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Géothermie Définition
La géothermie est une source d'énergie renouvelable qui exploite la chaleur naturelle de la Terre pour produire de l'électricité ou chauffer des bâtiments. Cette chaleur provient du noyau terrestre et des roches naturellement chaudes situées sous la croûte terrestre.
Comprendre la Géothermie
Il existe plusieurs niveaux d'exploitation de la géothermie, en fonction de la profondeur à laquelle nous allons chercher la chaleur :
- Géothermie basse énergie: Utilise la chaleur provenant de quelques mètres jusqu'à quelques centaines de mètres sous la surface.
- Géothermie haute énergie: Requiert des forages plus profonds, jusqu'à plusieurs kilomètres, pour atteindre des réservoirs de vapeur ou d'eau très chaude.
- Production d'électricité
- Chauffage domestique
- Applications industrielles
Énergie géothermique : Le terme se réfère spécifiquement à l'énergie thermique générée et stockée dans la Terre.
La température augmente généralement de 1 °C tous les 33 mètres en profondeur dans la croûte terrestre.
Prenons un exemple simple pour comprendre l'application de la géothermie. Imagine un bâtiment résidentiel utilisant un système géothermique :
- Une pompe à chaleur géothermique est installée.
- Des sondes géothermiques sont forées à environ 100 mètres de profondeur.
- La chaleur extraite est utilisée pour chauffer les pièces durant l'hiver.
Les réservoirs géothermiques sont généralement classés en deux catégories : hydrothermaux et pétrothermaux. Les systèmes hydrothermaux sont en général plus faciles à exploiter car ils contiennent de l'eau chaude disponible sous pression. En revanche, les systèmes pétrothermaux impliquent la création de fractures artificielles pour atteindre des zones de roches sèches chaudes, ce que l'on appelle les systèmes géothermiques améliorés (SGE ou EGS en anglais).
Les systèmes géothermiques améliorés sont prometteurs car ils pourraient permettre une utilisation à plus grande échelle de cette énergie renouvelable. Cependant, ils demandent davantage de recherches pour réduire les risques liés à l'exploitation, tels que les séismes induits par l'injection d'eau à haute pression pour créer des fractures.Principes de la Géothermie
La géothermie repose sur l'exploitation de la chaleur interne de la Terre. Cette chaleur peut être utilisée pour diverses applications, des systèmes domestiques aux centrales électriques.
Différentes méthodes peuvent être employées pour extraire cette chaleur, chacune adaptée à des niveaux de température spécifiques:
- Systèmes direct: Ceux-ci captent la chaleur directement pour le chauffage ou les processus industriels.
- Systèmes à cycle binaire: Ces systèmes utilisent un fluide secondaire qui vaporise à basse température pour actionner une turbine et produire de l'électricité.
Pour maximiser l'efficacité, il est crucial de comprendre la structure du sous-sol et la nature des réservoirs géothermiques.
Réservoir géothermique : Une zone sous la surface de la Terre qui contient de l'eau ou de la vapeur naturelle à haute température, idéal pour l'exploitation géothermique.
Considérons une centrale géothermique à cycle binaire :
- L'eau chaude est extraite d'un réservoir géothermique et transporte sa chaleur à un fluide secondaire.
- Ce fluide, ayant un point d'ébullition bas, se vaporise et actionne une turbine.
- La turbine entraîne un générateur qui produit de l'électricité.
La formule utilisée pour déterminer la quantité d'électricité produite peut être exprimée comme :
\[P = \frac{Q}{t}\]
où P est la puissance en watts, Q est la quantité de chaleur en joules et t est le temps en secondes.
Saviez-vous que l'Islande produit environ 25% de son électricité grâce à la géothermie?
Un aspect intéressant de la géothermie est sa faible émission de gaz à effet de serre. Les centrales géothermiques émettent nettement moins de dioxyde de carbone par kilowattheure que les centrales à combustibles fossiles. Toutefois, elles peuvent également libérer des gaz dissous présents dans le réservoir, tels que le dioxyde de soufre et l'hydrogène sulfuré.
Pour atténuer ces émissions, des systèmes de traitement des gaz sont souvent installés. Par exemple, l'hydrogène sulfuré peut être transformé en soufre solide inoffensif par des procédés chimiques. De plus, les innovations continuent d'améliorer l'efficacité et de réduire l'empreinte environnementale de l'exploitation géothermique.
Applications de la Géothermie
La géothermie offre une multitude d'applications pratiques en exploitant la chaleur naturelle de la Terre. Ces applications sont diversifiées et couvrent divers secteurs de l'économie et de la vie quotidienne.
