Énergie
Géothermie : une énergie renouvelable issue de la chaleur terrestre
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À la recherche d’une électricité renouvelable disponible en continu
Malgré la croissance du solaire et de l’éolien, l’approvisionnement énergétique mondial dépend encore largement des combustibles fossiles. Cela comprend les transports, l’industrie, le transport maritime et la production d’engrais, au-delà de la seule électricité.
La hausse de la population, de l’activité industrielle et de la consommation a contribué à l’augmentation de la demande énergétique depuis le XXe siècle.
Source : OurWorldInData
Dans de nombreux marchés, les nouvelles installations solaires et éoliennes sont compétitives. Remplacer les équipements existants et développer les réseaux ainsi que les ressources complémentaires exige toutefois du temps et des investissements.
Leur production varie avec l’heure et la météo. Cette variabilité doit être gérée à l’échelle du système électrique, avec ses autres moyens de production et de flexibilité.
Les solutions comprennent le stockage, les réseaux et la gestion de la demande. Les options sont abordées dans « Le futur du stockage d’énergie : les batteries à l’échelle du réseau » et « Les alternatives non chimiques aux batteries pour la transition énergétique ».
Production continue et production pilotable
L’hydroélectricité peut ajuster sa production dans de nombreuses situations, mais dépend des ressources en eau et des contraintes géographiques et environnementales. Elle n’est pas la seule renouvelable capable de produire en continu : la géothermie le peut également.
Le nucléaire produit une électricité à faibles émissions sur son cycle de vie et relativement continue. Les arrêts de maintenance et la disponibilité de l’eau de refroidissement peuvent affecter son fonctionnement.
Les nouvelles approches comprennent les SMR, petits réacteurs modulaires, et les réacteurs de quatrième génération. Les liens proposent des présentations détaillées. En 2024, Microsoft a conclu un accord d’achat d’électricité lié à un projet de redémarrage nucléaire (MSFT ). Sa réalisation dépendait notamment des travaux et des autorisations.
La place du nucléaire varie selon les pays et dépend de la sûreté, des déchets, du financement, des délais et de l’acceptation publique.
Le solaire, l’éolien et l’hydroélectricité ne sont pas les seules ressources : une autre option renouvelable encore relativement peu exploitée est la géothermie.
Énergie géothermique
Le Soleil est la source principale du solaire, du vent et du cycle de l’eau. Toutes les renouvelables ne sont cependant pas d’origine solaire : les marées dépendent notamment des interactions gravitationnelles.
La géothermie utilise la chaleur interne de la Terre, issue à la fois de sa formation et de la désintégration radioactive dans les roches. Elle ne provient pas uniquement de réactions au niveau du noyau.
Source : California Academy of Sciences
Certaines installations peuvent moduler leur production ou utiliser un stockage thermique pour compléter le solaire et l’éolien. Cette flexibilité dépend du réservoir et du système ; elle n’est pas identique partout.
La ressource utile dépend du lieu, de la profondeur, de la température et de la technologie. L’Europe centrale et le Japon présentent des possibilités, mais chaque site exige une étude spécifique.
Source : Journal Of Cleaner Production
Évaluer le potentiel géothermique
La température des roches et le flux de chaleur sont déterminants. Les régions volcaniques peuvent être favorables, mais toute zone montagneuse ou sismique n’offre pas nécessairement un bon projet.
Dans les systèmes conventionnels, la présence de fluide et la perméabilité permettent le transport de chaleur par circulation. Les systèmes fermés ont des besoins différents.
Une étude de 2020 de chercheurs liés au CNR italien, « Prévoir l’aptitude géographique des centrales géothermiques », a présenté une carte mondiale de potentiel. Elle ne remplace pas la confirmation d’un réservoir sur place.
Aux États-Unis, les ressources conventionnelles de haute température sont surtout présentes dans l’Ouest. Certaines régions du Texas et de Louisiane offrent aussi des possibilités pour des usages ou techniques spécifiques.
Source : EIA
En Europe, l’Islande, l’Italie et la vallée du Rhin figurent parmi les régions présentant des ressources. Le potentiel de chauffage direct et celui de production électrique sont distincts ; une carte ne garantit pas la rentabilité.
Source : International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics
En Asie, plusieurs pays de la ceinture de feu du Pacifique, comme le Japon et l’Indonésie, disposent de ressources importantes de haute température.
