Nouvelle étude : utiliser au mieux les eaux souterraines à des fins énergétiques

en Suisse, 80 pour cent de l'eau potable provient des eaux souterraines. Mais l'eau souterraine est aussi une source d'énergie thermique importante. Elle peut être utilisée comme source de chaleur ou comme réservoir. Une étude commandée par l'Office fédéral de l'énergie a examiné le potentiel d'utilisation de la chaleur dans les eaux souterraines - et plus précisément dans les roches meubles. Les résultats sont également disponibles sous forme de jeu de géodonnées.

L'étude arrive à la conclusion suivante : Dans les roches meubles suisses, les eaux souterraines offrent un grand potentiel, mais celui-ci est encore loin d'être épuisé. L'étude arrive à un potentiel énergétique de 17 TWh. Ceci en supposant que la ressource constitue un système fermé, qu'il n'y a donc pas d'échange thermique et que les eaux souterraines ne se régénèrent pas non plus. Or, dans la réalité, la pluie, la neige ou les apports souterrains influencent la ressource en eau souterraine et ses caractéristiques.

Les auteurs de l'étude ont calculé le potentiel à l'aide des jeux de géodonnées disponibles des cantons et de la Confédération. Cependant, tous les cantons ne disposent pas d'informations comparables sur les ressources en eau souterraine. C'est pourquoi seul un potentiel théorique a pu être calculé.

Néanmoins, on s'attend à ce que l'utilisation des eaux souterraines pour la chaleur ou le stockage gagne en importance - et pas seulement dans les roches meubles. Des projets de ce type existent déjà aujourd'hui : Ewb, le fournisseur d'énergie de la ville de Berne, met par exemple en œuvre un projet pilote pour un tel stockage de chaleur saisonnier près de l'usine d'incinération des ordures ménagères. Les propriétés et les caractéristiques des eaux souterraines pour une utilisation thermique dans la région de Berne font actuellement l'objet d'études plus approfondies afin de définir d'autres sites possibles. Autre exemple pratique : le groupe horloger Swatch-Omega utilise l'aquifère situé sous son siège principal à Bienne pour chauffer et refroidir plusieurs bâtiments. L'aéroport de Zurich a lancé un projet visant à utiliser un aquifère profond comme réservoir saisonnier.

Les eaux souterraines sous nos pieds sont-elles donc une mine d'or pour la production ou le stockage de chaleur ? Quels sont les défis posés par l'exploitation thermique de cette ressource digne de protection ? Energeiaplus pose la question à Pierre Christe. Il est spécialiste des énergies renouvelables à l'Office fédéral de l'énergie (OFEN).

Energeiaplus : Les eaux souterraines peuvent déjà être utilisées efficacement en combinaison avec des pompes à chaleur pour chauffer ou refroidir des bâtiments ou dans l'industrie. Les eaux souterraines sont-elles une sorte de mine d'or dans le sol ?

Pierre Christe est spécialiste des énergies renouvelables à l'Office fédéral de l'énergie ; Image : OFEN

Pierre Christe : Grâce à une utilisation optimisée, les eaux souterraines pourraient à l'avenir apporter une contribution essentielle à la réalisation de l'objectif "zéro net".

Les aquifères sont parfaitement adaptés au stockage d'énergie thermique. Dans ce cas, la chaleur excédentaire de l'été est stockée temporairement dans le sous-sol et remise à disposition pendant le semestre d'hiver. Seule ou en combinaison avec un réseau de chauffage urbain, cette technologie peut contribuer à l'approvisionnement de régions et de zones entières et réduire de manière idéale les besoins en électricité en hiver.

Les eaux souterraines sont déjà utilisées comme source de chaleur, voir l'exemple de Swatch-Omega à Bienne ou de l'aéroport de Zurich : que faut-il pour que ces cas ne restent pas isolés ?

De bonnes bases de planification ainsi que de bonnes conditions-cadres. Le recensement cartographique et l'inventaire des nappes phréatiques par les cantons sont donc une priorité. C'est la condition la plus importante pour pouvoir confirmer, à partir du potentiel théorique d'utilisation de la chaleur, les potentiels techniquement et économiquement réalisables. Dans ce contexte, les cartes des eaux souterraines sont un instrument précieux pour les autorités d'exécution, tant pour la gestion des eaux souterraines que pour l'évaluation d'autres activités ayant un impact sur les eaux souterraines. Des connaissances bien fondées permettent de concilier à long terme les exigences élevées en matière de protection et d'utilisation. Des bases pertinentes représentent en outre une plus-value pour les requérants : Les projets peuvent être optimisés très tôt lors de la planification et de la mise en œuvre, ce qui a une influence positive sur l'ensemble de la procédure d'autorisation.

