Projet pilote "Geospeicher" : réserve d'énergie hivernale dans le sous-sol de la ville de Berne

Stocker ce dont on n'a pas besoin sur le moment et le ressortir quand on en a besoin : C'est le principe du stockage géologique que le fournisseur d'énergie de la ville de Berne, Energie Wasser Bern ewb, souhaite réaliser près de la centrale énergétique Forsthaus, à la périphérie de Berne. Il s'agit de stocker jusqu'à une profondeur de 500 mètres la chaleur excédentaire issue du traitement des ordures ménagères - comme réserve pour l'hiver. Comment cela doit-il fonctionner exactement ? Et quel sera le rôle de cet entrepôt de chaleur à l'avenir ? Energeiaplus s'est fait présenter le projet.

Ce mardi, les camions à ordures livrent l'un après l'autre des déchets pour le recyclage des ordures. A quelques mètres de là, le site de forage est situé sur une étroite bande entre la centrale énergétique d'ewb et l'autoroute. Entre-temps, la couronne de forage s'est enfoncée dans le sol jusqu'à 500 mètres. C'est à cette profondeur que se trouve la roche dans laquelle la chaleur sera un jour stockée. Il s'agit de couches de grès de la molasse d'eau douce, des dépôts laissés autrefois par les rivières.

De précieuses connaissances géologiques

Forer dans le sous-sol n'est pas sans surprises, même à Berne. Ce n'est qu'à une profondeur de 250 mètres que le foreur a rencontré la roche gréseuse souhaitée. Le modèle géologique l'avait déjà supposé pour une profondeur de 160 à 180 mètres. Les forages fournissent donc aussi des informations géologiques importantes.

Mètre par mètre, les carottes de forage sont stockées dans des boîtes en bois dans un conteneur à côté du lieu de forage. L'exploration du sous-sol fait partie du projet et du mandat de l'Office fédéral de l'énergie. Les connaissances acquises doivent être utiles pour d'autres forages.

Et il y a encore une autre particularité à Berne : Energie Wasser Bern ne fore pas verticalement dans le sol, mais légèrement en biais en direction de la forêt à côté de la centrale énergétique. La chaleur excédentaire provenant de la centrale énergétique sera alors stockée profondément sous cette partie de la forêt.

Images des carottes de forage (morceaux de roche et carottes de grès) et de la forêt

Et c'est ainsi que doit fonctionner le géo-stockage

En été, la chaleur résiduelle de l'usine d'incinération des ordures ménagères, qui s'échappe dans l'air par les cheminées sans être utilisée, doit être exploitée. Cette chaleur doit chauffer de l'eau qui est acheminée en profondeur par le trou de forage central, d'un diamètre d'à peine un demi-mètre. Une fois refroidie, l'eau s'écoule à nouveau vers la surface via les forages secondaires. La chaleur, quant à elle, reste stockée dans le grès poreux.

En hiver, le cycle est inversé. L'eau froide s'écoule en profondeur via les forages secondaires, est réchauffée par la roche chaude et remonte par le forage central, ce qui permet de l'utiliser pour le réseau de chauffage urbain. Le sous-sol doit ainsi servir de réservoir thermique saisonnier, de géo-accumulateur.

Dans une interview vidéo, le chef de projet d'ewb, Urs Spring, explique l'importance de ce projet pour le fournisseur d'énergie de la ville de Berne.

Vidéo urs Spring

Le stockage géologique doit permettre de constituer une réserve d'énergie de 12 à 15 gigawattheures. Ou en d'autres termes : De la chaleur pour environ 1200 à 1500 grands appartements (4½ pièces). Si l'on voulait stocker cette chaleur en surface, il faudrait 200 à 300 silos aux dimensions énormes.

Pour l'instant, l'accumulateur géologique d'ewb est plus un projet de recherche qu'un pilier fixe pour la livraison de chaleur en hiver. Un premier test doit montrer en été si le système peut fonctionner. Ensuite, il sera décidé de la suite à donner aux forages. Le canton a autorisé six forages au total.

Fin 2023, il devrait être possible d'obtenir des informations qualitatives sur le stockage géologique. Si tout se déroule comme prévu, l'accumulateur géologique pourra être intégré au système de la centrale énergétique au plus tôt en 2026. Energie Wasser Bern estime qu'après dix ans d'exploitation, l'accumulateur géologique pourra atteindre une efficacité de 80%. Autrement dit, 80% de la chaleur stockée dans le sol pourra être utilisée efficacement pour le chauffage urbain. Selon ewb, il s'agirait d'un rendement très élevé.

Encadré:1

Comment le projet pilote est-il financé ?

Sur les 33 millions de francs qu'ewb a budgétés pour le stockage géologique, l'entreprise en assume 44 pour cent. L'Office fédéral de l'énergie subventionne le projet pilote à hauteur de 51 pour cent. Les 5 pour cent restants sont couverts par le fonds écologique de la ville de Berne.

