Le projet franco-allemand de géothermie profonde de Soultz-sous-Forêts
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- Louise Lavallée
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1 Le projet franco-allemand de géothermie profonde de Soultz-sous-Forêts Nicolas CUENOT & Albert GENTER GEIE Exploitation Minière de la Chaleur Sobriété et efficacité énergétiques 28 novembre 2013, Belfort La centrale géothermique de Soultz
2 Plan Présentation du site géothermique Principaux résultats scientifiques et techniques Quels sont les enseignements (Fossé Rhénan)? Acceptabilité et dissémination Population locale Dissémination scientifique Dissémination industrielle 2
3 Le projet pilote de Soultz (1/2) Histoire et partenariats Plus forte anomalie thermique dans le fossé rhénan Projet Franco-Allemand depuis 26 ans Projet scientifique vers un projet pre-industriel Activité R&D importante, plateforme de démonstration Groupement Européen d Intérêt Economique Exploitation Minière de la Chaleur (GEIE EMC) depuis 2001 Objectifs Exploiter une ressource géothermale à partir de réservoirs nonconventionnels de type granite fracturé Etudier le comportement du réservoir dans la durée pendant l exploitation Programme de R&D co-financé par le consortium industriel et les gouvernements Allemand et Français Exploiter un granite naturellement fracturé Granite fracturé 3
4 Le projet pilote de Soultz (2/2) Tarif d achat Nouvelle tarification en France : décret 23 Juillet 2010 Electricité géothermale 20 c par kwh Bonus pour la chaleur de 8 c par kwh A Soultz, vente d électricité sur le réseau en 2011 Technologie 4 Forages profonds : 200 ο 5 km de profondeur 1 ère centrale géothermique en France métropolitaine Centrale binaire de type ORC (Organic Rankine Cycle) équipée avec une turbine de 1,5 MWe Pompe immergée de production : Pompe à arbre long (LSP) Pump Sediments Granite GPK1 GPK4 Partie hydraulique d une pompe de production GPK2 GPK3 Coupe des puits géothermiques Un puits de production pour plusieurs puits de réinjection 4
5 Le concept géothermique de Soultz Hot Dry Rock Acronyme HDR Exploiter la chaleur des roches dures profondes La température augmente avec la profondeur Indépendant de la localisation (géologie) Créer un échangeur de chaleur artificiel en profondeur Système fermé Enhanced Geothermal System Acronyme EGS Saumure naturelle 100g/l, NaCaCl, ph~5 Granite fracturé et altéré Connexion entre les puits géothermiques et le réservoir par la technique de stimulation Circulation forcée Echangeur de chaleur artificiel Fluide géothermal salé Réservoir large montrant de fluides de même composition Système ouvert 5
6 Cycle de vie d un projet géothermique Concept Sélection du site Forages Stimulation Tests Construction & test de la Centrale Circulation à long terme Abandon du site Fracture sur affleurement À l échelle de la concession Imagerie de puits Structure du nuage microsismique Exploitation de la centrale Démantèlement de la centrale Développement d un projet géothermique 6
7 Résultats scientifiques et techniques 7
8 Le champ pétrolier de Merkwiller - Péchelbronn Interprétation géologique d une coupe sismique par le BRGM Premier sondage pétrolier à la tarière en 1813 > 5000 puits pétroliers dont 90% < 600 m Exploitation en galeries Sismique réfraction : TOTAL 1984 Structure locale : Horst 8
9 Cartographie thermique 50 C à 400 m de profondeur Hass & Hoffmann,
10 Les puits géothermiques profonds
11 Granite à feldspath potassique 7 cm Carotte K21, GPK-1 (3510 m) Monzogranite à Mega FK K-feldspath ou mega-cristaux d orthose de 1 à 4 cm de long La matrice : plagioclase, quartz, amphibole et biotite Minéraux accessoires sont : magnetite, apatite, titanite, zircon, allanite, leucoxene Age : 333 Ma 11
12 Illite et calcite dans le granite fracturé 50mm Puits GPK m Puits GPK1 K5-20 1mm 12
13 Profils thermiques dans les puits Conduction Temperature Logs Equilibrium GPK-2 GPK-3 GPK Grès du Trias Granite Paléozoique true vertical depth [m] Convection Granite altéré fracturé temperature [ C] Conduction Circulation naturelle dans des zones fracturées et altérées Grès fracturés 13
14 Sismicité induite - Stimulations hydrauliques Plusieurs milliers de microséismes pour chaque stimulation Magnitudes : -2 M 2.9 Plusieurs séismes ressentis Magnitudes maximales : GPK2 (2000): 2.6 GPK3 (2003): 2.9, 2.7 GPK4 (2004): 2.0 GPK4 (2005): 2.6
15 Conséquences pour la population nombreux appels téléphoniques (plaintes ou demande d informations) plaintes auprès des autorités locales (individuels ou associations) articles dans des journaux locaux environ 70 plaintes pour dommages présumés sur des habitations, ayant donné lieu à des expertises de la part des compagnies d assurance 10 plaintes liées au séisme du 10/07/2000 de magnitude 2,6 48 plaintes liées au séisme du 11/06/2003 de magnitude 2,9 risque de forte opposition au projet à long terme 15
