Géothermie profonde et matières premières critiques

La géothermie permet d’utiliser la chaleur de la Terre afin de la transformer en électricité ou directement comme source de chaleur. Les fluides géothermiques peuvent récupérer et transporter cette énergie vers la surface.

L'analyse de ces fluides permet de mieux comprendre leurs propriétés, leur origine et leur parcours dans le sous-sol, ainsi que leur potentiel d'exploitation. Une analyse précise aide également à prévoir les problèmes opérationnels liés à leur utilisation, tels que les dépôts, la corrosion ou le dégazage, et donc à choisir les installations adéquates en amont de l'exploitation. Elle permet aussi de savoir si les fluides contiennent des matières premières critiques comme le lithium.

L'Office fédéral de l'énergie (OFEN) et l'Office fédéral de topographie (swisstopo) ont publié un guide pour la caractérisation hydrochimique des fluides géothermiques. Ce guide a été rédigé sur la base des connaissances approfondies acquises par la Nagra dans le cadre de sa campagne de forage profond.

Energeiaplus s'est entretenu avec les différents auteurs : Emiliano Stopelli (Senior Specialist Collaboration - Société coopérative nationale pour le stockage des déchets radioactifs - Nagra), Nicole Lupi (spécialiste de la géothermie profonde à l'Office fédéral de l'énergie - OFEN) et Thomas Galfetti (coordinateur des matières premières minérales - Office fédéral de topographie - swisstopo). Ils nous expliquent l'importance de telles analyses pour les futurs projets géothermiques.

Energeiaplus : La géothermie profonde débute en Suisse, l’exploration du sous-sol pour trouver des ressources géothermales exploitables vient de commencer. Pourquoi maintenant ce focus sur les fluides géothermiques et leur composition chimique ?  

Nicole Lupi : Quand on pense à la géothermie profonde, on pense à la chaleur de la Terre et automatiquement à la géologie. Toutefois on oublie souvent que pour exploiter cette énergie il faut d’abord la faire remonter à la surface. Les fluides géothermiques peuvent jouer un rôle crucial dans ce processus. En remontant vers la surface, ces fluides vont subir de nombreux changements de température et de pression qui vont altérer leur composition chimique d’origine. Une analyse hydrochimique systématique de ces fluides permet de caractériser les propriétés du réservoir géothermal, son potentiel et les risques opérationnels éventuellement associés. Selon leur composition chimique, les fluides peuvent engendrer des problèmes opérationnels, comme de la corrosion ou la précipitation de certains composés chimiques qui peuvent détériorer l’intégrité des puits ou encore la performance des installations de surface. La clef est donc d’anticiper ces problèmes pour mettre en œuvre le plus tôt possible les moyens techniques nécessaires pour y remédier. En analysant la composition de ces fluides il est également possible d’avoir de bonnes surprises comme découvrir des concentrations économiquement intéressantes de lithium ou d’autres éléments. C’est pour ces raisons que l’OFEN juge utile de connaître les caractéristiques des fluides géothermiques dès la phase d’exploration.

Diagramme montrant les avantages par rapport aux coûts de l'échantillonnage et de l'analyse des fluides géothermiques

Thomas Galfetti :

Les matières premières dites critiques sont actuellement au centre du discours (géo)politique mondial car elles sont essentielles au développement technologique nécessaire à la transition énergétique et elles présentent un risque particulièrement élevé de pénurie d’approvisionnement. Le lithium par exemple, un élément crucial pour la production de batteries lithium-ion, peut se trouver sous forme dissoute dans les fluides géothermiques comme il a été démontré dans le cadre de nombreux projets d’exploration.  

En l'état actuel des connaissances géologiques, la Suisse ne dispose pas de gisements importants de matières premières critiques qui se prêteraient à une exploitation minière conventionnelle économiquement rentable. Le couplage de la géothermie avec l’exploitation des fluides potentiellement chargés en métaux peut offrir une option intéressante pour contribuer à l’approvisionnement en matières premières critiques qui dépend aujourd’hui entièrement des importations. Des données complètes et fiables sur la présence de matières premières critiques dans les fluides géothermiques font défaut.  

C’est pourquoi swisstopo recommande d’analyser leur composition chimique afin d’évaluer leur potentiel et d’explorer cette opportunité avec un impact limité sur l’environnement et le territoire. 

Energeiaplus : Quelles sont les informations contenues dans ce document et comment l'utiliser ?

Emiliano Stopelli : Notre objectif principal était de développer un outil pratique pour les experts techniques et les autorités responsables de la mise en œuvre ou de la supervision d'un projet. Pour ce faire, il fallait rédiger un document clair qui sensibilise à l'importance de la caractérisation des fluides géothermiques et facilite la détermination de la meilleure stratégie pour l'échantillonnage, l'analyse et la description de ces fluides. Le guide contient une série d'informations facilement accessibles, telles qu'une liste de contrôle pour la caractérisation des fluides géothermiques, des tableaux de bonnes pratiques industrielles pour les méthodes d'échantillonnage et d'analyse, un exemple détaillé de stratégie d'échantillonnage, un modèle pour la collecte des données et des recommandations pour leur interprétation.

Afin de garantir une certaine flexibilité pour chaque projet individuel, chaque phase de projet et chaque contexte (hydro)géologique, plusieurs options d'échantillonnage et d'analyse sont proposées. Parallèlement, la mise à disposition d'un tel guide peut encourager l'utilisation d'approches similaires sur plusieurs projets, garantissant ainsi une qualité élevée et comparable des données collectées et, en fin de compte, la comparabilité des résultats obtenus.

Lors de l'élaboration de ce guide, nous avons fait appel à plusieurs spécialistes travaillant sur des projets en cours ou représentant les autorités dans le domaine de l'exploration géothermique. Ceci afin de s'assurer que nous atteignions notre objectif de créer un outil utile. Nous sommes très reconnaissants de leur contribution. Et nous serions également très heureux de recevoir vos commentaires !

Energeiaplus : Qui peut bénéficier de ce guide ? À qui s'adresse-t-il et à quoi sert-il ?

Nicole Lupi : Notre objectif est que ce document puisse être une base précieuse pour tous ceux qui travaillent dans le domaine de la géothermie profonde. Il s'agit notamment des porteurs de projets pour lesquels une caractérisation hydrochimique précise est indispensable pour le développement et l'exploitation durable des ressources géothermiques. Il a également été conçu pour les cantons, qui sont propriétaires du sous-sol et de ses ressources et qui doivent gérer ces ressources non seulement pour la production géothermique, mais aussi pour toutes les autres utilisations du sous-sol, comme le stockage de chaleur. L'OFEN utilisera également ce document lors de l'évaluation des programmes de travail sur la caractérisation des fluides géothermiques dans le cadre des demandes de subvention pour des projets géothermiques.

Thomas Galfetti : Le Service géologique national de swisstopo est le centre de compétence de la Confédération pour la collecte, l'analyse, le stockage et la mise à disposition de données géologiques d'intérêt national. La standardisation d'une méthode de collecte de données sur les fluides géothermiques, telle que proposée dans ce document, permet de garantir l'obtention de données fiables qui peuvent être systématiquement structurées dans les bases de données de swisstopo, puis réutilisées, par exemple dans le cadre de futurs projets d'exploration.

Le document complet peut être consulté sous le lien suivant : Guideline on the Hydrochemical Characterisation of Geothermal Fluids.

Sandrine Klötzli, Communication, Office fédéral de l'énergie, photo : OFEN