La création d'un réseau de chaleur sur un territoire représente une opportunité significative pour diversifier les sources d'énergie, stabiliser les coûts de chauffage et réduire l'empreinte carbone. Au cœur de cette démarche, la géothermie, exploitation de la chaleur issue du sous-sol, se révèle être une ressource renouvelable et locale de premier plan. Cet article explore le potentiel géothermique, ses différentes formes, les outils d'évaluation disponibles, ainsi que les dispositifs de soutien mis en place pour encourager son développement, particulièrement dans le contexte des réseaux de chaleur.
Un réseau de chaleur est un système de chauffage centralisé, déployé à l'échelle d'une ville ou d'un quartier. Son principe fondamental est de mobiliser des énergies renouvelables et de récupération locales pour alimenter un ensemble de bâtiments. La chaleur est produite au niveau d'une unité de production centrale, puis acheminée vers les consommateurs via un réseau de canalisations souterraines. L'un des avantages majeurs de ces réseaux réside dans la stabilité et la compétitivité des coûts de la chaleur, par rapport aux énergies fossiles, ainsi que dans leur faible empreinte carbone, en faisant un mode de chauffage faiblement carboné.
Pour visualiser et comprendre le potentiel géothermique d'un territoire, un espace cartographique interactif offre des ressources précieuses. Il permet de visualiser, pour la géothermie de surface, les installations et ouvrages associés, qu'ils soient sur sondes ou sur nappe. L'Observatoire dynamique de la géothermie de surface fournit des exemples d'opérations concrètes. Des cartes régionales et nationales détaillent les ressources disponibles : cartes régionales des ressources de géothermie de surface sur nappe (échangeur ouvert) et cartes nationales des ressources de géothermie de surface sur sonde (échangeur fermé). Ces cartes, lorsqu'elles existent, renseignent sur les caractéristiques du sous-sol local. Une carte de tests de réponse thermique est également disponible, un outil utile pour les professionnels lors de la mise en œuvre de projets de géothermie de surface sur sondes. De plus, des cartes de potentiel foncier sont proposées pour les solutions géothermiques sur sondes destinées aux maisons individuelles. Les cartes des zones réglementaires de la Géothermie de Minime Importance (GMI) sur échangeurs ouverts et fermés permettent de déterminer si un projet GMI se situe en zone verte, orange ou rouge, selon les réglementations en vigueur (MEDDE, 2015 ; MTECT et MTE, 2023).
Pour la géothermie profonde, l'espace cartographique présente les installations existantes et propose des cartes relatives aux propriétés physico-chimiques des formations et aquifères profonds. Des cartes régionales des ressources de géothermie profonde, notamment dans le Bassin aquitain, ainsi qu'une carte de favorabilité géologique globale, comme celle du Loiret, sont accessibles. Il est possible de consulter ces contextes cartographiques par région en cliquant sur le lien "La carte régionale et ses données" disponible dans chaque espace régional. L'accès aux données est également possible via un Système d'Information Géographique (SIG) en utilisant les URLs des services web cartographiques de type WMS (image) et WFS (téléchargement de données).
Pour évaluer la pertinence du recours à la géothermie sur pompe à chaleur à l'échelle d'une région, d'une commune ou d'un quartier, il est impératif de croiser les besoins thermiques avec les ressources géothermales situées au droit de ceux-ci. À l'échelle régionale, des études de potentiel ont déjà été menées avec des organismes tels que l'ADEME, la DREAL et les collectivités, notamment en Picardie et en région Centre. Plusieurs sources de données sont exploitées. Pour l'évaluation des besoins thermiques des utilisateurs en surface, la base BD Topo de l'IGN est une source privilégiée, fournissant une description vectorielle en 3D des sols et de leur occupation (végétation, cours d'eau, infrastructures routières et ferroviaires, bâti). Ces informations sont combinées aux consommations énergétiques fournies par les collectivités et les fournisseurs d'énergie.
En 2013, dans la basse vallée du Var, une zone identifiée comme très favorable par l'atlas régional, le BRGM a initié, en collaboration avec l'Établissement public d'aménagement (EPA) de la plaine du Var, une démarche d'évaluation pour un projet de Technopole à "Nice Méridia". Cette approche méthodologique vise à offrir aux opérateurs un accompagnement décisionnel avant l'intervention de bureaux d'études spécialisés.
La géothermie permet de produire différents types d'énergie en fonction de la température de la chaleur puisée dans le sous-sol. Les calories captées sont valorisées pour des installations de chauffage ou de climatisation destinées aux maisons individuelles et aux bâtiments, ou pour la production d'électricité. C'est une énergie renouvelable, qui contribue à l'indépendance énergétique et présente une faible émission de gaz à effet de serre (GES).
La France s'est engagée dans une politique volontariste pour soutenir le développement de la filière géothermique, à travers la simplification du cadre réglementaire pour la géothermie de minime importance, des aides à l'investissement, le soutien à la production d'électricité renouvelable, un fonds de garantie géothermie, et un soutien à la recherche et à l'innovation.
La géothermie superficielle, également appelée géothermie très basse température ou très basse énergie, exploite la chaleur du sol ou de l'eau du sous-sol à des profondeurs généralement inférieures à 200 mètres, pour des températures inférieures à 30°C. Elle trouve des applications principalement dans l'habitat collectif, le tertiaire et l'habitat individuel.
