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Utilisations possibles de l'énergie géothermique par l'Homme

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Objecitf(s)
Comment l’Homme peut-il exploiter l’énergie produite par le globe terrestre ?
Pour produire son énergie, l’Homme utilisait préférentiellement les roches fossiles jusqu’à la fin du XXe siècle. Aujourd’hui, leurs stocks s’épuisent et leur utilisation excessive depuis l’ère industrielle a fortement participé au bouleversement climatique conduisant à un réchauffement important de la planète.
L’Homme dispose de deux autres sources d’énergie naturelle : le Soleil et la Terre.

1. La géothermie à haute énergie
Exemple de la station de Soultz-sous-Forêts (Alsace, France).
a. Le contexte géologique
La station de Soultz-sous-Forêts, située en Alsace, est localisée dans le Bassin Rhénan qui est un fossé d’effondrement.
Ce fossé s’est formé par étirement de la croûte continentale qui s’est amincie puis abaissée. Le fossé s’est ensuite rempli de roches sédimentaires durant le tertiaire et le quaternaire.
Il est donc formé en profondeur d’un socle granitique fracturé recouvert d’un terrain sédimentaire.

b. Le principe de la géothermie à haute énergie
La géothermie à haute énergie consiste à aller puiser à de très grandes profondeurs des eaux très chaudes. Lorsque cette eau est ramenée à la surface, elle dégage de la vapeur d’eau qui va être utilisée pour faire fonctionner des turbines et donc produire de l’électricité.

Le bassin rhénan est la région qui présente le gradient géothermique le plus élevé en France métropolitaine.
Son exploitation se fait en plusieurs étapes :

• Étape 1 : on injecte de l’eau froide en profondeur par un puits central. Cette eau va circuler dans les roches chaudes fracturées et permettre la stabilisation de certaines fractures.
• Étape 2 : l’eau froide qui circule se réchauffe au contact des roches chaudes.
• Étape 3 : l’eau réchauffée est remontée à la surface par deux puits de production.
• Étape 4 : l’eau chaude est transformée en vapeur d’eau qui vient actionner une turbine permettant ainsi la production d’électricité.

Dans d’autres sites comme le site de Bouillante (Guadeloupe), l’eau injectée provient de l’infiltration des eaux de pluies et de la mer. Dans ce cas, le contexte géologique est la présence d’une activité volcanique (La Soufrière) associée à une zone de subduction.
La roche du sous-sol est fracturée par de nombreuses failles qui favorisent l’infiltration de l’eau.
c. Les zones favorables pour l'implantation de centrales géothermiques à haute énergie
La géothermie à haute énergie nécessite d'être implantée dans des zones à fort gradient géothermique.
Elle sera donc principalement implantée dans des zones proches des volcans (dorsales, points chauds) et dans les zones de subduction.

Cette géothermie permet la production d’électricité.
2. La géothermie à basse énergie
a. Le principe de la géothermie à basse énergie
La géothermie à basse énergie est la forme de géothermie la plus envisageable en France métropolitaine. Elle permet de produire de la chaleur et est utilisée pour le chauffage de nos maisons, le chauffage des serres horticoles, l’aquaculture, la balnéothérapie, le séchage du bois.

Le gradient géothermique en France est de 4 °C supplémentaires tous les 100 m. La température moyenne du sol à faible profondeur est de 10 à 14 °C.
Dans le cas de la géothermie à basse énergie, un forage profond puise l’eau dans un aquifère. Cette eau chaude est directement utilisée pour chauffer les maisons.

Dans le cas de la géothermie à très basse énergie, un fluide circule soit dans des tuyaux enterrés à quelques centimètres de profondeur soit dans des forages d’environ 100 m de profondeur et se réchauffe. Cette eau n’est toutefois pas assez chaude pour chauffer directement la maison. Elle est donc conduite vers une pompe à chaleur qui récupère l’énergie et la transfert à un système permettant le chauffage de la maison (plancher chauffant le plus souvent).

b. Le contexte géologique
En France, on trouve de grands aquifères dans les bassins sédimentaires, composés de roches perméables (sable, calcaire) surplombant une couche de roches imperméables.
Ces zones présentent en outre un flux géothermique élevé. Ce sont donc de bonnes candidates pour le développement de sites géothermiques.
Le Massif central, caractérisé par sa chaîne de volcans, est lui aussi un bon candidat.

3. La géothermie : faisabilité
On considère que les prélèvements d’énergie géothermique par l’Homme sont infimes par rapport à la quantité totale d’énergie produite par la Terre. C’est donc une forme d’énergie exploitable et inépuisable.

Aujourd’hui, la géothermie ne représente que 2,8 % de l’électricité produite dans le monde (et 0,1 % en France). De nombreuses études sont en cours, notamment dans les bassins sédimentaires et dans les régions volcaniques ainsi que dans les zones de subduction où le gradient géothermique peut atteindre jusqu’à 1000 °C pour 100 m de profondeur.

L'essentiel
Se procurer de l'énergie est un enjeu contemporain central. Pour l'Homme, l'énergie est nécessaire à la production d'électricité et de chaleur. Depuis l’ère industrielle, il utilisait principalement les roches fossiles comme le charbon. Mais ces dernières s’épuisent et sont impliquées dans le dérèglement climatique.

Le Soleil et la Terre constituent deux sources d’énergie inépuisables. La géothermie est donc une des pistes exploitées par l’Homme pour produire son énergie.

Selon le contexte géologique, on définit deux types de géothermie :

• Dans les zones des dorsales, des points chauds et de subduction, le gradient géothermique est très important ce qui permet la géothermie à haute énergie. Elle consiste en la récupération des eaux infiltrées en profondeur au contact de roches fracturées chaudes. La vapeur d’eau produite en surface va ensuite servir à actionner des turbines pour la production d’électricité.
• Dans les bassins sédimentaires contenant de grands aquifères, on pratique la géothermie à basse énergie. Elle consiste en la récupération de l’eau chaude de l’aquifère qui sera ensuite utilisée pour chauffer les bâtiments. La géothermie à très basse énergie consiste en la circulation d’un fluide dans des tuyaux enterrés à faible profondeur qui se réchauffe. L’énergie récoltée est ensuite récupérée par une pompe à chaleur afin d'être utilisée pour le chauffage des maisons.

En France, de nombreuses régions sont de bonnes candidates pour la construction de centrales géothermiques :
• Les bassins sédimentaires et le fossé rhénan en métropole (géothermie à basse énergie).
• Les zones volcaniques et de subduction dans les Antilles (géothermie à haute énergie).

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