système énergétique transfert 1J/s > kwh : énergie produite par un appareil de 1 Kw pendant 1heure > 1 tep = th FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 4
5 Quel avenir pour les EnR? 2010 EnR : Energies Renouvelables FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 5
6 Le débat sur l énergie (1) - Des scénarios tendanciels convergents :. En 2020, la consommation mondiale d énergie primaire serait de Mtep;. Elle serait produite à 89 % par des combustibles fossiles alors que les EnR n interviendraient que pour 8 % et le nucléaire pour 3 % ;. Ce «mix» énergétique conduirait à une émission globale de 10 GteqC, chiffre en augmentation de 72 % par rapport à celui de 1990 (5,8 GteqC) ;. Alors à la fin de ce siècle, le réchauffement de planète pourrait s établir entre + 1,4 et 5,8 C. tep : tonne équivalent pétrole FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 6
7 Le débat sur l énergie (2) GIEC : Groupe d experts Intergouvernemental sur l Evolution Climatique FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 7
8 Le débat sur l énergie (3) - En ce qui concerne la France, un des scénarios retenu, S1 - «société de marché», indique à l an 2020 :. Une consommation totale d énergie primaire de 322 Mtep (3 745 TWh / 13,5 EJ) ;. Produite par le mix énergétique suivant : - Pétrole : 39,2 % - Gaz naturel : 25,5 % - Charbon : 3,4 % - Nucléaire : 23,4 % - EnR : 8,5 %. Soit un appel à ~ 68 % aux énergies fossiles FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 8
9 Chaleur géothermale : les objectifs de croissance Réseaux de Chaleur Dogger IDF 105 ktep +200% 150 ktep 300 ktep Réseaux de chaleur autres 25 ktep +100% 35 ktep 50 ktep Géothermie intermédiaire 50 ktep +200% 75 ktep 150 ktep PAC géothermale domestique 32 ktep X ktep 400 ktep TOTAL 210 ktep 400 ktep 900 ktep PAC : Pompes à chaleur FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 9
10 Place de la géothermie parmi les EnR >La géothermie est la seule source d EnR à flux continu (24h/24 ; 7j/7) s adressant aux deux grandes filières énergétiques : La production d énergie électrique ; La production de chaleur (du réseau de chaleur pour le chauffage urbain au chauffage individuel) FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 10
11 Classement des filières géothermiques par usage FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 11
12 La production de chaleur : les usages directs Élevage d esturgeons en Aquitaine Ferme de crocodiles au Nevada Piscine à Budapest Chauffage des serres horticoles FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 12
13 Température et sous-sol La température augmente avec la profondeur Premières mesures en par forage en Suisse en 1832 à 220 m de profondeur (3,4 C/100m) Mines, tunnels, cavités Augmentation de température est dépendante du contexte géologique FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 13
14 Énergie de la croûte terrestre 140 millions EJ emmagasinés dans les 5 premiers km de la croûte terrestre Le gradient géothermique 2 modes de dissipation de la chaleur : 50 /100m Convection: 0,6 à 1 MW / Km2 Conduction : 60 à 100 kw / Km² Modifié de Geothermal Education Office FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 14
15 Température et Gradient géothermique Zones stables: 30 C/km Zones actives: 500 C/km FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 15
16 Typologie de la géothermie FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 16
17 Les Pompes A Chaleur : PAC Géothermie très basse énergie FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 17
18 Le principe de la PAC Un fluide frigorigène circule à l état liquide dans un circuit fermé. En récupérant les calories de la source de chaleur environnante, il passe à l état gazeux par le biais d un détendeur et d un évaporateur. Ce gaz est ensuite comprimé, ce qui a pour effet d augmenter sa température. Cette chaleur est ensuite transmise au vecteur d émission de chauffage. Enfin, en se condensant, il retourne à son état initial. Une PAC permet de produire 4 kwh de chaleur en consommant 1 kwh d électricité C est le COP : Coefficient de Performance Consommation pour une maison de 100 m 2 à Annecy Fuel Gaz propane Gaz naturel Géothermie 786 /an / an 658 / an 317 / an (Source «nature attitudes» valeurs 2003) FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 18
19 Les différents types d exploitation Profondeur T ( C) Concept 0,5 à 1,5 m C Capteurs horizontaux 1 à 10 m 1 à 20 m 10 à 100 m 50 à 100 m (ou plus) 50 à 100 m (ou plus) > 100 m m C C C C C C Puits Canadiens (galerie horizontale) Géostructures Fondations thermoactives PAC sur aquifère superficiel Sondes verticales Champs de sondes Capteurs profonds FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 19
20 Exemples de réalisations Investissement 85 (TTC) par m 2 chauffé 135 (TTC) par m 2 chauffage + rafraîchissement Fonctionnement 2,3 à 3,5 (TTC) par m 2 /an Investissement 145 à 185 (TTC) par m 2 chauffé Fonctionnement 2,3 à 3,5 (TTC) par m 2 /an FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 20
21 Le boom sur les installations des PAC FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 21
22 Nombre d unités PAC vendues / an PAC : Pompes à Chaleur % neuf France % (Source AFPAC) Suisse % (Source Suisse GTh) Suède % (Source EHPA) Comparaison de la part des P.A.C. Géothermiques en chauffage dans le neuf (2002) FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 22
23 2- Géothermie et SIG > Système d Information Géographique > Atlas Géothermie Région Centre > Atlas Géothermie Ile de France > Basse énergie : Dogger FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 23
24 Géologie et aquifères superficiels en France FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 24
25 Atlas des potentiels géothermiques NPC HNO PIC BNO IDF ADEME / ARENE / EDF CHA LOR ALS BRE Atlas terminés (1) En cours de réalisation (3) En cours de montage (8) Contacts pris (6) R.A.S. (7) PAL POC CEN ADEME / CR BOU FRC LIM AUV RHA GUADELOUPE DOM - TOM AQUI MPY ADEME / ARPE / FEDER LRO PACA MAYOTTE pré-inventaire CG PO CSC FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 25
