L'énergie géothermique : une énergie verte qui fait fureur

La quête d'une énergie renouvelable de base

Alors que l’énergie solaire et éolienne se développe, nous restons fortement dépendants des combustibles fossiles pour notre mix énergétique mondial, y compris le transport, la fabrication, le transport maritime, la production d’engrais, etc.

Cela est dû en partie à l’énorme soif d’énergie de l’humanité, avec une consommation en constante augmentation depuis les années 1900.

Source: NotreMondeEnDonnées

D’autres facteurs entrent également en jeu. Le premier est que l’énergie solaire et éolienne n’est devenue compétitive que récemment par rapport aux combustibles fossiles. Il reste donc beaucoup à rattraper en termes d’investissement et d’infrastructures énergétiques, et cela prendra des années, voire des décennies.

Un deuxième facteur, plus problématique, est que l’éolien et le solaire sont des sources d’énergie par nature intermittentes.

Ainsi, à mesure qu'ils représentent une part de plus en plus importante du réseau électrique, ils doivent de plus en plus être couplés à des systèmes de stockage d'énergie coûteux, des batteries à l'hydroélectricité pompée ou comprimée, un sujet que nous avons abordé plus en détail dans «L’avenir du stockage d’énergie – Technologie des batteries à l’échelle industrielle" et "Alternatives non chimiques aux batteries pour la transition énergétique. »

Options d'alimentation de charge de base

L’hydroélectricité est peut-être la seule énergie renouvelable de base/livrable à la demande, mais sa portée est limitée par les ressources naturelles et la géographie, la majeure partie du potentiel étant déjà exploitée.

L’énergie nucléaire est une autre option neutre en carbone qui fait son retour. Elle est également efficace pour fournir de l’électricité de base, quelles que soient les conditions météorologiques (bien que la sécheresse puisse réduire la production).

Cela est en grande partie dû à l’innovation technologique, SMR (Petits réacteurs modulaires) à 4^th conceptions de réacteurs de nouvelle génération (suivez les liens pour des rapports complets sur ces sujets). De plus, les entreprises d’IA comme Microsoft conclut des accords dans le domaine de l'énergie nucléaire pour garantir l’approvisionnement en électricité de leurs centres de données d’IA pour les deux prochaines décennies.

Mais l’énergie nucléaire reste controversée, potentiellement dangereuse et peu susceptible de dominer le mix énergétique de nombreux pays sceptiques à l’égard de cette technologie.

Il y a un 4^th forme d’énergie renouvelable, outre l’énergie solaire, éolienne et hydraulique, qui a été peu exploitée jusqu’à présent : l’énergie géothermique.

Énergie géothermique

Toutes les autres formes d’énergie renouvelable sont en fin de compte de l’énergie solaire, y compris l’énergie éolienne et hydraulique (pluie) créées à partir des conditions météorologiques alimentées par le soleil.

L’énergie géothermique est différente : elle est alimentée par des réactions radioactives au cœur de la planète. Cette chaleur émerge lentement des profondeurs de la Terre, ce qui lui confère une stabilité et une prévisibilité remarquables.

Source: California Academy of Sciences

Selon la technologie utilisée, il est même possible de retarder de quelques heures la conversion de la chaleur géothermique en électricité. C'est donc un complément parfait à l'éolien et au solaire, la géothermie pouvant prendre le relais lorsque ces derniers sont sous-performants.

Comme toutes les autres formes d’énergie renouvelable, le potentiel de l’énergie géothermique dépend fortement de la localisation géographique. Il est intéressant de noter que cette énergie peut être située dans des régions pauvres en ressources énergétiques, tant renouvelables que fossiles, comme par exemple en Europe centrale et au Japon.

Source: Journal de la production plus propre

Évaluer le potentiel de la géothermie

L'énergie géothermique dépend de la température des couches rocheuses souterraines. Celle-ci peut varier considérablement, les régions volcaniques ou montagneuses étant beaucoup plus chaudes, ainsi que toute zone soumise à une activité sismique.

Un autre facteur, du moins pour les forages profonds, est la présence d'eau souterraine et la perméabilité de la roche. Plus il y en a, mieux c'est, car cela permet à la chaleur d'être conduite plus rapidement et sur une plus grande distance autour du site de forage.

Dans une étude réalisée en 2020 par le CNR en Italie, intitulée «Prévoir l'adéquation géographique des centrales géothermiques», une carte mondiale du potentiel géothermique a été dressée (voir ci-dessus).

