Avec la géothermiegéothermie, il s'agit de prélever (ou d'extraire) l'énergieénergie accumulée dans la terre, qu'elle soit stockée dans l'eau des aquifèresaquifères ou directement dans les terrains, pour l'amener à la surface.

Mise en place de récupération d'eau chaude. © Uroš Medved, Shutterstock
Mise en place de récupération d'eau chaude. © Uroš Medved, Shutterstock

Plusieurs procédés existent et ils ont tendance à se diversifier. Les techniques les plus simples sont basées sur des pratiques ancestrales : recueil de l'eau chaude de sources naturelles d'eau chaude, comme à Chaudes-Aigues, circulation naturelle d'air dans une cave fraîche pour obtenir de l'air frais en été et tempéré en hiverhiver, dans le cas des puits provençaux.

Des méthodes plus évoluées comme les forages ont été mises au point pour la recherche pétrolière, adaptées pour la recherche d'eau et développées pour la géothermie.

Enfin des méthodes que nous qualifierons d'astucieuses ont été mises au point plus récemment ; elles consistent à enterrer des échangeurs là où il n'y a pas de fluide naturel pour transporter l'énergie.

Il faut noter qu'il est possible de coupler certaines de ces méthodes entre elles, ce qui permet d'optimiser les systèmes utilisant l'énergie du sous-sol.

Capteurs géothermiques horizontaux

Les capteurscapteurs enterrés horizontaux permettent d'exploiter la chaleur de la Terre du proche sous-sol.

Réseaux de capteurs horizontaux en polyéthylène enterrés à faible profondeur dans lequel circule le fluide caloporteur jusqu'à la pompe à chaleur. © Viessmann 
Réseaux de capteurs horizontaux en polyéthylène enterrés à faible profondeur dans lequel circule le fluide caloporteur jusqu'à la pompe à chaleur. © Viessmann 

Ils sont constitués de tubes installés en boucles et enterrés horizontalement à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20 m) qui vont permettre le prélèvement de l'énergie contenue dans le sous-sol proche. Dans ces tubes, circule en circuit fermé selon la technologie employée, soit de l'eau additionnée d'antigel (tubes en polyéthylène) soit le fluide frigorigènefluide frigorigène de la pompe à chaleurpompe à chaleur (tubes de cuivre gainés de polyéthylène pour la technologie dite de détente directe).

Le capteur enfoui dont la longueur peut dépasser plusieurs centaines de mètres, joue le rôle d'évaporateur du système thermodynamiquethermodynamique. Il occupe 1,5 à 2 fois la surface à chauffer.

Tunnels et mines

Le principe de la géothermie des tunnels est simple. Les tunnels drainent de grandes quantités d'eau, qui sont le plus souvent évacuées vers l'extérieur des galeries par des canaux qui se déversent dans les cours d'eau.

Caverne longitudinale avec dessableur et bassin de stockage pour l'eau souterraine drainée par le tunnel du Gothard en Suisse. © AlpTransit Gothard AG
Caverne longitudinale avec dessableur et bassin de stockage pour l'eau souterraine drainée par le tunnel du Gothard en Suisse. © AlpTransit Gothard AG

La température des eaux recueillies peut atteindre 20 à 40 °C en fonction de la nature et de l'épaisseur des roches. Des débitsdébits importants peuvent être extraits, comme c'est le cas en Suisse. En effet dans ce pays riche en tunnels, une étude sur une quinzaine de ces ouvrages a permis d'observer des débits allant de 360 à 18.000 litres par minute pour des températures situées entre 12 et 24 °C. Une telle ressource, couplée à des pompes à chaleur permet d'envisager le chauffage à distance de bâtiments publics et privés.

Forage Rotary

La technique du forage Rotary consiste à utiliser un outil qui détruit la roche sous l'effet du poids et de la rotation. Le poids est assuré par un ensemble de tiges lourdes et creuses, assemblées en un train qui achemine sous pressionpression les boues de forage.

Vue aérienne de la plate-forme de réhabilitation du forage à Châteauroux. © Sté HLM Habitat-2036
Vue aérienne de la plate-forme de réhabilitation du forage à Châteauroux. © Sté HLM Habitat-2036

Celles-ci refroidissent l'outil et assurent le déblaiement du trou. Autour des parois du forage, des tubes sont descendus et du cimentciment est injecté afin de garantir la tenue des parois du puits, ainsi qu'une protection contre la corrosioncorrosion mais aussi la protection des nappes d'eau souterraines et leur isolation thermique.

Plateforme de forage Rotary. © BRGM
Plateforme de forage Rotary. © BRGM