Géothermie

Le Jeudi 19 janvier 2017
La géothermie permet de produire différents types d’énergie en fonction de la température de la chaleur puisée dans le sous-sol. En fonction des calories captées, l’eau chaude est valorisée pour des installations de chauffage ou de la climatisation à usage des maisons individuelles et des bâtiments, ou pour la production d’électricité.
C’est une énergie renouvelable, source d’indépendance énergétique et à faible émission de gaz à effet de serre (GES).
La France a engagé une politique volontariste pour soutenir le développement de la filière: simplification du cadre réglementaire pour la géothermie de minime importance, aides à l'investissement, soutien à la production d’électricité renouvelable, fonds de garantie géothermie et soutien à la recherche et à l’innovation.

Principe de la géothermie profonde

Définition

Parmi les différents types de valorisation de la chaleur géothermique, peuvent être cités :

  • La géothermie superficielle aussi appelé géothermie très basse température ou géothermie très basse énergie. Elle exploite la chaleur du sol ou de l’eau du sous-sol à des profondeurs généralement inférieures à 200 mètres de profondeur, pour des températures inférieures à 30°C .
  • La géothermie basse température (ou basse énergie) exploite la chaleur de gisements d’eau situés à des profondeurs de quelques centaines de mètres jusqu’à environ 2 000 m, pour des températures généralement comprises entre 30°C et 90°C.
  • La géothermie haute température (aussi appelée haute enthalpie) concerne les fluides dont les températures sont supérieures à 150 °C. Ceux-ci sont mis en production par forages généralement à plus de 1 500 mètres de profondeur. Les ressources de géothermie haute température sont situées dans des zones au gradient géothermal anormalement élevé (jusqu’à 30 °C par 100 m).

Géothermie électrique

En 2016, la France dispose de deux centrales électriques :

  • une installation de 16 MW de puissance à Bouillante en Guadeloupe exploitée depuis plus de 20 ans par la société Géothermie Bouillante sur une concession de la commune de Bouillante octroyée par décret du 17 juin 2009 (JORF du 19/06/2009).
  • la centrale de Soultz-sous-Forêts exploitée par le (G.E.I.E.) « Exploitation minière de la chaleur est en capacité de produire 12 000 MWh d’électricité par an, correspondant à la consommation électrique d’environ 2400 logements. Cette concession est la première exploitation géothermique en Métropole, elle a été attribuée par décret du 22 septembre 2015 publié au JORF du 24/09/2015.

En France métropolitaine, le potentiel de la géothermie pour la production d’électricité est ainsi peu exploité à ce jour. Le projet de Soultz-sous-Forêts utilise la technologie dite Enhanced Geothermal System (EGS) qui consiste à réchauffer de l’eau à près de 200°C en l’injectant en profondeur au contact de roches chaudes. Lorsque l’eau remonte à la surface sous forme gazeuse, elle est exploitée afin de produire de l’électricité. Pour pouvoir produire de l’électricité d’origine géothermique, il est nécessaire de travailler dans une gamme de température relativement élevée : des réservoirs avec des températures comprises entre 120°C et 200°C sont recherchés en France métropolitaine. Plusieurs permis exclusifs de recherche pour des réservoirs de ce type ont été accordés ou sont à ce jour en cours d’instruction témoignant d’un réel dynamisme à venir pour cette filière.

Dans un contexte volcanique, le flux de chaleur est plus élevé qu'ailleurs. La géothermie volcanique est donc caractérisée par une ressource dont la température, comprise en général entre 180 °C et 350°C, est suffisante pour permettre la production électrique. Par ailleurs, le contexte volcanique est très souvent favorable, au travers d'un réseau de fractures naturelles, à la circulation voire à la remontée de fluides chauffées en profondeur jusqu'à la proche surface. Ce fluide constitué principalement d'eau peut se trouver sous différents états à l'intérieur du réservoir géothermal : liquide, vapeur ou encore un mélange des deux (mélange dit "di-phasique"). Le forage géothermique quant à lui peut produire de la vapeur seule ou un mélange des deux à des conditions de pression et température qui permettront la production d'électricité soit à partir d'une centrale à condensation qui utilise la vapeur directement issue du gîte géothermique, soit d'une centrale à fluide binaire où le fluide géothermal cède une partie de son énergie à un fluide organique appelé fluide de travail qui actionnera la turbine productrice d'électricité.

