Géothermie - l'énergie des profondeurs

Sous nos pieds se trouve une source d'énergie qui ne dort jamais. Depuis des millénaires, les hommes utilisent cette chaleur, d'abord pour se soigner et se détendre dans les bains thermaux et aujourd'hui, en plus, pour produire de la chaleur, du froid et de l'électricité. Mais comment la Suisse est-elle passée des thermes romains aux projets de forage modernes ?

Qu'est-ce que la géothermie ?

La géothermie est une énergie stockée dans la terre sous forme de chaleur. Le mot géothermie vient du grec et signifie "chaleur de la terre". Pour pouvoir utiliser cette énergie, la chaleur doit être extraite des entrailles de la terre et remontée à la surface. Cela se fait généralement avec de l'eau qui se réchauffe au contact des roches chaudes du sous-sol. La géothermie peut être utilisée aussi bien pour la production ou le stockage de chaleur que pour la production d'électricité.

La température augmente avec la profondeur. La géothermie est donc divisée en géothermie peu profonde ou proche de la surface et en géothermie profonde. Jusqu'à environ 400 mètres de profondeur, on parle de géothermie peu profonde, et en dessous, de géothermie profonde. Entre 400 et 2.000 mètres, les températures se situent en moyenne entre 20 et 70 degrés Celsius, parfois plus localement. L'eau chaude peut parfois remonter à la surface par des fissures et des fractures dans la roche, mais elle doit généralement être exploitée au moyen de forages profonds. L'eau provenant de cette profondeur est principalement utilisée pour les bains thermaux et la production de chaleur. Si l'on fore encore plus profondément, on atteint en Suisse des températures de plus de 130 degrés Celsius à partir de 4'000 mètres de profondeur. A partir de ces températures, la chaleur peut être utilisée pour produire de l'électricité.

Des Romains à la première ampoule électrique

L'utilisation de la géothermie a une longue histoire, en particulier en Suisse sous la forme de bains thermaux. L'utilisation de l'eau chaude est une tradition mondiale et millénaire. Les Romains utilisaient déjà la chaleur des entrailles de la terre sous la forme de chauffages au sol et de bains thermaux. Dans l'Empire romain, les bains thermaux étaient utilisés comme centres de santé et lieux d'échanges sociaux. La grande importance des thermes se reflète dans les cartes routières importantes, où l'emplacement de différents bains thermaux était indiqué. Dans l'actuelle ville de Baden, dans le canton d'Argovie, par exemple, un bain thermal a été construit par des légionnaires romains au cours de la deuxième décennie après le changement d'époque. Plus tard, Baden est devenue la plus importante station thermale d'Europe germanophone.

L'idée de produire de l'électricité à partir de la géothermie est en revanche relativement récente. En 1904, les cinq premières ampoules électriques alimentées par l'énergie géothermique ont brillé à Larderello, en Toscane, en Italie. Une turbine alimentée par de la vapeur géothermique était reliée à une dynamo et produisait, pour la première fois dans l'histoire, de l'électricité à partir de l'énergie des profondeurs de la terre. Ce n'est que dans les années 1970, suite à la crise pétrolière, que la géothermie pour la production d'énergie a commencé à faire parler d'elle en Suisse, à l'époque encore sous le nom d'"énergie alternative". Afin de mener une recherche et un développement systématiques de la géothermie, la Commission fédérale pour la géothermie et le stockage souterrain de chaleur (CFGS) a été créée le 22 septembre 1975. La commission spécialisée était financée par l'Office fédéral de l'énergie (OFEN), c'est ainsi que s'appelait l'actuel Office fédéral de l'énergie (OFEN) à l'époque.

La PBC soutenait la recherche et le développement de la géothermie en Suisse et entretenait des échanges étroits avec l'Agence internationale de l'énergie (AIE), fondée en 1974. Le 20 avril 1990, la Société suisse pour la géothermie (SSG) a été fondée. Cette association sectorielle devait renforcer les relations publiques et les contacts avec les autorités. Grâce à ces impulsions, la géothermie proche de la surface avec pompes à chaleur s'est fortement développée en Suisse depuis les années 1980 et cette évolution se poursuit encore aujourd'hui.

