La Terre, notre planète, est un réservoir d'énergie colossal dont une fraction significative provient de son intérieur. Cette chaleur interne, appelée énergie géothermique, est le résultat de processus naturels qui se déroulent à des profondeurs considérables. Comprendre les mécanismes de transfert de cette chaleur et les spécificités géologiques des régions est essentiel pour exploiter cette ressource renouvelable de manière efficace et durable. L'Alsace, et plus particulièrement son nord, s'est affirmée comme un territoire pionnier dans le développement de la géothermie haute température, ouvrant la voie à de nouvelles perspectives énergétiques pour la région.
La température de notre planète n'est pas uniforme ; elle croît avec la profondeur, un phénomène connu sous le nom de gradient géothermique. Ce gradient indique que plus l'on s'enfonce dans les entrailles de la Terre, plus il fait chaud. Le flux géothermique est la manifestation de cette chaleur qui atteint la surface depuis les profondeurs. La valeur de ces gradients et flux n'est cependant pas constante et varie considérablement en fonction du contexte géodynamique de chaque région.
Deux mécanismes principaux sont responsables du transfert thermique au sein de la Terre : la convection et la conduction. La conduction est un processus où la chaleur se propage par contact direct entre les particules, sans aucun déplacement de matière. Ce mode de transfert est indépendant de la viscosité ou de la transparence du milieu. Le rayonnement, quant à lui, est le mode de transfert de chaleur qui nous est le plus familier, étant celui par lequel le Soleil nous transmet sa chaleur ; il n'agit cependant que sur les milieux transparents, comme l'atmosphère ou l'hydrosphère. La convection, enfin, est un mécanisme de transfert thermique beaucoup plus efficace. Elle implique le déplacement de matière, comme l'air chaud qui, étant moins dense, s'élève dans l'atmosphère, transportant ainsi la chaleur. C'est ce phénomène, observé à grande échelle dans le manteau terrestre, qui permet une remontée plus rapide de la chaleur des profondeurs vers la surface.
L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est intrinsèquement variable d'un endroit à l'autre, dépendant de la structure géologique et de la présence de sources de chaleur accessibles. Le nord de l'Alsace se distingue comme une zone particulièrement privilégiée pour l'exploitation de la géothermie haute température. Cette particularité s'explique par sa localisation sur une faille géologique majeure, le fossé rhénan.
Les forages réalisés dans cette région atteignent des profondeurs considérables, avoisinant les 5 kilomètres. À de telles profondeurs, les eaux souterraines atteignent des températures élevées, souvent proches de 200°C. Sous une pression de l'ordre de 300 bars, ces eaux surchauffées restent à l'état liquide, ne se mettant à bouillir qu'au fur et à mesure de leur remontée vers la surface, où la pression diminue. Cette capacité à accéder à des réservoirs d'eau chaude à haute température est le fondement de la géothermie profonde.
D'autres zones géologiquement actives, comme les régions volcaniques, bénéficient également de ces ressources. L'Islande, par exemple, tire une grande partie de son énergie de centrales géothermiques qui exploitent la chaleur apportée par l'activité volcanique. En Alsace, la présence de failles et la structure particulière du sous-sol du fossé rhénan créent des conditions favorables à une remontée de chaleur significative. Les études sismiques, notamment les profils ECORS-EKORP, ont révélé le caractère asymétrique des bordures du fossé rhénan. Cette asymétrie explique la distribution inégale des champs de fractures et une subsidence plus marquée le long de certaines marges. Une faille oblique de détachement, orientée vers l'ouest dans la partie nord du fossé (et inversement au sud), joue un rôle crucial. Elle est responsable de l'amincissement crustal, de la remontée du manteau, et des phénomènes associés tels que le réchauffement de l'écorce, la décompression partielle du matériel mantellique (à l'origine de phénomènes volcaniques), et la transformation des sédiments les plus profonds, conduisant à la maturation du kérogène et à la formation d'hydrocarbures. L'analyse des saumures rencontrées dans les puits de forage à Soultz suggère que l'origine des boucles de convection serait à rechercher dans la partie centrale du fossé.