En zoomant sur les USA, on voit que la majeure partie du potentiel géothermique se situe dans l'ouest du pays, certains segments du Texas et de la Louisiane sont également intéressants.

Source: EIA

En Europe, le potentiel géothermique est également important et réparti sur tout le continent. Il est intéressant de noter qu'il est particulièrement important dans les centres industriels de la vallée du Rhin et d'Europe centrale. Le centre de l'Italie a également un potentiel presque aussi élevé que l'Islande, pays notoirement avancé en matière d'énergie géothermique, avec d'autres points notables comme la Corse, le Portugal et la Grèce.

Source: Journal international des flux de chaleur terrestre et de la géothermie appliquée

En Asie, les pays de la « Ceinture de feu » (Japon, Indonésie, etc.) autour de l’océan Pacifique ont le plus grand potentiel.

Échelle de l'énergie géothermique

Lorsqu'on parle d'énergie géothermique, il faut distinguer 3 niveaux de profondeur et donc de complexité technique et énergétique.

Pompe à chaleur peu profonde

Les pompes à chaleur géothermiques sont désormais un système assez répandu dans de nombreux pays. L'idée n'est pas tant d'exploiter l'énergie géothermique que d'utiliser la capacité du sol à rester à une température constante et à avoir une grande inertie thermique.

Si le sol est suffisamment profond, sa température devient la moyenne annuelle. Cela signifie qu'on peut en extraire la chaleur en hiver et le froid en été.

Source: Radio Nationale Publique

Il existe de nombreuses variantes de cette technique, selon la manière dont est construite la boucle permettant d'extraire la chaleur du sol.

Source: GSI

Alors que la plupart des systèmes utilisent une pompe à chaleur pour maximiser le transfert d’énergie et économiser de l’énergie, il est également possible d’utiliser un système géothermique passif, notamment pour chauffer des serres comme nous l’avons vu dans «Serres géothermiques et passives – Réduire les émissions de carbone de l’agriculture ».

Géothermie profonde

Il s'agit généralement d'une extraction de chaleur à des profondeurs de 500 m ou plus (1,640 XNUMX pieds). À ces profondeurs, la température augmente régulièrement à chaque kilomètre de profondeur supplémentaire, en fonction des ressources géothermiques locales.

En Angleterre, le les températures moyennes du sous-sol à 1000 m, 3000 m et 5000 m sont d'environ 40°C, 90°C et 140°C.

En général, les forages de profondeur moyenne, c'est-à-dire « seulement » 1,000 2,500 à 0.6 1.5 mètres (XNUMX à XNUMX mile), sont généralement destinés uniquement à la production de chaleur, par exemple pour chauffer directement des bâtiments ou des installations industrielles, notamment par le biais du chauffage urbain (chauffage centralisé pour un bloc entier par exemple).

Par exemple, l’aéroport de Paris-Orly, en France, extrait 300 mètres cubes d’eau à 74 °C. Cela génère une puissance thermique de 10 mégawatts, réduisant la consommation de combustibles fossiles d’environ 4,000 XNUMX tonnes d’équivalent pétrole par an.

Énergie géothermique ultra profonde

On peut également l’appeler énergie géothermique à haute température.

En dessous de 3,000 XNUMX mètres, le forage peut devenir plus complexe, car la roche commence généralement à dépasser la température de l'eau bouillante, la pression augmente et des machines de forage plus avancées sont nécessaires pour survivre aux conditions extrêmes.

C'est également ici que la chaleur est la plus intense, permettant une production maximale d'énergie, notamment d'électricité.

Source: BGS

Produire de l'électricité grâce à l'énergie géothermique

Bien que l'énergie géothermique soit encore une niche dans la plupart des pays du monde, quelques pays ont démontré le potentiel de l'énergie géothermique dans la production d'électricité. Il s'agit notamment du Kenya (50 % de la production nationale d'électricité), de l'Islande (30 %) et des Philippines (17 %).

Dans certains cas, comme en Islande, on peut même affirmer que l’on pourrait extraire davantage de gaz s’il était possible de l’exporter à l’étranger. De nombreux pays comme les États-Unis, le Japon, la France et l’Italie disposent d’un potentiel géothermique inexploité considérable.

Dans la plupart des cas, l’eau ultra-chaude (> 150 °C) peut être utilisée à la fois pour la production d’électricité et pour la cogénération de chaleur.

Géothermie traditionnelle, améliorée et avancée

Géothermie traditionnelle

La production d’énergie géothermique traditionnelle repose sur la recherche de la situation idéale de roches suffisamment chaudes, d’eau préexistante et d’une perméabilité rocheuse élevée.