La géothermie basse température (ou basse énergie) exploite la chaleur de gisements d'eau situés à des profondeurs allant de quelques centaines de mètres à environ 2 000 mètres, pour des températures généralement comprises entre 30°C et 90°C. Dans ce cas, il s'agit d'une production centralisée qui valorise directement la chaleur de ressources rencontrées dans des aquifères situés entre 400 m et 2 500 m de profondeur. Cette ressource est couramment utilisée pour le chauffage urbain via des réseaux de chaleur ou en usage direct, comme le chauffage de serres, de piscines, 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 tend à se généraliser grâce aux avancées technologiques qui augmentent le rendement des installations. On parle également de production centralisée pour désigner les installations qui valorisent directement la chaleur.
La géothermie haute température (ou haute enthalpie) concerne les fluides dont les températures sont supérieures à 150°C. Ces fluides sont mis en production par des forages généralement situés à plus de 1 500 mètres de profondeur. Les ressources de géothermie haute température se trouvent dans des zones présentant un gradient géothermal anormalement élevé (jusqu'à 30°C par 100 m).
En France métropolitaine, le potentiel de la géothermie pour la production d'électricité est encore peu exploité. Le projet de Soultz-sous-Forêts utilise la technologie 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 pour 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 en cours d'instruction, témoignant d'un réel dynamisme à venir pour cette filière.
En 2016, la France disposait de deux centrales électriques géothermiques : une installation de 16 MW de puissance à Bouillante en Guadeloupe, exploitée depuis plus de 20 ans, et la centrale de Soultz-sous-Forêts, capable de produire 12 000 MWh d'électricité par an, correspondant à la consommation d'environ 2 400 logements.
Dans un contexte volcanique, le flux de chaleur est plus élevé, caractérisant la géothermie volcanique. La température de la ressource, généralement comprise entre 180°C et 350°C, est suffisante pour la production électrique. Le contexte volcanique est souvent favorable à la circulation de fluides chauffés en profondeur grâce à un réseau de fractures naturelles. Ces fluides, principalement de l'eau, peuvent se trouver sous forme liquide, vapeur, ou un mélange des deux ("di-phasique"). Le forage géothermique peut produire de la vapeur seule ou un mélange des deux, permettant la production d'électricité soit via une centrale à condensation utilisant directement la vapeur du gîte géothermique, soit via une centrale à fluide binaire où le fluide géothermal cède son énergie à un fluide organique de travail actionnant la turbine.
La filière géothermie électrique, bien que sa production reste marginale en métropole, présente l'avantage de produire de l'électricité en base, sans intermittence. La filière se structure progressivement autour de plusieurs projets, tant dans les territoires ultra-marins qu'en métropole, laissant présager une augmentation de la capacité installée.
Les objectifs de la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE) pour la France métropolitaine prévoient :
Au-delà de ces objectifs quantitatifs, la PPE fixe des orientations générales pour la filière : mise en place d'une animation locale avec un spécialiste de la géothermie par région, soutien à l'investissement en géothermie, réseaux de chaleur et de froid géothermique, et solutions de stockage de chaleur par géothermie via le Fonds Chaleur. La pérennisation du Fonds de garantie SAF et son adaptation sont prévues pour développer le potentiel de nouveaux aquifères peu connus. Le Fonds Chaleur peut financer des cartographies régionales pour la GMI et des aides à la décision sur la rentabilité économique de la ressource géothermique de surface. Le code minier sera modifié pour inclure explicitement la production de froid par géothermie. Compte tenu du coût de la production d'électricité par géothermie, le soutien se concentre sur la production de chaleur. Des projets innovants, notamment couplés à la production de lithium, bénéficieront de dispositifs de R&D.
Le guide "Géothermie profonde : guide sur la maîtrise de la sismicité induite", publié par l'Ineris et le BRGM, présente les bonnes pratiques pour maîtriser la sismicité induite par les opérations de géothermie profonde, couvrant différentes typologies de réservoirs et méthodes d'exploitation.
La production électrique à partir de géothermie a bénéficié jusqu'en 2016 d'un soutien sous forme de tarif d'achat. À compter de 2016, conformément aux lignes directrices de la Commission européenne, la filière a bénéficié d'un soutien sous forme de complément de rémunération en guichet ouvert, permettant à toute installation éligible de conclure un contrat avec EDF Obligation d'achat.
Cependant, aucune nouvelle demande de soutien à la production d'électricité par la géothermie ne peut être acceptée à compter du 13 août 2021. Dès que le seuil de 57,6 MW de puissance installée de contrats conclus et ayant pris effet sera atteint, EDF ne pourra plus conclure de nouveaux contrats ou d'avenants. Les chiffres enregistrés par EDF OA au 4 octobre 2021 indiquent une puissance totale des demandes de contrats déposées de 133,7 MW, des demandes complètes de 73 MW, et des demandes en attente de l'autorisation d'ouverture de travaux miniers de 34,4 MW. Aucune puissance totale de contrats n'avait été conclue ou n'avait pris effet à cette date.
Dans le cadre national, le programme des investissements d'avenir vise à améliorer la compétitivité de la filière géothermie par une diminution et une maîtrise des coûts de production (chaleur et/ou électricité) et un accroissement du potentiel des ressources exploitables.
Il est à noter que 15 autres demandes de permis exclusifs de recherches sont en cours d'instruction sur le territoire français, couvrant une superficie totale de 8265 km² pour les permis délivrés et 3813 km² supplémentaires pour les demandes en cours d'instruction.
En conclusion, le potentiel géothermique, qu'il soit de surface, basse, moyenne ou haute température, représente une ressource énergétique d'avenir pour la France. Les outils d'évaluation cartographique, combinés aux dispositifs de soutien nationaux, constituent des leviers essentiels pour le développement de projets de géothermie, notamment pour alimenter des réseaux de chaleur durables et compétitifs.
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