Encadré : 2

Berne n'est pas Saint-Gall ou Bâle

Dans le cas de l'accumulateur géologique, les couches de grès situées entre 200 et 500 mètres de profondeur doivent être réchauffées par de l'eau chaude. La profondeur des forages correspond aux forages traditionnels pour les sondes géothermiques.

Le projet bernois se distingue donc des forages tels qu'ils ont été réalisés à Bâle ou à Saint-Gall, où il s'agit de "géothermie profonde". C'est-à-dire des forages jusqu'à une profondeur de deux à cinq kilomètres pour extraire de la chaleur du sol.

En raison de la faible profondeur des forages et d'une géologie différente, les ingénieurs de Berne ne s'attendent donc pas à des secousses sismiques comme celles qui se sont produites à Saint-Gall et à Bâle. Des appareils de mesure sont utilisés à Berne pour contrôler en permanence les effets des forages. En guise de mesures supplémentaires, Energie Wasser Bern applique les normes de sécurité de la technique de forage profond. Outre la saisie permanente des données de mesure les plus diverses, des précautions particulières ont été prises sur et autour du site de forage. Par exemple, le trou de forage peut être fermé automatiquement en cas de besoin et les téléphones portables sont interdits dans le périmètre immédiat en raison de la protection contre les explosions exigée. Car la sécurité passe avant tout.

Quelle est l'importance du projet ? Pourquoi l'Office fédéral de l'énergie supporte-t-il 51% des coûts ? Energeiaplus a posé la question à Christian Minnig. Il est spécialiste de la géothermie à l'OFEN :

Energeiaplus. Quelle est l'importance du projet ewb du point de vue de l'Office fédéral de l'énergie :

Christian Minnig : Le projet d'ewb peut être considéré comme un projet pionnier en matière de stockage de chaleur à haute température en Suisse. Il fournit en outre de précieuses informations sur le potentiel d'exploitation de la géothermie profonde. D'où l'engagement financier important et largement soutenu de l'OFEN.

Les connaissances acquises par ce projet sont très importantes pour évaluer le potentiel de multiplication et de mise à l'échelle de la technologie de stockage. Ces dernières sont nécessaires pour que les coûts des futurs projets se situent dans les dimensions de l'économie de marché.

ewb a budgété 33 millions de francs pour le projet. l'OFEN prend en charge 51% des coûts. De quels fonds proviennent-ils ?

Dans le cadre du projet Forsthaus, l'OFEN soutient différents aspects avec différents moyens :

Une partie du financement passe par le programme Projets pilotes et de démonstration de la recherche énergétique. En effet : de tels accumulateurs géothermiques à haute température peuvent apporter une contribution essentielle à l'équilibre saisonnier durable du système énergétique. Jusqu'à présent, les pics de demande en chaleur sont souvent couverts par des chaudières à gaz. La part du gaz peut être fortement réduite par la construction d'accumulateurs de chaleur, ce qui constitue un élément important pour atteindre l'objectif "zéro net" et réduire la dépendance énergétique vis-à-vis de l'étranger.

L'OFEN a également alloué des contributions d'encouragement à la géothermie pour l'exploration du sous-sol. Ces contributions servent à la recherche de ressources géothermiques exploitables pour une utilisation directe de la chaleur.

Les contributions sont versées par tranches et sont liées à la réalisation d'étapes techniques.

Quel est le potentiel d'autres géosites de ce type en Suisse ? Existe-t-il d'autres projets ?

Le potentiel dépend de différents facteurs. Les premiers projets pionniers fournissent des bases permettant d'estimer le potentiel. Il existe différents types d'accumulateurs de chaleur à haute température et à long terme. Ces accumulateurs soutiennent le couplage sectoriel et favorisent l'équilibre saisonnier, pour autant qu'ils soient chargés avec des excédents de chaleur résiduelle ou de chaleur environnementale qui ne peuvent être évités.

Quel rôle de tels stockages géothermiques peuvent-ils jouer pour l'approvisionnement en hiver ?

Les géo-accumulateurs sont une technologie de stockage thermique à long terme. Ils ont l'avantage de pouvoir utiliser le volume du sous-sol et de pouvoir récupérer rapidement la chaleur. Ils conviennent donc pour compenser les pics hivernaux. Les accumulateurs de chaleur à long terme permettent d'absorber la chaleur résiduelle existante, qui ne peut être évitée, et de l'utiliser lorsque l'offre d'énergie environnementale est plus faible.

Le géo-accumulateur stocke la chaleur, mais il faut surtout plus d'électricité en hiver ? Le stockage géologique peut-il jouer un rôle ?

Grâce au stockage géologique, moins de sources d'énergie stockables doivent être brûlées pour la mise à disposition de chaleur. Celles-ci sont ainsi disponibles pour des applications à haute température dans l'industrie ou pour la production d'électricité. Si les réseaux de chauffage urbain sont également alimentés par des pompes à chaleur, un stockage de chaleur saisonnier peut réduire leur durée de fonctionnement en hiver ou améliorer leur efficacité, ce qui permet de réduire les besoins en électricité, en particulier pendant la période critique de l'hiver.

Brigitte Mader, Communication, Office fédéral de l'énergie