Profondeur et usages de la géothermie
On peut distinguer applications superficielles, profondes et très profondes. Les seuils de profondeur ne sont pas universels.
Pompes à chaleur géothermiques de faible profondeur
Les pompes à chaleur géothermiques utilisent la température relativement stable du sol pour chauffer ou rafraîchir un bâtiment. Cette technique se distingue de la production électrique avec des ressources profondes et chaudes.
À une profondeur suffisante, les variations quotidiennes et saisonnières s’atténuent. La pompe à chaleur peut extraire de la chaleur en hiver et transférer celle du bâtiment au sol en été.
Source : nPro
Les installations peuvent utiliser des boucles horizontales ou verticales, et parfois de l’eau souterraine en circuit ouvert. Le choix dépend du terrain et des conditions locales.
Source : GSI
La plupart utilisent une pompe à chaleur alimentée en électricité. Certains usages permettent une régulation plus passive, comme dans « Géothermie et serres passives : réduire les émissions agricoles ».
Énergie géothermique profonde
Certaines classifications parlent de géothermie profonde à partir d’environ 500 mètres. La température augmente généralement avec la profondeur, mais le gradient varie selon la géologie.
Selon le British Geological Survey, au Royaume-Uni les températures moyennes à 1 000, 3 000 et 5 000 mètres sont d’environ 40°C, 90°C et 140°C. Ces valeurs ne remplacent pas des mesures locales.
Certains réservoirs situés vers 1 000–2 500 mètres servent au chauffage direct de bâtiments ou de procédés industriels, notamment via des réseaux de chaleur. La profondeur adaptée varie selon le site.
L’aéroport de Paris-Orly fournit un exemple avec environ 300 mètres cubes d’eau par heure à 74°C. L’installation était décrite avec quelque 10 mégawatts thermiques et une économie annuelle estimée à 4 000 tonnes équivalent pétrole.
Géothermie très profonde et de haute température
Profondeur et température ne sont pas équivalentes. En zone volcanique, une température élevée peut être accessible à une profondeur moindre.
La température, la pression et les contraintes mécaniques compliquent le forage profond. Dépasser 100°C ne signifie pas forcément que l’eau bout, car son point d’ébullition dépend de la pression.
La production électrique dépend de la température, du débit, du procédé et de la gestion durable du réservoir, pas uniquement de la profondeur.
Source : BGS
Produire de l’électricité avec l’énergie géothermique
La géothermie occupe une place importante dans l’électricité du Kenya, de l’Islande et des Philippines. Les parts varient selon l’année et le périmètre ; des pourcentages de dates différentes ne sont pas directement comparables.
De nombreux pays ont des ressources supplémentaires, mais leur exploitation exige exploration, financement et infrastructures. Une exportation d’électricité nécessite aussi des connexions adaptées.
Certains réservoirs permettent de produire à la fois électricité et chaleur. Des centrales à cycle binaire fonctionnent aussi sous 150°C ; il n’existe pas un seuil unique pour tous les procédés.
Géothermie conventionnelle, stimulée et avancée
Géothermie conventionnelle
La production conventionnelle nécessite une température suffisante, des fluides naturels et une perméabilité adaptée.
Le risque d’exploration porte sur la température, le débit et les propriétés du réservoir, non sur l’absence de roche. Un résultat insuffisant peut rendre le projet non viable.
Comme dans d’autres activités de forage, les incertitudes géologiques pèsent sur les coûts et la viabilité.
Systèmes géothermiques stimulés
Les systèmes géothermiques stimulés, ou EGS, créent ou améliorent une circulation de fluide dans des roches chaudes peu perméables.
La stimulation hydraulique peut ouvrir des fractures existantes et en créer de nouvelles. L’utilisation de matériaux de soutènement dépend du procédé. Affirmer que les EGS ne créent jamais de fractures serait inexact.
Les EGS élargissent les ressources accessibles, mais ne sont pas économiquement adaptés à tous les endroits. Température, coût du forage, contraintes rocheuses, eau et risques environnementaux comptent.
Le débit, la stabilité du réservoir et la performance durable doivent être confirmés par les essais et l’exploitation.
Source : ThinkGeoEnergy
Géothermie avancée
Circuits fermés
Dans un circuit fermé profond, le fluide circule dans des conduites étanches et reçoit la chaleur des roches sans devoir circuler dans leurs fractures.