La Suisse, leader mondial

La Suisse possède un potentiel géothermique théoriquement important, qui est aujourd'hui déjà fortement exploité, principalement à faible profondeur, pour l'utilisation de la chaleur au moyen de sondes géothermiques. La Suisse a l'une des plus fortes densités de sondes géothermiques au monde, qui sont principalement utilisées pour le chauffage des habitations. Pour mettre en service une pompe à chaleur à sondes géothermiques, des forages sont généralement nécessaires dans une zone de 150 à 250 mètres de profondeur. A des profondeurs plus importantes, le potentiel géothermique est encore peu exploité en Suisse. Ainsi, il n'existe à ce jour aucune centrale géothermique en Suisse pour la production d'électricité.

Il existe toutefois des projets pionniers réussis dans le domaine de l'exploitation de la chaleur à grande profondeur : Le réseau de chauffage urbain de Riehen, près de Bâle, est par exemple alimenté depuis 1994 par de la chaleur provenant de 1,5 kilomètre de profondeur et a ainsi joué un rôle de pionnier, y compris en Europe. L'un des principaux obstacles au développement de la géothermie profonde est que le sous-sol profond de la Suisse n'est que très mal et ponctuellement connu, ce qui représente un risque important pour les projets correspondants. Pour réduire ce risque, des investissements importants dans des mesures d'exploration du sous-sol sont nécessaires. L'OFEN soutient ces mesures de manière substantielle par le biais de subventions.

Une énergie qui ne se tarit jamais

Par le passé, plusieurs projets de géothermie ont déjà été lancés en Suisse, mais tous n'ont pas pu être menés à bien. en 2006 à Bâle et en 2013 à Saint-Gall, des forages profonds pour des projets géothermiques ont provoqué des tremblements de terre sensibles, raison pour laquelle les projets ont été stoppés. Le forage profond de l'hôpital Triemli à Zurich en 2010 n'a pas trouvé l'eau chaude escomptée. Le forage a dû être complété par une sonde géothermique profonde au prix d'une perte d'efficacité. Lors de l'exploration de ressources souterraines, y compris géothermiques, il est normal que tous les forages n'aboutissent pas. De tels échecs font partie du processus d'exploration, au cours duquel le sous-sol est systématiquement exploré à la recherche de ressources économiques.

Une exploration réussie a par exemple eu lieu au siège de Swatch-Omega, où l'eau souterraine est utilisée comme réservoir de chaleur pour le chauffage et le refroidissement. Un autre exemple de forage exploratoire réussi est celui de l'aéroport de Zurich. Des forages exploratoires y ont été réalisés sur trois sites afin de confirmer la faisabilité technique d'un stockage de froid et de chaleur dans le sous-sol. Un important projet d'avenir est en cours à Haute-Sorne, dans le canton du Jura. Des forages ont été effectués à plus de 4'000 mètres de profondeur dans le sous-sol. Une centrale géothermique devrait y être raccordée au réseau à partir de 2029 et fournir de l'électricité à 6'000 ménages. Il s'agirait de la première centrale géothermique de Suisse.

Pour savoir où en est la géothermie aujourd'hui, nous avons demandé à notre spécialiste compétent en géothermie, Christian Minnig, de nous en dire plus.

Energeiaplus : Quelles innovations technologiques pourraient faire progresser la géothermie de manière décisive au cours des dix prochaines années ?

Christian Minnig est responsable de la géothermie à l'Office fédéral de l'énergie. Image : OFEN

Le développement de la géothermie dépend moins de percées technologiques révolutionnaires que de l'application systématique de technologies éprouvées au bon moment. L'essentiel est que les décideurs compétents utilisent les meilleures solutions disponibles. L'innovation reste toutefois importante, notamment pour augmenter la rentabilité et réduire la dépendance vis-à-vis du soutien de l'État.

Quelle est l'importance des nouvelles technologies de forage pour la rentabilité et la sécurité des projets de géothermie profonde ?

Les nouvelles technologies de forage peuvent améliorer considérablement la rentabilité des projets en réduisant les coûts et en rendant les processus plus efficaces. Mais la rentabilité et la sécurité des projets géothermiques dépendent en premier lieu de spécialistes expérimentés, d'une organisation de projet professionnelle et d'autorités d'exécution efficaces. La technologie est un outil - le succès dépend de son utilisation compétente.

Quel est le potentiel de la géothermie profonde pour l'approvisionnement énergétique de la Suisse dans le cadre des perspectives énergétiques 2050+ ?

