Réseaux de chaleur géothermique
La géothermie est l’exploitation de l’énergie thermique contenue dans le sous-sol, dans lequel la température augmente avec la profondeur. En fonction de la température de la ressource et du niveau de température des besoins thermiques, la chaleur peut être prélevée directement (on parle alors de « géothermie directe ») ou valorisée au moyen de pompes à chaleur (PAC).
On distingue la géothermie de surface qui varie de quelques mètres à 200 m de profondeur (généralement associée à des PAC) et la géothermie profonde, au-delà de 200 m de profondeur.
Situation en 2020
- Pour la géothermie de surface : 206 500 PAC géothermiques installées pour une production de 4 770 GWh d’énergie renouvelable et 3 076 MW de puissance installée. Elle représente 0,7 % de la consommation finale de chaleur.
(Source : Panorama de la chaleur renouvelable Edition 2021)
- Pour la géothermie profonde : 77 opérations en fonctionnement (dont plus 50 en Île-de-France) représentant une production de chaleur renouvelable de 2 500 GWh pour 700 MW de puissance installée. La géothermie profonde représente 0,4 % de la consommation finale de chaleur.
Objectifs de la PPE
En termes de production globale de chaleur et de froid renouvelable : passer de 154 TWh en 2017 à 196 en 2023 et entre 219 et 247 TWh en 2028. Concernant la géothermie :
- Passer de 3,14 TWh en 2017 à 5 à 7 TWh en 2028 pour la géothermie de surface (PAC géothermiques)
- Passer de 2 TWh en 2017 à 4 à 5,2 TWh en 2028 pour la géothermie profonde
Points forts
Aucune nuisance, aucun combustible à acheminer et stocker ; stabilité du prix de la chaleur produite ; énergie disponible en continu ; mutualisation d’un investissement lourd grâce au réseau, possibilité de produire du froid avec la géothermie de surface.
Points faibles
Géothermie profonde avec des potentialités différentes suivants les territoires (principalement en Île-de-France, Grand-Est et Nouvelle-Aquitaine); investissements importants comportant une part de risque.
Pistes de développement
Aide à l’investissement pour la géothermie profonde (Fonds chaleur Ademe [lien vers 087 /fonds-chaleur-et-reseaux-de-chaleur], TVA réduite …) ; exploitation de la géothermie «très basse énergie» ou «superficielle» dans les aménagements neufs
Chantier de forage géothermique – Photo MEDDE
Principe technique
Mobiliser la chaleur de la terre
La géothermie consiste à puiser la chaleur contenue dans le sous-sol, afin de l’utiliser pour chauffer des bâtiments ou pour produire de l’électricité. On distingue plusieurs catégories de géothermie, permettant des usages différents :
Géothermie haute énergie (>150°C)
puisée dans des environnements géologiquement actifs, elle permet de produire de l’électricité. Le seul site français se trouve en Guadeloupe (centrale électrique de Bouillante).
Géothermie basse et moyenne énergie (entre 30°C et 90°C et entre 90°C et 150°C)
puisée à des profondeurs allant de quelques centaines de mètres à 2000-3000m (géothermie profonde), c’est la principale source de géothermie exploitable par les réseaux de chaleur. En France, les principaux territoires disposant de cette ressource se situent dans les bassins parisien, aquitain et alsacien
Géothermie très basse énergie (<30°C)
présente jusqu’à quelques dizaines de mètres de profondeur (géothermie superficielle), elle permet de chauffer de petites installations (logements individuels, petits immeubles…), à l’aide de pompes à chaleur. Ce type de géothermie est disponible partout, quelle que soit la géologie locale.
Source : Panorama de la chaleur renouvelable 2020, page 26
Fonctionnement d’un réseau de chaleur géothermique
L’enquête nationale sur les réseaux de chaleur et de froid (SNCU, édition 2020) [lien vers contenu 213 enquete-annuelle-du-chauffage-urbain-et-de-la-climatisation-urbaine] révèle que seul 5 % des réseaux de chaleur sont alimentés au moins en partie par de la géothermie (soit une quarantaine de réseaux). Parmi ceux-ci, la quasi-totalité (90%) sont alimentés à plus de 30 % par cette ressource, dont un tiers le sont à plus de 80 %. Malgré la diversification croissante des énergies employées, la chaufferie principale s’appuie encore sur une chaufferie d’appoint. Fonctionnant à partir d’énergie fossile telle que le gaz, cette installation complémentaire permet de répondre efficacement aux pointes de consommation avec ou sans production conjointe d’électricité par cogénération.