Enjeux du sous-sol pour la géothermie profonde

Chaque projet de géothermie commence par une phase d’évaluation du potentiel géologique pour la ressource géothermique qui s’apparent à une phase de reconnaissance, qui vise à délimiter les zones apparaissant à priori les plus favorables avant de lancer la phase d'exploitation puis de distribution auprès des consommateurs.

17

En France à fin 2016, 17 permis exclusifs de recherches de gîtes géothermiques ont été octroyés.

Par ailleurs à mi-2016, 7 autres demandes de permis exclusif de recherche sont en cours d'instruction sur le territoire français (Alsace, Auvergne, Aquitaine, Rhône-Alpes, PACA). Les superficies des permis d’exploration de haute température couvrent ainsi 8265 km². Les demandes en cours d’instruction couvrent une superficie totale de 3813 km² supplémentaires.

Géothermie basse et moyenne énergie

La géothermie à usage exclusivement thermique consiste à exploiter les ressources à des températures allant de 10 à 15°C jusqu’à 90°C, voire parfois au-delà de 100°C :

  • La géothermie superficielle dite « très basse énergie » (moins de 30°C) exploite les premières dizaines de mètres sous la surface et trouve des applications principalement dans l’habitat collectif, le tertiaire et l’individuel : elle est traitée dans la rubrique "pompes à chaleur"  
  • La géothermie « basse énergie » (entre 30 et 90°C) utilise des ressources plus profondes (jusqu’à environ 2000 m) ;
  • Au-delà, dans les zones favorables on peut avoir de la géothermie « moyenne énergie » (plus de 90°C).

Il s’agit dans ce cas d’une production centralisée qui valoriser directement la chaleur de ressources que l’on rencontre dans des aquifères situés entre 400 m et 2500 m de profondeur. Cette ressource est couramment utilisée pour le chauffage urbain via des réseaux de chaleur ou en usage direct (chauffage de serres, de piscines et d’établissements thermaux, l’aquaculture et le séchage…). En fonction de la température de la ressource et du niveau de température des besoins thermiques, la chaleur peut être prélevée au moyen de pompes à chaleur géothermique (PACg). Le recours à des PACg est habituel pour la géothermie très basse énergie et occasionnel pour la basse température mais tendrait à se généraliser grâce aux avancées technologiques pour augmenter le rendement des installations. On parle également de production centralisée pour désigner les installations qui valorisent directement la chaleur.

 

Enjeux et objectifs de la géothermie

La filière géothermie électrique, dont la production reste marginale en métropole, présente également l’avantage de produire de l’électricité en base et sans intermittence. La filière se structure progressivement autour de plusieurs projets à la fois dans les territoires ultra-marins et en métropole, laissant présager d’une augmentation de la capacité installée dans les années à venir.

Les objectifs de la programmation pluriannuelle de l’énergie PPE pour la France métropolitaine sont :

 

  • Pour la géothermie électrique, en termes de puissance totale installée :

Échéance

Puissance installée

31 décembre 2018

8 MW

31 décembre 2023

53 MW

 

  • Pour la géothermie de basse et moyenne énergie :

Échéance

Production d’énergie

31 décembre 2018

200 ktep

31 décembre 2023

Option basse : 400 ktep

 

Option haute : 500 ktep

Au-delà de ces objectifs quantitatifs, la PPE fixe des orientations générales pour la filière :

  • recours à un dispositif de soutien de type guichet ouvert pour développer les premiers projets de géothermie haute température,
  • mettre en place un fonds de couverture de l’aléa géologique afin d’assurer l’émergence d’une filière capable d’exporter,
  • une fois les premiers projets en service, prévoir une diminution du niveau de soutien pour la production d’électricité afin d’inciter à une baisse des coûts d’investissement et d’exploitation pour améliorer la compétitivité de la filière
  • maintenir des aides à l’investissement pour les équipements de valorisation de la chaleur résiduelle lorsqu’un raccordement à des utilisateurs de chaleur est possible afin d’améliorer le rendement énergétique global des sites.

 

Dispositifs de soutien

Soutien au niveau national pour la production thermique

  • Fonds de garantie géothermie pour les aquifères profonds

L’investissement dans une installation géothermique et sa durée d’amortissement sont en général élevés. La réussite du projet dépend, de plus, des caractéristiques de la ressource géothermale. Les fonds de garantie permettent de couvrir le risque pris par le maître d’ouvrage d’installations géothermiques ou son mandataire.