Dans les perspectives énergétiques 2050+, le potentiel de la géothermie profonde a été chiffré à environ 2 TWh. Une actualisation des perspectives énergétiques est actuellement en cours. Une chose est sûre : la géothermie reste un élément pertinent pour l'avenir énergétique.

La géothermie profonde pourrait-elle un jour prendre une part importante dans la production d'électricité en Suisse ?

A moyen terme, cela dépendra fortement du succès du procédé technologique des Enhanced Geothermal Systems (EGS) aux Etats-Unis et de sa transposition en Suisse. Ce procédé consiste à faire circuler de l'eau à travers des fissures créées artificiellement dans des roches profondes chaudes et pauvres en eau, afin de rendre l'énergie thermique utilisable pour la production d'électricité et de chaleur. En Suisse, le projet de Haute-Sorne joue un rôle clé dans ce domaine : si le projet réussit et présente une trajectoire de réduction des coûts crédible, la géothermie profonde pourrait à moyen terme apporter une contribution importante à l'avenir énergétique. Une mise à l'échelle se ferait principalement en sous-sol et n'aurait que peu d'impact sur le paysage - un avantage certain.

À long terme, d'autres concepts inédits, tels que le procédé des systèmes géothermiques en boucle fermée (CLGS), pourraient également conduire à une percée. Il s'agit d'un procédé dans lequel un fluide caloporteur circule dans un circuit de tuyaux fermé et est chauffé par conduction thermique à partir du sous-sol environnant, sans contact direct avec les couches rocheuses. Mais pour l'instant, il est encore un peu spéculatif de savoir si cette technologie conduira effectivement à une percée. Toujours est-il qu'à l'occasion de la Sainte-Barbe, le 4 décembre, l'information a été publiée selon laquelle de l'électricité a été injectée pour la première fois dans le réseau en Allemagne grâce à cette technologie. Sainte Barbe est, entre autres, la patronne des foreurs et des géologues. Si ce n'est pas un bon signe ?

Quels sont les principaux obstacles au développement de la géothermie profonde en Suisse ?

Comme il y a encore peu d'expérience dans la réalisation et la réglementation de tels projets, les risques organisationnels et réglementaires sont considérables. Le risque de découverte est également important pour la plupart des projets. On désigne par là l'incertitude de savoir si les forages géothermiques permettront d'exploiter un réservoir en quantité et en qualité suffisantes pour être économiquement exploitables. Ces facteurs doivent être abordés afin de faire progresser le développement.

Quel rôle joue l'acceptation par la population dans le succès des projets de géothermie profonde ?

L'acceptation est décisive. En Suisse, il y a peu d'expérience en matière de projets de forage profond, ce qui peut rapidement entraîner des craintes et une résistance si l'information est insuffisante. Même des projets techniquement excellents peuvent échouer à cause de cela. C'est pourquoi les projets et les autorités d'exécution doivent disposer des compétences techniques et être en mesure de les communiquer afin de convaincre la population que les risques éventuels sont maîtrisés.

Quelles sont les mesures nécessaires pour que la géothermie profonde perce en Suisse ?

La géothermie est fondamentalement attractive - le défi réside surtout dans les conditions-cadres. Des mesures devraient simplifier et harmoniser les procédures d'autorisation, créer une sécurité juridique et d'investissement, ainsi qu'augmenter les compétences techniques et la qualité, tant au niveau de la mise en œuvre que de l'exécution réglementaire. Il en résulte un environnement dans lequel les projets peuvent être planifiés et les risques calculés.

L'objectif est clair : la géothermie est déjà un pilier important de l'approvisionnement en chaleur, mais il faut exploiter tout son potentiel. La stratégie énergétique 2050 lui attribue également un rôle important dans l'approvisionnement en électricité. Sous nos pieds se trouve une source d'énergie qui ne se tarira jamais. Notre culture, notre passé, notre présent et notre avenir lui sont liés, des thermes romains de Baden aux pompes à chaleur géothermiques modernes, en passant par les applications innovantes pour la production d'électricité comme en Haute-Sorne.

Cet article de blog sur la géothermie est le coup d'envoi d'une série de blogs sur l'histoire des énergies renouvelables, avec un focus sur la Suisse. Vous en saurez plus sur l'histoire des énergies renouvelables dans les prochains articles sur l'énergie hydraulique, l'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque.

Mattia Pesolillo, stagiaire universitaire en communication, Office fédéral de l'énergie (OFEN)

Image : keystone-sda ; Peter Klaunzer, 612764787