L'eau potable provient à 80% d'eaux souterraines. Comment cela est-il compatible avec l'utilisation comme source d'énergie ? Quelle est la priorité ?

L'utilisation de l'eau souterraine pour la chaleur ou comme stockage à proximité d'un captage d'eau potable n'est pas compatible. La protection et l'approvisionnement en eau potable sont toujours prioritaires dans ce cas. Dans les nappes phréatiques dites exploitables, il serait toutefois tout à fait possible d'optimiser l'utilisation thermique des eaux souterraines, et plus généralement du sous-sol, en supposant un cadre adéquat et des conditions claires.

L'accès amélioré et cohérent à des bases hydrogéologiques représentatives serait ici décisif, ce qui garantirait la sécurité de la planification et favoriserait la compréhension nécessaire entre le requérant, l'autorité d'exécution et les éventuels tiers. Les exigences de protection et d'utilisation des eaux souterraines sont parfois difficiles à mettre en balance. Il est donc important d'avoir une vue d'ensemble des ressources disponibles pour définir les objectifs à court et à long terme.

Seul le potentiel des couches de roches meubles a été examiné, mais pas celui des couches dites "aquifères" Les aquifères fissurés ou karstiquesn. Pourquoi ? Y aurait-il donc encore plus de chaleur dans le sous-sol qui pourrait être exploitée ?

Oui, on peut le supposer. Malgré l'obligation faite aux cantons de publier et d'actualiser en permanence les cartes de protection des eaux, la documentation systématique des aquifères karstiques et fissurés présente encore souvent des lacunes. La saisie systématique est en effet exigeante dans ce domaine. Des cartes des eaux souterraines, représentant entre autres les conditions géologiques, les nappes phréatiques, leur épaisseur et le sens d'écoulement des eaux souterraines, seraient un outil important. L'élaboration de telles cartes nécessite toutefois des données régionales et souvent l'accès à des modèles d'eaux souterraines, qui ne sont malheureusement pas toujours disponibles ou qui nécessitent un travail considérable.

Une affirmation de l'étude est surprenante : selon l'étude, les eaux souterraines de cette couche sont épuisées au bout de 40 ans. La chaleur contenue dans les eaux souterraines n'est-elle donc pas vraiment une source d'énergie renouvelable ?

Non. Cette affirmation provient d'une simplification importante dans la méthode de calcul, selon laquelle les eaux souterraines seraient une ressource "statique" dans le sous-sol, c'est-à-dire un système fermé. Or, dans le cycle naturel de l'eau, il y a une recharge de la nappe phréatique. Des processus d'échange continus et des interactions avec l'atmosphère (pluie et neige), l'hydrosphère (rivières) et la lithosphère (affluents souterrains) permettent donc une régénération continue de la ressource en eau souterraine. Lors de l'utilisation thermique, comme lors d'autres utilisations pour l'eau potable, l'agriculture ou l'industrie, il faut cependant toujours veiller à ce que l'on ne prélève pas plus dans les eaux souterraines que ce qui leur est fourni, c'est-à-dire que les eaux souterraines puissent se renouveler. En d'autres termes, la chaleur des eaux souterraines est certes renouvelable, mais elle doit être gérée de manière durable.

Que sont les aquifères de roches meubles ?

Les aquifères en roches meubles sont composés de dépôts de sable et de gravier changeants. Le gravier a été transporté et sédimenté au cours du dernier million d'années sous l'action des glaciers, des rivières et des lacs. Grâce aux différentes granulométries et structures de dépôt, les eaux souterraines s'accumulent et s'écoulent à travers des pores. La vitesse d'écoulement est généralement de quelques mètres par jour, en fonction de la pente et de la perméabilité. La plupart des grandes vallées des Alpes et du Plateau sont remplies de tels types de dépôts. Ils contiennent les principales nappes phréatiques exploitées de Suisse.

(Source : https://www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/wasser/publikationen-studien/publikationen-wasser/wegleitung-grundwasserschutz.html et https://www.geologieportal.ch/de/themen/grundlagen-der-geologie/quartaergeologie.html.

Texte/interview : Brigitte Mader, Communication Office fédéral de l'énergie
Carte : Swisstopo - Géoinformation