La couverture du « risque géologique » est un enjeu majeur pour le développement de la géothermie. Les étapes en amont de l’exploration et de l’accès à la ressource ont des coûts élevés, sans garantie de retrouver une ressource exploitable. Pour baisser cette barrière significative à l’entrée pour de nouveaux investisseurs, un schéma de couverture du risque géologique par mutualisation a été mis en place en France dans les années 80. Le « fonds de garantie géothermie », géré par la SAF-Environnement, sur la base d’une convention avec l’ADEME, permet d’assurer les investisseurs contre le risque géologique moyennant une cotisation.

Il est destiné à l’élaboration d’installations géothermiques à fort investissement et avec une réussite liée aux caractéristiques de la ressource géothermale exploitée.

Il y a deux types de garantie pour le Fonds de garantie géothermie :

  • à court terme, une garantie sur la réussite du premier forage effectué ;
  • à long terme, une garantie sur la pérennité de la ressource et les risques de tarissement total ou partiel, et les dommages sur les installations, sur une durée de 20 ans d’exploitation.

Initialement alimenté par des fonds publics, le fonds de garantie s’est avéré crucial pour le développement des usages directs de la géothermie en France.

Pour réaliser les démarches d’obtention du fonds de garantie, il est nécessaire de s’adresser à la SAF-Environnement.

Soutien au niveau national pour la production électrique

La production électrique à partir de géothermie a bénéficié jusqu’en 2016 d’un soutien sous forme de tarif d’achat.

A compter de 2016 et conformément aux lignes directrices de la Commission européenne en matière d’aides d’État, la filière bénéficie désormais d’un soutien sous forme de complément de rémunération en guichet ouvert où toute installation éligible peut conclure directement un contrat de complément de rémunération avec EDF Obligation d’achat.

Soutien pour la recherche et l’innovation

Dans le cadre national : programme des investissements d’avenir

Ils poursuivent comme objectifs l’amélioration de la compétitivité de la filière géothermie - par une diminution et une maîtrise de l’ensemble des coûts liés à la production énergétique (chaleur et/ou électricité) et l’accroissement du potentiel des ressources géothermiques exploitables.

  • Production d'électricité : Cet axe concerne la production d’électricité sur réservoirs EGS et la production d’électricité sur réservoirs conventionnels. Il couvre la connaissance des ressources géothermiques, leur exploitation et les équipements de surface associés pour produire de l’électricité. 

- Connaissance des ressources et exploitation

- Composants et techniques : concevoir des équipements et améliorer les performances

Pour aller au-delà du marché actuel de la production de chaleur géothermique et favoriser le développement d’un marché plus étendu et mieux intégré, les projets de recherche doivent permettre le développement et la caractérisation de nouvelles techniques et modèles d’intégration de la géothermie, que ce soit en usage direct de la chaleur ou assistées par pompe à chaleur.

 

  • Production de chaleur

- amélioration des performances des technologies de production ;

- prolongation de la durée de vie des projets ;

- développement de nouveaux capteurs géothermiques, développement de géométries adaptées et de dispositifs innovants de grande profondeur ;

- reconversion innovante d’ouvrages existants avec des échangeurs profonds ;

- proposition de méthodes, outils composants pour améliorer l’intégration environnementale des technologies de géothermie proposées ;

- mise en place de politiques d’évaluation et de maîtrise d’éventuelles pollutions.

 

Dans le cadre européen

  • NER300
  • H2020

Cadre législatif et réglementaire pour les gîtes géothermiques

Démarches au titre du code minier

Les démarches administratives pour la recherche et l’exploitation de gîtes géothermiques

Les gîtes géothermiques relèvent du régime légal des mines (article L 112-1 du code minier). Le code minier encadre l’activité relative à la recherche et à l’exploitation de ces gîtes géothermiques  par la délivrance de deux titres miniers :

  • le permis exclusif de recherches  pour la phase d’exploration
  • la concession pour la phase d’exploitation.

Le permis exclusif de recherches est un arrêté ministériel qui donne à la société un droit exclusif pour mener les travaux d’exploration, eux-mêmes réglementés par le décret 2006-649 du 2 juin 2006, en vue de découvrir un gîte géothermique à l’intérieur du périmètre défini par l’arrêté d’octroi ainsi que la possibilité exclusive de demander une concession à l’intérieur du périmètre du permis si la ressource est avérée. Le détenteur dépose sa demande de permis auprès du ministre chargé des mines qui la transmet à la préfecture concernée. Celle-ci vérifie la recevabilité de la demande puis organise une mise en concurrence nationale et européenne afin de porter cette candidature à la connaissance des autres sociétés intéressées par la zone et de retenir la ou les société(s) qui offre(nt) les meilleures capacités techniques et financières et qui présentent un programme des travaux valorisant le mieux la connaissance de la ressource énergétique dans le strict respect de la réglementation.