Électricité de Strasbourg (ÉS), en tant qu'acteur majeur du paysage énergétique alsacien, est pionnière dans le développement de la géothermie haute température dans la région. Depuis 2016, deux centrales de géothermie haute température sont opérationnelles dans le Bas-Rhin : l'une à Soultz-sous-Forêts et l'autre à Rittershoffen. Ces installations exploitent la chaleur des réservoirs naturels présents dans le sous-sol du fossé rhénan.
À Rittershoffen, par exemple, l'eau peut atteindre une température de 170°C à une profondeur de 2 500 mètres. Cette chaleur est ensuite utilisée pour produire de l'électricité, mais alimente également des réseaux de chaleur locaux, offrant ainsi une solution énergétique décarbonée pour le chauffage des bâtiments.
Les sociétés impliquées dans le développement de la géothermie profonde en Alsace sont multiples. Le GEIE « Exploitation Minière de la chaleur » opère la centrale de Soultz-sous-Forêts, ECOGI est responsable de la centrale de Rittershoffen, Électricité de Strasbourg est engagée dans le projet d'Illkirch, et Fonroche Géothermie développe des projets à Vendenheim et Eckbolsheim. Ces acteurs, ainsi que l'EOST (École et Observatoire des Sciences de la Terre), ont signé un accord de partenariat sous le patronage de la DREAL (Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement) Alsace-Champagne-Ardenne-Lorraine. Cet accord, signé le 20 juillet 2016, vise à sécuriser la géothermie profonde et définit les données techniques de surveillance ainsi que les modalités d'échange d'informations, conformément aux Arrêtés Préfectoraux autorisant les forages et l'exploitation des concessions de gîtes géothermiques.
L'ambition d'ÉS est claire : développer les projets de géothermie sur le territoire alsacien et devenir un acteur pivot de la valorisation de la filière industrielle du lithium en Alsace et dans le Grand Est, en partenariat avec Eramet. D'ici 2030, l'objectif est de produire 15 % de l'électricité du territoire grâce à la géothermie. Ces perspectives répondent aux défis cruciaux de la transition énergétique et offrent des opportunités pour un approvisionnement en lithium durable, un matériau essentiel pour les batteries des véhicules électriques et le stockage d'énergie.
Le développement de ces projets s'appuie sur des résultats tangibles, des équipes expérimentées, des études sérieuses et des simulations de performances réalistes et objectives, garantissant une approche responsable. L'acceptabilité des citoyens est une priorité, et ÉS s'engage dans une démarche de transparence. Des journées portes ouvertes, des réunions d'information pour les élus, et des expositions sur la géothermie sont organisées pour informer le public et favoriser le dialogue. Des bulletins d'information réguliers et des mises à jour sur le site internet de l'entreprise permettront de suivre l'avancement des projets.
La géothermie profonde, bien qu'abondante, a longtemps été considérée comme une énergie "parent pauvre", contrastant avec les nombreux incidents ou accidents ayant marqué l'utilisation de l'énergie atomique. Cependant, le potentiel de cette ressource est immense. Les caractéristiques des eaux de sources et de forages relevées dans le secteur alsacien, notamment la présence de CO2 et de N2 d'origine atmosphérique, de Ca, Mg, Na, Cl, SO4, I, Br issus de la dissolution de roches (calcaires, évaporites), et de He en partie atmosphérique et en partie d'origine profonde (désintégration radioactive), témoignent de la complexité des interactions entre les fluides et le sous-sol. Les captages réalisés dans la zone située à l'est de la faille rhénane présentent une température supérieure, confirmant l'influence de la structure géologique sur le potentiel géothermique. L'évolution de la température au sein des puits de forage, avant leur mise en exploitation, permet de mieux comprendre les modes de transfert de la chaleur profonde. La partie presque verticale des tracés de forage, entre 1200 et 3500 mètres, est le siège d'une intense convection, un signe de l'efficacité du transfert de chaleur depuis les profondeurs.
Un groupe de travail académique, composé d'enseignants de SVT et d'un conseiller scientifique de l'EOST, sous la direction de l'inspection pédagogique de SVT de l'académie de Strasbourg, a développé une base de données pour valoriser la pratique géologique sur le terrain avec les élèves. Cette initiative, fruit de plusieurs années de travail, met à disposition des enseignants des descriptions de sites géologiques d'Alsace et des travaux de synthèse sur la géologie régionale, avec une banque d'images libre de droits pour un usage non commercial.
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