Géothermie : utiliser l’énergie durable du sous-sol

Le terme « géothermie » est souvent employé dans le sens de « chaleur souterraine », qui désigne l’énergie thermique emmagasinée dans le sous-sol. Or, « géothermie » se réfère également à l’utilisation de cette chaleur à des fins énergétiques en surface. La chaleur géothermique sert notamment à chauffer des locaux, à produire de l’eau chaude pour certains processus industriels, à refroidir, à produire de l’électricité et même à stocker de la chaleur ou du froid.

En géothermie, on distingue entre l’utilisation directe et l’utilisation indirecte de la chaleur. À partir d’une profondeur de 15 mètres, la température du sol est constante et s’élève à environ 10 °C tout au long de l’année. Une installation de pompe à chaleur permet d’utiliser indirectement l’énergie tirée du sous-sol, ou d’une nappe phréatique proche de la surface. On parle d’une « utilisation indirecte », parce que la chaleur passe par le système de chauffage avant d’être distribuée dans le bâtiment, ou de servir, éventuellement, à la production d’eau chaude.

En Suisse, la température augmente d’environ 3 °C par 100 mètres de profondeur. Ainsi, à partir d’une profondeur d’un kilomètre, la température excède 40 °C, ce qui représente un potentiel énergétique important. À partir de 400 mètres environ, la température des eaux souterraines profondes dépasse souvent 20 °C. Un système de forage approprié permet de remonter l’eau chaude à la surface, afin que l’énergie thermique, d’origine renouvelable et disponible en grandes quantités, puisse être directement utilisée.

Techniques d’exploitation de la chaleur souterraine comme source d’énergie

Selon les circonstances, différentes techniques sont utilisées pour exploiter la chaleur. Il existe deux types de géothermie : la géothermie de surface et la géothermie profonde.

Géothermie de surface (utilisation indirecte)

Sondes géothermiques

Un forage vertical s’effectue généralement sur une profondeur comprise entre un mètre et plusieurs centaines de mètres. Lors de chaque forage, un système de tuyaux en forme de U dans lequel circule un liquide caloporteur est installé dans le sol. Ce liquide extrait la chaleur du sol et la transmet à la pompe à chaleur. Dans cette dernière, l’énergie thermique provoque l’évaporation du fluide frigorigène, qui est ensuite compressé et transféré au bâtiment sous forme de chaleur de chauffage au moyen d’un échangeur de chaleur.

En raison de la température constante du sous-sol tout au long de l’année, on extrait idéalement de la chaleur en hiver, et on la libère en été pour le refroidissement des locaux. Les installations de pompe à chaleur couplées à des sondes géothermiques conviennent aussi bien pour des maisons individuelles que pour de grands complexes administratifs et résidentiels.

Capteurs horizontaux (registre terrestre)

Comme leur nom l’indique, les capteurs horizontaux sont des tuyaux installés horizontalement à une profondeur de seulement un à deux mètres. Ils sont certes peu coûteux, mais nécessitent une surface non bâtie suffisamment étendue. Ils conviennent aux nouvelles constructions pourvues d’un jardin.

Corbeilles géothermiques

Les corbeilles géothermiques sont des capteurs en forme de spirale installés à une profondeur d’environ cinq mètres. Étant donné qu’ils nécessitent moins de surface que les capteurs horizontaux, ils sont particulièrement adaptés aux petits terrains.

Exploitation de la chaleur des eaux souterraines

Lorsque les eaux souterraines ne sont pas utilisées comme eau potable et qu’elles ne sont pas protégées, elles peuvent être utilisées pour le chauffage, pour le refroidissement et pour le stockage de la chaleur. La Suisse compte plus de 7000 pompes à chaleur sur nappe phréatique, dont la majeure partie approvisionne de grands immeubles d’habitation, des quartiers entiers ou des bâtiments industriels.

Géothermie profonde (utilisation directe)

La géothermie profonde utilise les eaux souterraines profondes naturelles, déjà chaudes, ce qui permet d’exploiter directement la chaleur provenant du sous-sol sans passer par une pompe à chaleur. Lorsque la température de l’eau dépasse 100 °C, il est également possible de produire de l’électricité. En l’absence d’autres ressources, les systèmes pétrothermaux, ou EGS (Enhanced Geothermal Systems), permettent de produire de la chaleur et de l’électricité à partir des couches rocheuses sèches.