C'est certes la situation idéale, mais c'est aussi ce qui a freiné le développement de la géothermie. Le risque de forer sans trouver de roche ou de perméabilité adéquate pourrait faire capoter un projet et engendrer des pertes financières massives.

Le forage géothermique traditionnel n’est donc pas très différent du forage pétrolier, où la géologie souterraine souvent mal comprise détermine la viabilité économique.

Géothermie améliorée

En revanche, les techniques géothermiques améliorées utilisent la « stimulation hydraulique ».

L'idée est d'injecter de l'eau dans les fissures préexistantes de la couche rocheuse afin d'en accroître la perméabilité. La différence avec la fracturation hydraulique dans l'extraction pétrolière et gazière réside dans le fait qu'elle ne nécessite pas la création de fractures supplémentaires (fracturation hydraulique), ni l'utilisation de sables de fracturation pour maintenir les fractures ouvertes.

En théorie, l'énergie géothermique améliorée peut être utilisée partout dans le monde. En pratique, les conditions idéales sont un granit profond recouvert d'une couche de 3 à 5 kilomètres de sédiments isolants qui ralentissent la perte de chaleur et situé dans des régions à haute température.

Cependant, la géothermie améliorée peut considérablement augmenter le potentiel d’activité géothermique et, peut-être plus important encore, générer une production beaucoup plus prévisible.

Source: Pensez à GoeEnergy

Géothermie avancée

Boucles fermées

Certains chercheurs et entreprises souhaitent aller plus loin que la géothermie améliorée. Au lieu d’injecter de l’eau et de la récupérer, ils souhaitent développer un système en boucle entièrement fermée.

Source: Pensez à GoeEnergy

En théorie, un système en boucle fermée pourrait être installé n’importe où, seule la température et la profondeur de la roche locale faisant varier la production d’énergie finale.

Géothermie supercritique

L'idée ici est d'exploiter des roches extrêmement chaudes à 400°C. À ces températures, le liquide du réservoir devrait être supercritique, un état de la matière où les états gazeux et liquide fusionnent.

Les liquides supercritiques peuvent contenir 4 à 10 fois plus d’énergie que les liquides normaux. Ainsi, alors qu'un projet EGS à 200 °C pourrait avoir une capacité de 5 MW, un projet supercritique à 400 °C aurait une capacité dix fois supérieure à 50 MW. Trois puits à 400 °C auraient une capacité supérieure à 42 puits à 200 °C.

L'espace Projet de forage profond en Islande (IDDP) est le projet le plus important dans ce domaine, même s'il n'y a pas eu beaucoup de mises à jour depuis 2022.

Une autre entreprise travaillant sur ce projet est QuaisIls développent une plateforme de forage alimentée par gyrotron à micro-ondes qui vaporise les trous de forage à travers la roche. Ils prévoient d'utiliser cette technologie pour atteindre une profondeur de 20 km et accéder à une chaleur de 500 °C, soit une « énergie à l'échelle du térawatt », avec l'objectif affiché de remplacer toute l'énergie de base par de l'énergie géothermique supercritique.

Extraction de Minéraux

Dans certains cas, l'eau souterraine extraite pour sa chaleur est également riche en saumure dissoute. Ces saumures peuvent être riches en minéraux utiles et, comme le processus d'extraction est déjà effectué, elles fournissent une source de revenus complémentaire au producteur d'énergie géothermique.

Par exemple, l'entreprise Énergie Vulcaine (VUL.AX) cherche à produire de la chaleur et de l'électricité, ainsi que du lithium à partir de saumure souterraine dans la vallée du Rhin (voir plus d'informations sur Vulcan ci-dessous).

Co-génération

La chaleur produite grâce à l’énergie géothermique est généralement utilisée soit comme chauffage pour les logements, soit pour produire de l’électricité.

D’autres applications pourraient toutefois être développées pour maximiser l’utilisation de l’énergie sur place, notamment dans les endroits isolés. Par exemple, elle pourrait servir à dessaler l’eau de mer ou à produire de l’hydrogène et/ou de l’ammoniac, qui pourraient ensuite être exportés là où ils sont nécessaires.

Économie de la géothermie

L'énergie géothermique est globalement une source d'énergie relativement bon marché. Le marché devrait croître de seulement 3.14 % de TCAC au cours de la période 2023-2033.

