Énergie géothermique

Les énergies renouvelables : L'énergie géothermique

L'une des méthodes de production d'énergie renouvelable consiste à exploiter l'énergie géothermique. Qu'est-ce que la géothermie ?

L'énergie géothermique provient de la désintégration radioactive des roches à l'intérieur du noyau terrestre. Les scientifiques ont estimé que le noyau de la Terre a une température d'environ 5 500 ºC, ce qui équivaut à la surface du soleil. Tant que la désintégration radioactive a lieu dans le noyau, l'énergie géothermique est renouvelable et ne s'épuisera jamais.

Limites des plaques tectoniques

L'énergie se déplace du noyau vers le manteau, la couche de roche semi-fondue située sous la croûte. Le réchauffement du manteau entraîne des courants de convection (mouvements circulaires dans le manteau). Au-dessus du manteau, la croûte terrestre est divisée en morceaux appelés plaques tectoniques. Les courants de convection entraînent les plaques dans des directions différentes.

En raison des courants de convection, les plaques tectoniques se déplacent constamment (très lentement), entrent souvent en collision ou restent coincées aux frontières entre les plaques. Lorsque cela se produit, la pression s'accumule jusqu'à ce qu'elle soit libérée sous la forme d'un tremblement de terre ou d'une éruption volcanique.

Les volcans se produisent sur deux types de bordures de plaques (frontières).

• Margede plaque destructive : une plaque plus dense s'enfonce sous une autre plaque et fond.

• Marge de plaque constructive : deux plaques sont écartées et le magma monte pour combler l'écart.

Figure 1 - En raison de sa position sur une marge de plaque constructive, l'Islande abrite 130 volcans. Unsplash

Dans les zones volcaniques, le magma remonte à la surface, transférant l'énergie thermique aux roches souterraines et à l'eau.

L'énergie géothermique : Définition

Alors, quelle est la définition de l'énergie géothermique ?

Plus de 72 pays ont utilisé l'énergie géothermique sous une forme ou une autre, et un plus grand nombre encore ont accès à des ressources géothermiques.

Centrales géothermiques

La plupart des centrales géothermiques se trouvent dans les régions volcaniques, où l'énergie géothermique est la plus accessible.

L'activité volcanique réchauffe les roches souterraines, qui chauffent l'eau souterraine. Celle-ci remonte naturellement à la surface sous forme d'eau chaude et de vapeur. À la surface, la vapeur peut être utilisée pour actionner des turbines qui alimentent des générateurs d'électricité.

Dans certains endroits, l'activité volcanique chauffe les roches, mais aucune eau chaude ou vapeur ne remonte à la surface. Pour exploiter l'énergie géothermique, des puits profonds sont forés jusqu'aux roches chaudes et de l'eau froide y est pompée. L'eau traverse les roches et absorbe l'énergie thermique. Elle remonte à la surface sous forme de vapeur, où elle est utilisée pour faire fonctionner des turbines et des générateurs.

Énergie géothermique : efficacité

Lerendement des centrales géothermiques est basé sur une conversion inférieure à celle des autres types de centrales thermiques (comme les centrales à combustibles fossiles et les centrales nucléaires), soit en moyenne 12 %.

Cependant, l'énergie géothermique a une meilleure disponibilité par rapport aux autres types de centrales thermiques. L'énergie géothermique est disponible à toute heure de la journée, quelle que soit la période de l'année. Dans l'ensemble, les centrales géothermiques ont une disponibilité moyenne de 90 % - supérieure à la disponibilité moyenne de 75 % des centrales au charbon.

L'énergie géothermique est en augmentation. En 2019, 27 pays ont produit environ 88 milliards de kWh (kilowattheures) d'électricité à partir de sources géothermiques. Les États-Unis sont en tête de la production d'énergie géothermique dans le monde ; de nombreux États de l'Ouest abritent des volcans. L'État de Californie produit à lui seul 70,5 % de l'énergie du pays.

Énergie géothermique : exemples

Comparée à d'autres ressources énergétiques, l'énergie géothermique est une industrie relativement récente, qui connaît de nouveaux développements passionnants. Voyons quelques exemples d'utilisation de l'énergie géothermique.

Fluides à basse température

Les systèmes géothermiques à basse température sont une méthode rentable et sans carbone pour chauffer les maisons et produire de l'électricité. Qu'est-ce que la géothermie basse température ?