16 Résultats techniques 16
17 La centrale de production électrique Unité de conversion ORC 1.5 MWe Echangeurs de chaleur Turbine & génératrice Aérocondenseur Séparateurs GPK2 + pompe LSP GPK3 (réinjection) GPK4 (réinjection) Filtres Echangeurs de chaleur secondaires
18 0 Challenges pendant l exploitation : réservoir Suivi de la centrale Mesures in situ dans les puits Sismicité induite Sismologie Modélisation du réservoir Modélisation 3D / Exploration Performance du réservoir Monitoring physico-chimique 1,3,5-tsn concentration (µg/l) /05/10 00:00 31/05/10 00:00 30/06/10 00:00 30/07/10 00:00 29/08/10 00:00 28/09/10 00:00 Time (day) Test de traçage Fluide géothermal Suivi micro-sismique Activité micro-sismique Réinjection à basse pression Amélioration de la production Modélisation des traçages en milieu fracturé Modélisation 3D 18
19 Réservoir : circulation hydraulique et sismicité induite En 2010, pression en tête de puits ~50 bar, > 400 µséismes En 2011, pression en tête de puits ~20 bar, < 10 µséismes
20 Challenges pendant l exploitation : technologie Technologie Centrale Corrosion Scaling Pompe de production Echangeur de chaleur, filtres ORC, aérothermes Corrosion Scaling : dépôts Echangeur de chaleur Pompe de production 20
21 Pompe immergée de production Forte abrasion avec des débits > 23 l/s Partie hydraulique Impulseurs Granite broyé (cuttings) Amélioration technologique : matériau noble 21
22 Challenges pendant l exploitation : environnement Bruit Vibrations Radioactivité naturelle Turbine Système de refroidissement Environment Bruit Vibrations Radioactivité naturelle Impact paysager Filtres, tuyaux Mesures sur site de radioprotection 22
23 La radioactivité naturelle La circulation géothermale se fait dans un granite fracturé, roche naturellement radioactive Scaling dans les tuyaux de surface Scaling observés dans la partie froide de la centrale dans les filtres et les échangeurs (partie réinjection, 70 C-20 b) Dépôts de Barito-Celestite (Ba, Sr) SO 4 et Galène (PbS) Barytine et sulfures Principaux radioisotopes sont le Radium ( 226 Ra) dans les sulfates et le plomb ( 210 Pb) dans la galène Campagnes régulières de radioprotection sur les installations géothermiques (résultats envoyés à l ASN) Signalisation spécifique Mesures de radioprotection mises en place pour les travailleurs (zonage des installations, dosimétrie, ) Dosimétrie Scaling impactent l efficacité thermique et générent des déchets et des coûts 23 Solution : programme R&D avec des inhibiteurs de dépôts
24 Leçons apprises à Soultz Forer à 5km est-ce trop profond? Température est atteinte (200 C) Faible 5km Importante activité sismique induite pendant les phases de stimulation avec qq séismes de magnitude élevée Fossé Rhénan Cible géothermique réaliste : 2 et 3.5 km de profondeur Température ~ C Perméabilité liée au système de fracture naturel Plus faible activité sismique Technologie Doublet ou triplet (2 injecteurs pour 1 producteur) Fiabiliser les technologies de pompage Nouvelles cibles géothermiques dans le fossé rhénan 24
25 Acceptabilité et dissémination 25
26 Acceptabilité et géothermie profonde : enquête Radioactivité Pollution Bruit Villages de Kutzenhausen et Soultz Eté 2012 Accord des 2 mairies Enquête avec 80 questions 203 interviews Impact paysager Sismicité Retour positif de la population locale 26
27 Acceptabilité et géothermie profonde : résultats 35% 30% 25% 20% < 30 ans 15% 10% 30 <age< 60 ans 5% > 60 ans 0% Les nuisances les plus importantes : bruit et sismicité induite
28 Dissémination dans la communauté scientifique 244 publications à comité de lecture 760 présentations à des conférences 137 étudiants (51 PhD - Doctorat) Juin 2010 Dec. 2006
29 Laboratoire d Excellence G-EAU-THERMIE-PROFONDE EOST/IPGS/CNRS (Strasbourg Univ) Directeur Dr. Jean Schmittbuhl 8 ans de R&D sur la géothermie profonde avec l appui du Groupe ES et du GEIE EMC 2 M /8 an pour des thèses, de la R&D et de la formation R&D : Exploration (géophysique), Réservoir, Observatoire en géothermie Formation : LMD, Ecole de Géophysique, Création d un Master spécialisé Premier Labex sur la géothermie en France 29
30 Dissémination à une large audience Site Internet trilingue : Allemand, Anglais et Français Soultz Geothermal Conference 150 participants Environ 2000 visiteurs par an Scolaires, Universités, Industriels, politiques Grand Public, Associations,. 30 Strasbourg Univ. 07 Nov 2012
31 Les projets EGS industriels dans la vallée du Rhin Landau 3MWe + chauffage logements Landau Soultz Insheim Bruchsal Rittershoffen Insheim 4.8MWe Soultz-sous-Forêts 2.2MWe Rittershoffen 24MWth (en cours d évaluation) «hot spot» géothermique (<50km)
32 Merci pour votre attention 32
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