Source : ThinkGeoEnergy
Le circuit fermé réduit la dépendance à la perméabilité naturelle. Son rendement et son économie dépendent encore de la température, de la conductivité thermique, de la profondeur, de la longueur des conduites et du coût de forage.
Géothermie supercritique
L’eau pure devient supercritique au-delà d’environ 374°C et 22,1 mégapascals, les deux seuils devant être dépassés. La seule température ne suffit pas et les fluides salins peuvent se comporter différemment.
Une température et une pression élevées peuvent augmenter la production par puits. Les comparaisons de puissance multipliée par dix dépendent du débit et du système étudié ; ce n’est pas un résultat garanti pour tout puits supercritique.
L’Iceland Deep Drilling Project (IDDP) est un programme de recherche majeur dans ce domaine. Les résultats et la fiabilité des équipements doivent être évalués selon les puits.
De son côté, Quaise développait un forage par ondes millimétriques. En 2024, atteindre environ 20 kilomètres et 500°C relevait d’objectifs de développement, pas d’une capacité commerciale démontrée.
Extraction de minéraux
Certains fluides géothermiques contiennent des minéraux dissous pouvant apporter une recette complémentaire. Leur extraction nécessite cependant des procédés et coûts supplémentaires.
Par exemple, Vulcan Energy (VUL.AX) développait dans la vallée du Rhin un projet associant géothermie et extraction de lithium de saumures.
Cogénération
La chaleur géothermique peut être utilisée directement, convertie en électricité ou valorisée en cogénération.
Le dessalement ou la production d’hydrogène et d’ammoniac sont d’autres usages possibles. Chaque application exige son propre bilan énergétique et économique.
Économie de la géothermie
Le coût varie selon le site et la technologie. Un rapport commercial prévoyait une croissance annuelle composée de 3,14 % entre 2023 et 2033. C’est une prévision de marché, pas une trajectoire technologique certaine.
Les compétences de forage du pétrole et du gaz peuvent être transférées à la géothermie et offrir de nouvelles activités aux travailleurs du secteur.
Certains projets peuvent concurrencer le solaire couplé au stockage. Une comparaison doit intégrer disponibilité, financement, réseau et conditions locales.
Source : Lazard
Une forte demande de chauffage peut favoriser la géothermie. Une faible ressource solaire ne garantit toutefois pas un réservoir géothermique exploitable à bon coût.
L’exploration et le forage exigent souvent un investissement initial important. Le délai de récupération varie ; dix ou vingt ans ne constituent pas une règle générale.
Les aides et avantages fiscaux dépendent du pays, du projet et des règles d’éligibilité. On ne peut pas supposer que la géothermie ne reçoit jamais de soutien.
Le besoin d’électricité et de chaleur à faibles émissions peut accroître l’intérêt pour la géothermie.
Avantages et inconvénients de la géothermie
Une ressource renouvelable disponible en continu
Une installation bien gérée peut produire de manière stable. Sa flexibilité et la durabilité du réservoir dépendent de sa conception et de son exploitation.
L’emprise au sol peut être relativement réduite. Il faut néanmoins évaluer les accès, les puits, les conduites, l’eau, le bruit, les fluides et les émissions éventuelles de gaz.
Source : Wikipedia
L’expérience industrielle existante élargit les options d’équipement et de services. Elle ne supprime pas la dépendance aux chaînes d’approvisionnement mondiales.
Les défis de la géothermie
Gestion durable du réservoir
Le flux de chaleur terrestre se poursuit, mais une extraction locale trop rapide peut faire baisser la température ou la pression du réservoir.
Le débit de production et la réinjection doivent tenir compte de cette évolution. La durée de vie et le temps de récupération varient ; aucune pause identique après 30–50 ans ne s’impose à tous les sites.
Risques sismiques
Les variations de pression et de contraintes souterraines peuvent induire de la sismicité. Le séisme dommageable de magnitude 5,5 à Pohang, en Corée du Sud, en 2017 a été lié à un projet géothermique.
L’injection peut réduire la contrainte effective sur une faille et faciliter son glissement. Le risque dépend de la géologie et des conditions d’exploitation.
Beaucoup d’événements induits sont très petits, mais tous ne sont pas sans danger. L’évaluation doit aussi considérer les événements moins probables et plus graves.
Le choix du site doit intégrer population, failles, sismicité et surveillance. Un lieu éloigné réduit certains dommages potentiels sans supprimer le risque géologique.