L’un des avantages de cette technologie est qu’elle s’appuie sur des décennies d’expérience en matière de forage dans l’industrie pétrolière et gazière. En pratique, elle pourrait également constituer un bon moyen de maintenir l’emploi et les compétences techniques des travailleurs du secteur pétrolier pendant la transition verte.

Comparée à d’autres sources d’énergie, la géothermie tient tête à l’énergie solaire et au stockage d’énergie à l’échelle des services publics.

Source: Lazard

Et c'est sans compter que la géothermie pourrait être mieux adaptée aux régions à faible potentiel solaire, ou avec une demande massive de chaleur et d'énergie pendant les hivers froids, lorsque l'énergie solaire produit le moins (comme l'Allemagne, la Norvège et certaines parties de l'Amérique du Nord).

La production d’énergie géothermique peut donc être rentable. Elle nécessite toutefois des investissements initiaux massifs, le retour sur investissement prenant probablement une décennie ou deux.

Il s’agit également d’un type d’énergie verte mal couvert par les subventions, les incitations fiscales et les politiques vertes globales, qui ont historiquement favorisé l’énergie solaire et éolienne (voir le graphique ci-dessus pour voir l’effet des subventions rendant la géothermie plus chère que l’énergie solaire).

Avec le besoin de stockage et les problèmes liés à l’intermittence de l’énergie solaire et éolienne qui sont au premier plan des préoccupations des décideurs politiques, cela pourrait changer.

Avantages et inconvénients de la géothermie

La meilleure énergie verte ?

L’énergie géothermique est véritablement renouvelable, tout en étant facile à produire à la demande et stable tout au long de la journée et de l’année, ce qui en fait un bon équivalent à l’hydroélectricité plus qu’au solaire ou à l’éolien.

Un autre avantage par rapport à toutes les autres énergies renouvelables (y compris l'hydroélectricité) est une empreinte au sol très limitée, la plupart des installations étant invisibles sous terre. Cela conduit à une perturbation écologique et environnementale minimale, là où la même capacité aurait couvert des hectares de panneaux solaires ou d'éoliennes ou sous l'eau d'un barrage.

Source: Wikipédia

Enfin, l’énergie géothermique utilise principalement la technologie de forage utilisée par l’industrie pétrolière et gazière. Il s’agit de la technologie la plus avancée dans les pays occidentaux, réduisant considérablement le risque de dépendance aux chaînes d’approvisionnement situées en Chine, comme dans le cas des panneaux solaires, de l’éolien (aimants en terres rares) et des batteries.

Problème géothermique

L'épuisement des ressources

La chaleur souterraine se reconstitue avec le temps. Cependant, l'extraction de chaleur géothermique peut éliminer la chaleur plus rapidement qu'elle ne s'accumule.

Le taux de production réel devrait donc être calculé soit pour éviter totalement l’épuisement, soit pour tenir compte du fait que les ressources ont besoin d’une pause de production de quelques années/décennies après 30 à 50 ans d’extraction.

Risques de tremblement de terre

Tout forage, en particulier celui qui touche les couches d'eau souterraines profondes, peut théoriquement provoquer des tremblements de terre. Par exemple, Un projet d'énergie géothermique a déclenché un tremblement de terre dévastateur de magnitude 5.5 en 2017 à Pohang, en Corée du Sud.

Ce phénomène est en grande partie dû au même phénomène qui a permis de relier la fracturation hydraulique aux tremblements de terre. En ajoutant des fluides sous terre, le processus lubrifie les couches rocheuses, ce qui facilite leur déplacement.

Dans l’ensemble, ces tremblements de terre ne sont pas énormes mais peuvent être localement destructeurs.

Ainsi, dans certains cas, notamment dans les régions très actives sur le plan sismique, il pourrait être préférable de produire de l’électricité grâce à la géothermie dans des régions relativement éloignées ou inhabitées.

Alternativement, les régions sismiques mais riches en géothermie pourraient bénéficier au mieux de conceptions en boucle fermée, qui ne perturbent pas les roches au-delà du forage initial, ni n'injectent d'eau dans les couches rocheuses souterraines.

Investir dans l'énergie géothermique

Le secteur est encore relativement petit par rapport aux autres énergies renouvelables et évolue rapidement sur le plan technologique.

Cela signifie que de nombreuses startups parmi les plus avancées du secteur sont encore cotées en bourse. Par exemple, l'énergie géothermique en circuit fermé Savourer, géothermie supercritique Quais, ou des fonds accessibles uniquement aux investisseurs accrédités comme Capital de base.

