Géothermie

Gradient géothermique : quel est le potentiel énergétique disponible sous vos pieds ?

24 octobre 2022 By Accenta

L’étude du gradient géothermique des sols français est aujourd’hui essentielle pour relever les défis bas carbone des bâtiments à usage tertiaire. Il permet de mesurer la chaleur disponible sous terre. Celle-ci est exploitable sur 97 % du territoire, malgré les variations observées dans chaque région. C’est donc en fonction du degré géothermique qu’est déterminée la manière dont on peut tirer profit des richesses souterraines. Il existe en effet 3 types de géothermie avec des procédés et des finalités spécifiques. Quels sont-ils ? Quels sont les territoires français les mieux dotés et pourquoi ? Découvrez comment une filière en plein développement évalue et utilise les trésors thermiques cachés sous nos pieds.

Au menu de cet article :

1. Qu’est-ce que le gradient géothermique ?
2. Quels sont les facteurs de variation du gradient géothermique en France ?
3. Quels types de géothermie sont appliqués en France ?
4. Quelles sont les régions favorables à la production géothermique ?

Qu’est-ce que le gradient géothermique ?

Le gradient géothermique également appelé degré géothermique traduit la variation de la température entre deux profondeurs à l’intérieur de la Terre. Un gradient élevé révèle un fort potentiel énergétique.

Plus nous nous éloignons de la surface, plus il fait chaud. En France, le gradient géothermique correspond en moyenne à 3 °C tous les 100 mètres dans la partie superficielle de la croûte terrestre. Soit une augmentation de 1 °C tous les 33 mètres ou de 30 °C par kilomètre.

Cependant, cette valeur peut différer selon la localisation géographique. La courbe représentative de cette température en fonction de la profondeur est appelée le géotherme.

Bon à savoir :

Le gradient géothermique s’exprime en K/m (unité SI) et plus habituellement en K/km.

Quels sont les facteurs de variation du gradient géothermique en France ?

La variance du gradient géothermique en France dépend de trois éléments : le contexte géologique et structurel, la conductivité thermique des roches et la circulation des eaux souterraines.

1. Le contexte géologique et structurel

À l’échelle régionale, le contexte géologique et structurel impacte la variation des températures dans le sol. Le degré géothermique en France est ainsi plus élevé que la normale dans les
zones :

À volcanisme actif (dorsales, rifts, failles en extension)
Où la lithosphère (couche externe de la croûte terrestre) est réduite

2. La conductivité thermique des roches

À un niveau plus local, nous observons des différences de propriétés thermiques des roches. Certaines ont une conductivité thermique plus importante.

Or, la capacité élevée à laisser traverser la chaleur provoque des variations horizontales et verticales du degré géothermique sur le sol français.

3. Circulation des eaux souterraines

L’eau souterraine possède aussi le pouvoir de redistribuer la chaleur. La circulation de cette eau est d’ailleurs le facteur qui a le plus grand impact sur le gradient géothermique en France.

Dans les zones aquifères, la montée en profondeur d’eau chaude augmente sa valeur. À l’inverse, elle diminue lors de la descente d’eau plus froide.

Quels types de géothermie sont appliqués en France ?

Il existe trois types de géothermie qui se différencient selon la profondeur, la température ou l’utilisation de la ressource d’énergie. La France exploite l’énergie du sol principalement sous forme de chaleur, notamment grâce à la géothermie de surface.

1. La géothermie de surface ou de minime importance (GMI)

La géothermie basse énergie utilise la chaleur terrestre à :

Une température inférieure à 90 °C
Une profondeur en dessous de 200 mètres

L’énergie renouvelable sert ici à chauffer, rafraîchir et produire de l’eau chaude dans des bâtiments, des habitats collectifs ou des sites tertiaires.

Cette géothermie de surface (moins de 30 °C) est la plus développée en France, car elle est moins coûteuse et facile à mettre en œuvre.

En Île-de-France, les doublets géothermiques ou doubles forages sont installés dans le but d’alimenter des réseaux de chauffage urbains.

2. La géothermie de moyenne énergie

La géothermie de moyenne énergie est utilisée pour produire de la chaleur ou de l’électricité. Elle exploite la chaleur naturelle des sols :

À plus de 90 °C
À des profondeurs inférieures à 1 000 mètres
Ou dans des bassins sédimentaires entre 2 000 et 4 000 mètres

3. La géothermie de haute énergie ou géothermie profonde

Cette troisième forme de géothermie utilise de l’eau à :

Une température supérieure à 150 °C pour créer de l’électricité
Une profondeur supérieure à 1 500 mètres pouvant atteindre les 5 000 mètres

Ce type d’exploitation est mis en place dans des contextes géologiques particuliers. Il peut s’agir de la présence de corps chauds telle une poche magmatique, comme en Guadeloupe.

Quelles sont les régions favorables à la production géothermique ?

En France, certaines régions présentent un grand potentiel pour l’implantation de centrales géothermiques :

les bassins sédimentaires et le fossé rhénan en métropole
les zones volcaniques et de subduction dans les Antilles

Il existe 79 installations géothermiques profondes en France. 49 se trouvent à Paris, 21 en Aquitaine, et le reste en Alsace, dans le Rhône et en Limagne.

Les gradients géothermiques les plus élevés se situent en Guadeloupe et en Alsace.

La centrale de Bouillante en Guadeloupe

Le contexte géologique de la Guadeloupe est particulier. Elle doit son label de plus important gradient géothermique français à une forte activité volcanique sur une zone de subduction.

Les roches du sous-sol de la Guadeloupe sont donc fracturées. Elles comportent ainsi de nombreuses failles souterraines qui facilitent l’infiltration de l’eau.

Opérationnelle depuis 1984, la centrale électrique géothermique de Bouillante exploite la chaleur volcanique du massif de La Soufrière.

Le site industriel produit chaque année 100 à 110 GWh. Ce qui représente 5 à 6 % de la consommation totale d’électricité de l’île.

D’ici 2025, la centrale devrait augmenter sa production électrique de 10 MWe. En dehors de la Bouillante, d’autres sites sur l’île sont en cours d’étude, notamment Basse Terre.

La station de Soultz-sous-Forêts en Alsace

Le bassin rhénan présente le gradient géothermique le plus élevé en France métropolitaine. Il est de 8 à 10 °C tous les 100 mètres. Soit un gradient trois plus important que la moyenne.

Les particularités géologiques de l’Alsace font d’elle une région favorable à l’utilisation de la géothermie profonde. Le bassin Rhénan est un fossé d’effondrement rempli de roches sédimentaires. Il est donc constitué de granit fracturé par lequel circule l’eau souterraine.

En somme, l’étude du gradient géothermique en France nous confirme que la géothermie est exploitable sur quasiment tout le territoire.

C’est pourquoi de nombreux projets se mettent en place autour de la production de chaleur pour les bâtiments tertiaires et collectifs. Des perspectives qui valident le rôle prépondérant de la géothermie dans la transition énergétique en cours.

Dans les années à venir, pas moins d’un tiers des établissements de service seront décarbonés par des procédés géothermiques toujours plus performants. Le géostockage en est d’ailleurs une parfaite illustration.

Si vous êtes propriétaire ou gestionnaire d’un parc immobilier soumis aux obligations de neutralité carbone du décret tertiaire, n’attendez plus : les experts d’Accenta vous accompagne pas à pas vers cette transformation.

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Sources et liens utiles :