Technologie à basse température

Le cycle organique de Rankine (ORC) est une technologie permettant d'obtenir de l'énergie géothermique à basse température. Il utilise de la saumure géothermique à 93-150ºC. La saumure est mélangée à un fluide de travail dont le point d'ébullition est inférieur à celui de l'eau.

Le fluide est comprimé en vapeur, ce qui crée de l'énergie.

Les centrales géothermiques binaires utilisent la technologie ORC en circuit fermé. La saumure est extraite de la terre dans une chambre contenant le fluide de travail, qui s'évapore en vapeur lorsque la saumure pénètre dans la chambre. La vapeur du fluide et de la saumure est transportée vers des turbines qui alimentent un générateur électrique.

Utilisations de l'énergie géothermique à basse température

L'énergie à basse température est généralement utilisée dans des applications directes à faible intensité, telles que :

• Le chauffage urbain

• Les spas

• l'aquaculture

• les serres

• la pêche

• Fonte des neiges (surtout en Islande)

Systèmes de chauffage urbain

L'une des utilisations de l'énergie géothermique à basse température est le chauffage urbain.

Le fluide géothermique chaud est transporté par une ligne de distribution à tuyau unique. Les consommateurs se branchent sur cette ligne à leur domicile, où elle est utilisée pour le chauffage ou l'eau chaude sanitaire. L'eau chaude sanitaire est chauffée à l'aide d'un échangeur de chaleur, qui transfère l'énergie thermique du fluide géothermique à l'eau des robinets.

Le chauffage urbain est l'une des méthodes les moins coûteuses pour réduire les émissions de carbone. De plus, il est pratique et facile pour les consommateurs.

Figure 3 - L'énergie géothermique chauffe plus de 90 % des maisons islandaises et génère 25 % de l'électricité du pays. Unsplash (en anglais)

Avantages de l'énergie géothermique

Quels sont les avantages de l'énergie géothermique ?

• Renouvelable : le noyau de la Terre produit constamment de l'énergie thermique par désintégration radioactive, l'énergie géothermique ne s'épuisera donc jamais.

• Fiable : la disponibilité de l'énergie géothermique ne fluctue pas en fonction du temps ou de la saison, contrairement à d'autres sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne.

• Aucun besoin en combustible : contrairement à d'autres formes de production d'énergie, l'énergie géothermique ne nécessite pas de combustible - et n'a donc pas de coûts de combustible.

• Source d'énergie propre : l'exploitation de l'énergie géothermique n'émet pas de gaz à effet de serre ni d'autres polluants nocifs.

• Excellent potentiel : bien que toute l'énergie géothermique ne puisse pas être exploitée, on estime que les centrales géothermiques pourraient fournir jusqu'à 2 térawatts d'électricité, soit 13 % de la consommation mondiale d'énergie.

Inconvénients de l'énergie géothermique

Quels sont les inconvénients de l'énergie géothermique ?

• Spécifique au lieu : le principal inconvénient de la géothermie est que toutes les régions ne peuvent pas exploiter l'énergie géothermique. Loin des limites des plaques tectoniques ou des points chauds volcaniques, l'énergie géothermique ne peut pas être utilisée.

• Risques de tremblement de terre : le fait de creuser des puits profonds et de pomper de l'eau sous terre à proximité des limites de plaques peut modifier la structure de la Terre et courir le risque de déclencher des tremblements de terre. Cependant, la plupart des centrales géothermiques étant éloignées des zones densément peuplées, les effets des tremblements de terre sont mineurs.

• Coûteux : l'énergie géothermique est une ressource énergétique coûteuse. La construction d'une centrale d'une capacité de 1 MW (mégawatt) peut coûter jusqu'à 7 millions de dollars.

• Gestion : pour que l'énergie géothermique reste une source d'énergie durable, le fluide géothermique doit être pompé dans les réservoirs souterrains plus rapidement qu'il ne s'épuise. Par conséquent, l'énergie géothermique doit être correctement gérée pour maintenir sa durabilité.

J'espère que cet article t'a expliqué ce qu'est l'énergie géothermique. L'énergie géothermique est l'électricité produite à partir de l'énergie géothermique. Les points chauds volcaniques chauffent les roches souterraines, qui chauffent l'eau jusqu'à ce qu'elle remonte à la surface sous forme de vapeur. En surface, la vapeur est utilisée pour faire fonctionner des turbines et des générateurs électriques.