Vous trouverez des informations détaillées concernant les différentes techniques sur le site de Géothermie-Suisse.

L’énorme potentiel de la géothermie

Le potentiel géothermique de la Suisse est énorme. En 2023, les installations géothermiques ont produit quelque 4,5 térawattheures (TWh) de chaleur, couvrant ainsi 5 % des besoins de la Suisse en matière de chauffage. Le potentiel d’exploitation de la géothermie à cette fin s’élève à 8 TWh par an.

La géothermie permet également de produire de l’électricité, potentiellement à hauteur de 4 TWh par an. En Suisse, il n’existe pour l’instant aucune installation géothermique produisant de l’électricité, mais des approches novatrices sont en cours d’expérimentation. À l’échelle mondiale, en revanche, plusieurs centaines d’installations fournissent déjà de l’électricité renouvelable, et ce dans 32 pays, notamment aux États-Unis, en Indonésie, et dans certains pays européens tels que l’Allemagne, la France et l’Italie.

En Suisse, le bassin molassique situé sous le Plateau ainsi qu’une grande partie des régions alpines présentent en particulier un potentiel considérable pour alimenter les réseaux de chaleur à distance grâce à des installations géothermiques. Le sous-sol n’a toutefois pas encore été exploré de manière suffisante et le risque de passer à côté de la couche aquifère ou de provoquer des phénomènes sismiques est relativement élevé. La Confédération soutient l’utilisation directe de l’énergie géothermique à des fins de production d’électricité ou de chaleur par le biais de divers instruments. De plus amples informations sont disponibles sur la page dédiée à la Promotion de la géothermie.

Avantages de la géothermie en tant que source d’énergie

• Durabilité : la géothermie est une énergie thermique renouvelable et neutre en CO₂.

• Disponibilité : contrairement à l’énergie solaire ou éolienne, la chaleur souterraine est disponible à tout moment et ne dépend pas des conditions météorologiques.

• Polyvalence : elle peut être utilisée pour le chauffage, le refroidissement et la production d’électricité.

• Rentabilité : malgré des coûts d’investissement élevés, les coûts d’exploitation sont faibles.

Géothermie et séismes

La géothermie de faible profondeur (p. ex. forage nécessaire à la mise en place d’une sonde géothermique) ne présente aucun risque sismique. Des études scientifiques et une longue expérience en Suisse et à l’étranger le confirment : les forages effectués pour installer des sondes géothermiques atteignent en général une profondeur allant de 50 mètres à quelques centaines de mètres seulement, et n’interfèrent donc pas avec les couches présentant un risque sismique élevé. Dans le cas de la géothermie profonde, en revanche, des tremblements de terre ne peuvent pas être exclus. C’est ce qu’ont montré les forages profonds réalisés en 2006 à Bâle et en 2013 à Saint-Gall. En effet, des secousses d’une magnitude de 3,4 et 3,5 sur l’échelle de Richter ont été enregistrées au moment des faits, ce qui suscite de l’inquiétude.

En Suisse, des tremblements de terre sont enregistrés tous les jours. Toutefois, la plupart des secousses sont à peine perceptibles, voire imperceptibles. La liste de tous les séismes détectés peut être consultée en ligne auprès du Service Sismologique Suisse (SED). Sur les 1000 à 1500 tremblements de terre mesurés chaque année, dix à vingt sont ressentis par la population. En effet, seuls les tremblements de terre d’une magnitude supérieure à environ 2,5 sont perceptibles. Ceux d’une magnitude comprise entre 3 et 3,9 sont considérés comme « légers », car ils ne causent généralement pas de dommages.

Mais comment éviter les tremblements de terre tels que ceux qui ont eu lieu à Bâle et à Saint-Gall ? Il est essentiel de connaître le sous-sol aussi précisément que possible. Or en règle générale, ces connaissances ne sont pas immédiatement disponibles : elles doivent être acquises pour chaque nouvelle région, le niveau de connaissances augmentant au fur et à mesure que le projet avance. Par exemple, les modélisations sismiques 3D d’une région fournissent des informations importantes concernant les sites potentiels. Le SED propose aux cantons des services de conseil sismologique et de surveillance pour les projets de géothermie profonde.