Source SNCU : rapport sur l’enquête annuelle
Réseaux géothermiques : atouts, situation et perspectives
Une énergie propre mais inégalement répartie sur le territoire
Principe du doublet géothermique : le second puits est incliné afin que le point de réinjection de l’eau refroidie soit éloigné du point de captage de l’eau chaude. (schéma © BRGM – ADEME)
La géothermie profonde est une énergie qui ne génère pratiquement aucune émission de gaz à effet de serre. Elle présente par ailleurs l’avantage de ne générer aucune nuisance pour les riverains : pas de bruit, pas de fumées, pas de livraisons de combustible. L’énergie géothermique est renouvelable tant que la puissance captée reste inférieure à la capacité du gisement à se recharger en chaleur, ce qui est le cas grâce au principe du doublet géothermique et à condition que le nombre de captage installés sur un même aquifère soit limité.
En revanche, contrairement à la biomasse [lien vers contenu 171 : reseaux-de-chaleur-biomasse], la géothermie profonde n’est pas disponible partout en France. Les gisements se trouvent essentiellement dans le bassin parisien, en Aquitaine et en Alsace. La géothermie très basse énergie est disponible partout, mais son exploitation par les réseaux de chaleur se limite aux petits réseaux alimentant des quartiers neufs, faiblement consommateurs de chaleur.
La géothermie profonde n’est pas exploitable sans réseau
La réalisation d’un site de captage de géothermie profonde représente un très lourd investissement, de l’ordre de 10 millions d’euros. Une telle installation ne peut donc être réalisée que si elle est mutualisée entre de nombreux utilisateurs ; on estime ainsi qu’un minimum de 5000 équivalents-logements raccordés est nécessaire pour qu’un projet soit viable. Le réseau de chaleur est donc l’unique moyen d’exploiter la géothermie profonde pour la production de chaleur.
Un réseau de chaleur géothermique peut par ailleurs servir de réseau de froid, en prélevant de la chaleur dans les bâtiments en été et en la stockant dans le sous-sol, afin de l’utiliser en hiver.
Des réseaux anciens, concentrés en région parisienne
En France, les réseaux de chaleur géothermique se sont développés essentiellement dans les années 80, suite aux chocs pétroliers. Suite à différents problèmes techniques (corrosion, dépôts) aujourd’hui maîtrisés, ainsi qu’à un contexte économique défavorable (contre-choc pétrolier), la fin des années 80 a vu un net ralentissement, puis certains réseaux ont été abandonnés. Une soixantaine de réseaux étaient en service en France à la fin des années 80 ; il y en a aujourd’hui 40, distribuant chaque année environ 1800 GWh.
Evolutions des consommations finales de chaleur par filières (TWh) – Source : Synthèse de la PPE 2020
La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte prévoit, d’ici à 2030, la multiplication par cinq de la quantité chaleur et de froid renouvelable et de récupération livrée par les réseaux. De nouveaux objectifs concernant la filière géothermique basse et moyenne énergie ont été fixés par la programmation pluriannuelle de l’énergie (décret n° 2016-1442 du 27 octobre 2016).
Ces objectifs nécessitent de lever certains freins, en particulier au niveau de l’investissement qui comporte une part de risque, qui peut être diminuée par une amélioration de la connaissance de la ressource et surtout le renforcement du mécanisme de garantie des risques géologiques. En dehors de la géothermie profonde, la géothermie superficielle telle que les boucles d’eau tempérée se développe et constitue une piste d’avenir. D’autres facteurs sont favorables au développement de la géothermie superficielle : la diminution de la consommation des logements neufs, le développement des pompes à chaleur associées ou non à des sondes et l’aménagement de nouveaux quartiers permettant d’envisager une construction de réseau ex nihilo (donc moins coûteuse), couplée ou non à des solutions de rafraîchissement des bâtiments.
Des aides financières (notamment le fonds chaleur et la TVA réduite) permettent de soutenir les projets de réseaux de chaleur géothermique, dès lors que le réseau est alimenté à 65% minimum par des énergies renouvelables et de récupération.
Pour en savoir plus :
Site d'information sur la géothermie animé par l'ADEME et le BRGM
