Après des décennies où l’accent était principalement mis sur l’exploitation de la chaleur géothermique, le regard se tourne maintenant vers la génération d’énergie électrique à partir de cette même chaleur provenant des profondeurs de la terre. Les avancées technologiques, souvent inspirées par les méthodes d’extraction du pétrole et du gaz, ont ouvert de nouvelles perspectives pour la production d’énergie géothermique dans quasiment tous les pays du globe.

Le principe est simple : il suffit de forer suffisamment profondément pour atteindre des températures élevées. En moyenne, la température augmente de 25 à 30 degrés Celsius par kilomètre de profondeur. De plus, des conditions tectoniques telles que l’activité volcanique, les zones de divergence géologique, les zones de subduction, les rifts ou les points chauds peuvent même accroître la température de la croûte terrestre à l’échelle régionale.

Les nouvelles technologies de forage permettent maintenant d’accéder à la chaleur terrestre dans des zones où les méthodes précédentes étaient limitées.

Le marché de la géothermie évolue

Aujourd’hui, les investisseurs prennent conscience du potentiel économique des investissements dans la géothermie. L’année passée, les principales start-ups nord-américaines telles que Fervo Energy, Sage Geosystems, Eavor et Quaise Energy ont levé plus de 1,3 milliard de dollars, atteignant des jalons significatifs pour démontrer leurs nouvelles technologies. De grandes entreprises technologiques comme Google et Meta, ainsi que d’importants fournisseurs d’énergie, se sont déjà engagés à acquérir de l’électricité géothermique pour répondre à leurs besoins énergétiques croissants.

Quelle portion de la demande énergétique pourrait être satisfaite par la géothermie ?

Selon une analyse récente de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la géothermie couvre actuellement moins d’un pour cent de la demande mondiale en électricité. Cependant, la production a augmenté de 40 % au cours des dix dernières années, atteignant 15 gigawatts en 2023. La majorité des installations se trouvent concentrées dans quelques pays disposant de ressources accessibles et de qualité, tels que les États-Unis, l’Islande, l’Indonésie, la Turquie, le Kenya et l’Italie.

Avec des améliorations technologiques continues et la réduction des coûts de projet, la géothermie pourrait couvrir jusqu’à 15 % de la demande mondiale en électricité d’ici 2050, selon l’AIE. Cela représenterait une capacité de production géothermique allant jusqu’à 800 gigawatts, capable de générer près de 6 000 térawattheures chaque année, soit l’équivalent de la consommation électrique actuelle des États-Unis et de l’Inde réunis.

Les nouvelles technologies de forage capables d’extraire la chaleur à des profondeurs supérieures à trois kilomètres rendent l’utilisation de la géothermie pratiquement universelle. L’AIE estime que cette capacité d’expansion pourrait suffire à répondre entièrement aux besoins électriques et thermiques de l’Afrique, de la Chine, de l’Europe, de l’Asie du Sud-Est et des États-Unis.

Le potentiel des technologies géothermiques

La nouvelle génération de technologies géothermiques inclut principalement des approches « indépendantes des réservoirs », telles que les systèmes géothermiques améliorés (EGS) et les systèmes géothermiques à circuit fermé (CLGS). Ces systèmes rendent la production d’électricité géothermique et l’utilisation directe de la chaleur accessibles dans des régions dépourvues de ressources géothermiques ou hydrothermiques conventionnelles.

Les systèmes géothermiques améliorés (EGS) augmentent la perméabilité des roches chaudes à l’eau en élargissant directement des fissures naturelles à la fin des forages profonds. Cela se fait par des techniques telles que l’application d’une forte pression d’eau, des chocs thermiques par des liquides froids ou la stimulation chimique, qui dissolvent certains minéraux pour créer des cavités.

Les systèmes à circuit fermé (CLGS) fonctionnent comme des échangeurs de chaleur et nécessitent également des forages horizontaux pour boucler les circuits. Un liquide circule à travers ces structures, étant chauffé par la roche environnante. Leur principal avantage est qu’ils ne dépendent pas d’eau chaude provenant des profondeurs, mais peuvent fonctionner dans des roches sèches, permettant ainsi une construction presque partout. Le défi technique demeure cependant, car les chemins de forage sont beaucoup plus longs que ceux des EGS, car plusieurs boucles doivent être forées pour maximiser le rendement thermique. En Allemagne, Eavor construit une telle installation de chaleur et d’électricité à Geretsried, près de Munich, avec quatre boucles à 4 500 mètres de profondeur.

Des forages plus profonds grâce à de nouvelles techniques

Pour rendre possibles ces structures géothermiques profondes, de nouvelles techniques de forage ont vu le jour.

• Le forage basé sur le plasma : cette méthode utilise des décharges électriques pour créer un arc de plasma qui dissout directement la roche. Développée par GA-Drilling, une entreprise slovaque.
• Le forage à haute pulsation (HPP) : une décharge électrique cyclique au sommet du forage permet de provoquer des fractures dans la roche. Associée à des couronnes de forage classiques, cette technique accélère le forage tout en augmentant la durabilité de la couronne. Le projet « Plasma Pulse Geo-Drilling » de l’École polytechnique fédérale de Zurich est à la pointe dans ce domaine.
• Le forage par choc thermique, développé par des ingénieurs japonais, expose la roche à des cycles rapides de chauffage et de refroidissement. Cette technologie est encore à un stade préliminaire.
• Quaise Energy, un spin-off du MIT, utilise un gyrotone, un oscillateur à micro-ondes initialement conçu pour la fusion nucléaire, pour vaporiser la roche. Les chercheurs espèrent ainsi accéder rapidement à des profondeurs sans précédent.

Enfin, dans le cadre du projet européen ORCHYD, les chercheurs découpent la roche en formes spécifiques à l’aide de jets d’eau haute pression, puis l’éclatent complètement avec un marteau-piqueur à propulsion liquide.

La montre du climat tourne

Ceci pourrait marquer le début d’une véritable ère sans combustibles fossiles. À condition que le développement aille suffisamment vite, car le temps presse.