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Capteurs géothermiques horizontaux, forage Rotary et géothermie des tunnels

Dossier - Qu'est-ce que la géothermie ?

Le terme « géothermie » signifie « chaleur de la terre ». L'exploitation de celle-ci est aussi vieille que l'humanité. Aujourd'hui, elle ouvre de vastes perspectives en matière d'énergies renouvelables.

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

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 hiver, 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 capteurs enterrés horizontaux permettent d'exploiter la chaleur de la Terre du proche sous-sol.

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

Ils sont constitués de tubes installés en boucles enterrées 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 frigorigène de la pompe 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 thermodynamique. 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.

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

La température des eaux recueillies peut atteindre 20 à 40°C en fonction de la nature et de l'épaisseur des roches.

Des débits 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 pression les boues de forage.

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

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