Production d'Électricité
L'une des applications les plus notables de la géothermie est la production d'électricité. Les centrales géothermiques exploitent la chaleur interne de la Terre pour alimenter des turbines qui produisent de l'électricité. Trois types principaux de centrales existent :
- Centrales à vapeur sèche, qui utilisent directement la vapeur des réservoirs géothermiques.
- Centrales à vapeur flash, qui utilisent de l'eau chaude à une température élevée, transformée en vapeur par flashage.
- Centrales à cycle binaire, qui utilisent un fluide secondaire à point d'ébullition bas pour actionner les turbines.
La puissance générée par ces centrales peut être calculée par la formule suivante :
\[P = \eta \cdot Q\]
où P est la puissance, \eta est l'efficacité thermique, et Q est la chaleur extraite du réservoir.
Le Kenya est l'un des principaux pays à utiliser la géothermie pour générer de l'électricité, avec plus de 50% de sa production provenant de cette source.
Chauffage et Refroidissement
La géothermie est également utilisée pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments, grâce aux systèmes de pompes à chaleur géothermiques. Ces systèmes exploitent la température stable du sol pour chauffer ou rafraîchir l'intérieur des habitations.
Dans un système de chauffage géothermique, la chaleur est transférée de la Terre vers le bâtiment pendant les périodes froides, tandis que l'excédent de chaleur est évacué vers le sol durant les périodes chaudes. Voici comment fonctionne un cycle typique :
- Des sondes géothermiques sont installées dans le sol.
- Le fluide dans le système circule et capture la chaleur terrestre.
- Cette chaleur est ensuite transférée dans le bâtiment via un échangeur thermique.
- Le système fonctionne de manière inverse lors des périodes chaudes pour le refroidissement.
Imaginez une maison équipée d'un système de chauffage géothermique. Voici comment il s'opère :
- Un fluide circule dans les tuyaux souterrains, collectant la chaleur du sol.
- Cette chaleur est amenée à une pompe qui la distribue dans le système de chauffage de la maison.
- En été, le système inverse le processus : il retire la chaleur de la maison et la dépose dans le sol, aidant ainsi à maintenir l'intérieur frais.
Une équation simple pour la chaleur échangée peut être donnée par :
\[Q = m \cdot c \cdot \Delta T\]
où Q est la chaleur, m est la masse du fluide, c est la capacité thermique spécifique, et \Delta T est la différence de température.
Une application fascinante de la géothermie est sa capacité à faciliter les serres géothermiques. Ces serres exploitent la chaleur pour maintenir une température stable, prolongeant ainsi la saison de croissance des plantes, même dans des climats plus froids. L'Islande est un exemple notable où la géothermie est utilisée pour cultiver des légumes et des fruits exotiques dans des serres chauffées géothermiquement.
Les avantages incluent :
- Réduction des besoins en énergie fossile pour le chauffage.
- Productivité accrue et récoltes précoces.
- Rendements stables toute l'année.
La mise en place de telles serres implique un investissement initial, mais les économies d'énergie et l'augmentation de rendement sont bénéfiques à long terme. Elles contribuent également à une production alimentaire plus durable et locale, réduisant ainsi l'empreinte carbone liée au transport des produits alimentaires.
Centrale Géothermique
Les centrales géothermiques sont des installations qui convertissent la chaleur de la Terre en électricité. Ces centrales exploitent les réservoirs de vapeur ou d'eau chaude naturelle situés sous la surface terrestre.
La construction de ces centrales implique plusieurs étapes essentielles, de la sélection du site à l'installation des équipements appropriés. Suivant le type de réservoir et sa température, différents systèmes peuvent être employés, tels que les centrales à vapeur sèche, à vapeur flash ou à cycle binaire.
géothermie - Points cl�
- Géothermie Définition: Source d'énergie renouvelable exploitant la chaleur de la Terre pour produire de l'électricité ou chauffer des bâtiments.
- Principes de la Géothermie: Exploitation de la chaleur interne de la Terre, variabilité selon la profondeur (basse énergie et haute énergie).
- Énergie géothermique: Énergie thermique générée et stockée dans la Terre, utilisée pour l'électricité, le chauffage, et applications industrielles.
- Applications de la Géothermie: Production d'électricité via centrales géothermiques (vapeur sèche, vapeur flash, cycle binaire) et chauffage/refroidissement par pompes à chaleur géothermiques.
- Réservoir Géothermique: Zone sous la Terre avec eau ou vapeur à haute température, utilisée par centrales géothermiques.
- Centrale Géothermique: Site qui convertit la chaleur terrestre en électricité, nécessitant des étapes de site à équipement.
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