L’ensemble des demandes de permis déposées donne lieu à une participation du public organisée par le ministère chargé des mines. La demande, la notice d’impact telle qu’elle est définie au premier alinéa de l’article 17 du décret 2006-648 du 2 juin 2006 et les documents cartographiques peuvent être consultés au ministère chargé des mines ainsi que dans les directions régionales.

Le permis exclusif de recherches est attribué pour une durée de 5 années au plus et il peut être prolongé à deux reprises, chacune de cinq années au maximum. La superficie du permis est réduite à chaque prolongation, la société ciblant chaque fois plus précisément les zones à explorer.

La concession est un décret qui donne à la société le droit d’exploiter la ressource géothermique. Avec ce titre minier, la phase de production de la ressource est possible. Une telle concession est octroyée pour une période initiale ne pouvant excéder 50 années et chacune peut être renouvelée plusieurs fois pour 25 années au maximum. L'octroi et la prolongation d'une concession font l'objet d'une enquête publique d’une durée de 30 jours au minimum.

La procédure d’attribution des permis exclusifs de recherche et des concessions est fixée par les dispositions du décret n° 2006-648 du 2 juin 2006.

Le titre minier n’accorde pas à son titulaire le droit de réaliser les travaux de recherche ou d’exploitation. Selon leur importance, ceux-ci sont soumis à autorisation ou à déclaration préfectorale. Le décret n°2006-649 du 2 juin 2006 précise le régime et la procédure applicable pour chaque catégorie de travaux.

La procédure d’autorisation prévoit une enquête publique dans les conditions prévues par l’article R123-1 et suivants du code l’environnement, ainsi que le recueil des avis des services et des communes. Le préfet statue par arrêté après consultation du CODERST.

Les déclarations sont soumises à l’avis des services et sont transmises, pour information, aux communes. Le préfet dispose de deux mois après réception de la déclaration pour édicter, le cas échéant, des prescriptions destinées à préserver les intérêts mentionnés à l’article L161-1 du code minier (sécurité des travailleurs, sécurité publique, environnement, eaux, patrimoine,..). En l’absence de prescriptions supplémentaires, le titulaire du permis exclusif de recherches réalise les travaux conformément à sa déclaration.

 

Le point de vue réglementaire sur les différents types de gîtes géothermiques

Le décret n°78-498 du 28 mars 1978 relatif aux titres de recherches et d'exploitation de géothermie définit en son article 1, les gîtes géothermiques à haute ou à basse température selon que la température de leurs eaux, mesurée en surface au cours des essais du forage d'exploration, est soit supérieure, soit inférieure ou égale à 150 degrés C..

Parmi les différents types de gîtes géothermiques, on distingue :

  • les gîtes géothermiques à haute et à basse température (plus de 150°C) : Ces gîtes sont essentiellement exploités pour produire de l’électricité et de la chaleur.
  • Avec le décret n°2015-15 du 8 janvier 2015, modifiant le décret n°78-498 les ouvrages de profondeur de plus de 10 mètres et de moins de 200 mètres, avec des équipements de moins de 500 kW bénéficie d’un régime déclaratif simplifié. La puissance de 500 kW est suffisante pour chauffer simultanément plus de 100 logements répondant aux exigences thermiques de la réglementation RT 2012 pour les bâtiments neufs ou disposant du label "bâtiment basse consommation énergétique rénovation" dit BBC Réno pour les bâtiments existants

Démarches au titre du code de l’énergie

Autorisation d’exploiter pour une installation de production d’électricité

Les installations de puissance supérieure à 50 MW sont soumises à autorisation d’exploiter. Les installations de puissance inférieure sont réputées autorisées et aucune démarche administrative n’est nécessaire.

La demande est à adresser à la direction de l’énergie à l’adresse suivante :

Ministère de l’environnement, de l’énergie et de la mer

DGEC - Direction de l’énergie

Sous-direction des systèmes électrique et énergies renouvelables

92055 La Défense Cedex

Interlocuteurs : Ministère de l’environnement, de l’énergie et de la mer

Périmètres des titres miniers de gites géothermiques à haute température

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