Cela signifie également que certaines entreprises géothermiques avancées, comme Forage en Islande, pourrait n'être qu'une petite partie d'une société de forage pétrolier et gazier beaucoup plus grande (Archer Wells - ARCH.OL dans ce cas).

Cependant, certaines entreprises sont cotées en bourse et accessibles aux investisseurs particuliers. Vous pouvez investir dans des entreprises liées à la géothermie par l'intermédiaire de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver nos recommandations pour les meilleurs courtiers sur ce site en Etats-Unis, Canada, Australie, au Royaume-Uni, et beaucoup d'autres pays.

Si vous n'êtes pas intéressé par le choix d'entreprises spécifiques liées à l'espace, vous pouvez également vous intéresser aux ETF comme le Actions du Global Clean Energy ETF (ICLN), le Fonds indiciel d'énergie verte NASDAQ Clean Edge First Trust (QCLN)ou de la ETF ALPS énergie propre (ACES) pour capitaliser sur la croissance du secteur de l’énergie géothermique.

Entreprises géothermiques

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat est le deuxième plus grand propriétaire et exploitant de centrales géothermiques au monde et la plus grande société cotée en bourse. La société possède des actifs aux États-Unis, au Kenya, en Indonésie et en Amérique centrale et dans les Caraïbes, avec une capacité de 2 GW et 1.23 MW en développement.

Ormat se lance également sur le marché du stockage d'énergie avec 190 MW en ligne. L'entreprise ambitionne d'atteindre une capacité de 1 GW d'ici 2028.

Source : Ormat

L'entreprise vise une forte croissance de sa capacité de production d'électricité, notamment avec des projets en Nouvelle-Zélande et en Indonésie.

C'est également un fournisseur de technologie géothermique, avec 3.4 GW de géothermie installés au fil des ans, ce qui en fait le 3^rd le plus grand fournisseur de centrales géothermiques, derrière Fuji Electric et Toshiba.

La loi sur la réduction de l'inflation soutient les objectifs de croissance agressifs d'Ormat, qui devraient fournir jusqu'à 125 millions de dollars de recettes en espèces par an grâce aux avantages fiscaux.

Source: Ormat

L’énergie géothermique est actuellement un secteur en pleine croissance, mais également encore très conservateur en raison du manque de familiarité avec la technologie pour la plupart des services publics et des entreprises industrielles.

À cet égard, Ormat est bien placé pour capitaliser sur la demande croissante, tout en étant l’un des acteurs les plus établis du secteur.

2. Énergie Vulcaine (VUL.AX)

Vulcan est une entreprise allemande qui vise la production d'énergie géothermique dans la vallée du Rhin tout en extrayant également le lithium de la saumure géothermique.

Le projet vise à produire de la chaleur renouvelable pour 1 million de personnes, suffisamment de lithium pour 1 million de véhicules électriques par an et 1 million de tonnes d’émissions de CO2 évitées par an.

La production de chaleur correspond bien au marché local, l'Allemagne étant riche en systèmes de chauffage urbain s'appuyant actuellement sur le charbon ou le gaz.

La première phase du projet devrait produire 275 GWh d’électricité et jusqu’à 560 GWh de chaleur par an.

Source: Énergie Vulcaine

L'entreprise n'a pas encore produit de lithium mais a déjà conclu des accords d'achat avec Stellantis, Volkswagen, LG, Umicore et Renault. Cela se reflète également dans la structure de propriété, Stellantis détenant 6 % de l'entreprise grâce à un investissement de 50 millions de dollars.

Les ressources en lithium devraient diminuer très lentement, avec une dilution inférieure à 50 % d'ici 2055. La production devrait démarrer fin 2025. Elle devrait également avoir l'un des coûts de production de lithium les plus bas au monde, battant tout le lithium extrait et presque tout le lithium provenant de saumure.

Source: Énergie Vulcaine

Vulcan est un projet plus spéculatif, sans flux de trésorerie significatif attendu avant 2026. Néanmoins, la première production de lithium en 2024 démontre la viabilité du projet, et la perspective de faibles coûts d'extraction allant de pair avec la production d'énergie géothermique est intéressante.

Cela pourrait également réduire l’empreinte carbone des véhicules électriques fabriqués dans l’UE, car actuellement, la majeure partie du lithium est extraite à l’aide de moteurs à combustible fossile et d’installations fonctionnant au moins partiellement aux combustibles fossiles, ce qui fait de Vulcan le seul projet de lithium neutre en CO2 et sans combustible fossile au monde. Il s’agit également de la plus grande ressource en lithium d’Europe.