Les circuits fermés peuvent réduire certains risques liés à l’injection dans les roches. Le forage, les effets thermiques et l’intégrité des puits restent à évaluer.
Investir dans l’énergie géothermique
Le secteur est plus petit que les grandes filières renouvelables, tandis que de nouvelles technologies de forage et de réservoir se développent.
En 2024, plusieurs entreprises étaient privées, dont Eavor pour les circuits fermés, Quaise pour le forage profond, et l’investisseur géothermique Baseload Capital. Une entreprise privée n’est pas une société cotée ; l’accès à son capital peut être limité.
Les services géothermiques peuvent aussi appartenir à des groupes plus larges. Iceland Drilling était liée à Archer (ARCH.OL). Le groupe n’est pas exclusivement exposé à la géothermie.
Certaines entreprises liées au secteur sont cotées. Ce site propose des informations sur les intermédiaires aux États-Unis, au Canada, en Australie, au Royaume-Uni et dans d’autres pays. Les produits et conditions d’accès varient.
Parmi les ETF généralistes d’énergie propre figurent iShares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) et ALPS Clean Energy ETF (ACES). Ils ne sont pas exclusivement géothermiques : leurs positions, frais et risques doivent être examinés.
Entreprises géothermiques
1. Ormat Technologies, Inc.
Ormat est un acteur établi de la production et des technologies géothermiques. Sa présentation de 2024 décrivait un portefeuille de production d’environ 1,2 GW. La capacité de ses actifs doit être distinguée de celle des centrales fournies à des clients.
ORA Graphique du prix
Ormat développait aussi le stockage, avec environ 190 MW en service dans sa présentation de 2024 et un objectif proche de 1 GW pour 2028. Les MW mesurent la puissance, les MWh l’énergie stockée.
Source : Ormat
La société cherchait à développer ses actifs et ses ventes d’équipements. Les projets de clients en Nouvelle-Zélande ou en Indonésie ne sont pas nécessairement des centrales lui appartenant.
Les équipements d’Ormat ont servi à plusieurs gigawatts d’installations. C’est un fournisseur important, mais les classements dépendent du critère et de l’année. Ces capacités ne sont pas toutes détenues par Ormat.
Les incitations de l’Inflation Reduction Act peuvent soutenir les projets éligibles. Les recettes fiscales prévues dépendent de l’exécution et de leur monétisation ; elles ne sont pas des paiements annuels garantis.
Source : Ormat
Les clients industriels et énergétiques demandent des preuves de ressource, de coût et de fiabilité. L’évaluation et la construction peuvent donc prendre du temps.
L’expérience d’Ormat lui donne une base pour de nouveaux projets, sans supprimer les risques de coût, de ressource, d’exécution ou de financement.
2. Vulcan Energy (VUL.AX)
Vulcan Energy est cotée en Australie et développe son principal projet dans la vallée du Rhin supérieur, en Allemagne. Elle vise à produire chaleur, électricité et lithium à partir de saumures.
La vision du projet comprenait du chauffage pour environ un million de personnes, du lithium pour un million de véhicules électriques par an et une réduction des émissions. Il s’agissait d’objectifs, pas de production réelle en 2024.
Les réseaux de chaleur allemands constituent un marché potentiel. Les ventes dépendent des raccordements, contrats et conditions de fourniture.
La première phase prévoyait environ 275 GWh d’électricité et jusqu’à 560 GWh de chaleur utile par an. Ce sont des volumes annuels d’énergie, non une puissance installée en MW.
Source : Vulcan Energy
Vulcan avait signé des accords d’achat avec Stellantis, Volkswagen, LG, Umicore et Renault. Stellantis a investi 50 millions d’euros en 2022 pour environ 8 % du capital ; cette part peut évoluer. Les accords ne prouvent pas une production commerciale déjà atteinte.
Les prévisions de concentration du lithium, de coûts et de calendrier dépendent des modèles, du financement et de l’exécution. Des coûts très bas annoncés ne sont pas des résultats garantis.
Vulcan a annoncé du chlorure de lithium dans son installation d’optimisation en avril 2024, puis de l’hydroxyde de lithium en novembre. Il s’agissait d’étapes de démonstration et de qualification, non de la preuve d’une rentabilité commerciale à grande échelle.
L’énergie géothermique peut réduire les émissions de la production de lithium. La marque « Zero Carbon Lithium » et les affirmations de la société doivent être évaluées avec l’ensemble du cycle de vie et les procédés effectivement utilisés.