26 FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 26
27 Atlas Géothermique Région Centre Site Internet Ademe-BRGM Démonstration en séance Nvs.exe FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 27
28 Atlas géothermiques en IDF >Les critères géologiques retenus >Profondeur de la nappe : ce critère permet de déterminer la profondeur du forage à réaliser et donc le coût d investissement. >Epaisseur de la nappe : ce critère permet de déterminer le débit exploitable pour un rabattement donné >Hydrochimie de la nappe : pouvoir incrustant ou corrosif des nappes >Température de la nappe : dimensionnement thermique >Transmissivité : débit exploitable FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 28
29 Atlas géothermique : Aquifère de l Éocène moyen et inférieur Transmissivité Épaisseur Profondeur Hydrochimie FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 >> 29 20
30 FIG07 Saint Dié 06 octobre 07
31 Carte géothermique des aquifères dans les bassins FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 31
32 Le Dogger géothermique du bassin parisien FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 32
33 La boucle géothermale et les aquifères traversés Schéma d une boucle géothermale FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 33
34 Les installations géothermiques en IDF FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 34
35 Chauffage urbain par réseau de chaleur géothermique > 29 réseaux de chaleur équivalent-logements économie de Tep évite le rejet de T CO 2 /an > Impact thermique Implantation alternée Optimisation durées de vie Optimisation des échanges thermiques (surface balayée) Périmètres d influence thermique et de protection Document ADEME AGEMO FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 35
36 Dogger : Carte des températures FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 36
37 Dogger : Carte des transmissivités relatives FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 37
38 Dogger: Carte d exploitabilité : Carte multicritères = température * transmissivité FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 38
39 Les années de la géothermie BE en France FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 39
40 Géothermie haute énergie FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 40
41 Haute énergie en image Krafla, Islande Toscane, Italie Piton de la Fournaise, La Réunion Octobre 2000 Pitons de Bouillante, Guadeloupe FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 41
42 La production d électricité : Bouillante (Guadeloupe) 5.3MWe Sulphur Springs FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 42
43 Centrale de Bouillante Bouillante 1 : 25 GWh Bouillante 2 : 72 GWh -> 10% des besoins de l île FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 43
44 Schéma d un gisement géothermique HE FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 44
45 Vue générale de Bouillante FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 45
46 La production d électricité : Bouillante (Guadeloupe) FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 46
47 Géothermie du futur EGS (Enhanced Geothermal System) FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 47
48 Partenaires Industriels Groupement d Intérêt Economique European Exploitation Minière de la Chaleur Partenaires Scientifiques DHM: CREGE, ETH Zürich, Polydynamics Zürich - Others: Geowatt, Armines FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 48
49 Europe et Agences gouvernementales Europe France Allemagne FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 49
50 Le potentiel du futur : Les roches chaudes de socle FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 50
51 FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 51
52 Le prototype de Soultz FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 52
53 Contexte géologique Forages de Soultz Cenozoic sediments 1.4km Soultz site Jurassic+ Triassic sediments Granite Horst structure Forages intra graben Proximité faille rhénane présence d un horst FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 53
54 Carte du site Toit du granite 1418m Légère déviation vers le Sud Since 1987: EPS1 carotté puits d exploration GPK1 tests d injection GPK3 puits d injection 700m 700m BHT=200 C GPK2 et GPK4 Puits de production FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 54
55 Géologie profonde du Fossé Rhénan > Méthodologie : > Caractérisation du réseau de fractures : imagerie de paroi Pétrographie et altérations hydrothermales : cuttings, carottes et diagraphies Modèle géologique du bâti profond : Deux granites (datations U/Pb) Failles normales : graben Zones fracturées et hydrothermalisées siège de circulations de fluides FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 55
56 Potentiel EGS en Europe < 60 C C C C C C C C C > 240 C Répartition des températures à 5 kilomètres FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 56
57 Cycle de conversion : «Organic Rankine Cycle» Centrale Géothermique en construction : 1,5 MWe FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 57
58 Pour en savoir plus > Sur Internet : > BRGM : > SEMHACH : > ADEME : > Suisse Energie: > GEIE EMC : > Bibliographie : > La Géothermie, une énergie d avenir, «une réalité en Ile de France, Jean Lemale, Florence Jaudin, BRGM-ADEME, p. > La Géothermie, Collection Les Enjeux des Géosciences, BRGM-ADEME FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 58
59 Informations et promotion de la géothermie (appui Ademe) Inventaires géothermiques régionaux Gestion des ressources géothermiques FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 59
60 Merci de votre attention FIG07 Saint Dié 06 octobre 07 > 60
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