La géothermie exploite la chaleur présente dans le sous-sol terrestre, qui est constamment réapprovisionnée par des réactions radioactives naturelles et la chaleur du noyau terrestre.

La géothermie de surface utilise des températures basses pour chauffer ou refroidir des bâtiments, tandis que la géothermie profonde peut produire de la chaleur ou de l'électricité.

Grâce à la présence de nappes phréatiques et de ressources géologiques, la région Grand Est est idéale pour développer des projets de géothermie à différentes échelles, que ce soit pour des réseaux de chaleur urbains ou des industries.

Qu'est-ce que la géothermie ?

La géothermie est disponible sans risque sur la majeure partie du territoire du Grand Est. Dans la région, il est ainsi possible d’exploiter des gisements de très faible température pour le chauffage et/ou le refroidissement de bâtiments (15°C) ou de valoriser une ressource (eau) à des températures et des profondeurs plus importantes pour alimenter des réseaux de chaleur urbains et/ou des process industriels.

La géothermie de surface - très basse énergie

À partir d’environ 10 mètres de profondeur, les températures de l’air et le climat extérieur n’ont plus aucun impact sur la température du sous-sol. En Grand Est, on retrouve généralement, jusqu’à 200 mètres de profondeur, une température comprise entre 10 et 15 °C. C’est cette stabilité thermique qui fait de la géothermie une technologie extrêmement pertinente : il est ainsi possible de valoriser l’énergie du sous-sol pour alimenter un ou plusieurs bâtiments en chauffage et/ou en refroidissement. Pour ce faire, l’énergie contenue dans le sous-sol sera prélevée au moyen de capteurs géothermiques horizontaux ou verticaux, de pieux de fondations (géostructures énergétiques), ou directement dans l’eau d’aquifères peu profonds et permettra d’alimenter une pompe à chaleur géothermique, qui adaptera la température afin de répondre aux besoins du ou des bâtiments. 

La géothermie très basse énergie (ou géothermie de surface) permet de répondre efficacement et avec un très faible impact environnemental, à un besoin de chaleur et/ou de froid dans tous types de bâtiments. De plus, cette solution présente l’avantage de valoriser une ressource, locale et gratuite qu’est l’énergie du sous-sol.

Principe de la géothermie de surface

Dans la majorité des cas, les installations de géothermie de surface vont prélever les calories dans le sous-sol via les deux technologies présentées ci-dessous. Néanmoins, d’autres systèmes tels que les échangeurs géothermiques compacts, les échangeurs horizontaux ou encore les géostructures énergétiques peuvent être mis en place pour valoriser cette ressource souterraine.

Utilisation sur nappe

Elle consiste à pomper l’eau d’une nappe souterraine peu profonde par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs forages pour l’acheminer (via un échangeur) jusqu’à la pompe à chaleur afin d’en prélever les calories, avant de la réinjecter dans l’aquifère d’origine par l’intermédiaire d’un second ou de plusieurs forages.

La puissance est fonction des caractéristiques du sol, du nombre et de la longueur des sondes. Le sol sert de réservoir d’énergie, d’où la nécessité d’un dimensionnement précis.

Utilisation sur sondes

Les sondes géothermiques sont composées d’un ou plusieurs tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur (qui prélève la chaleur du sous-sol par conduction thermique et qui l’achemine jusqu’à la PAC), positionnés dans un forage de plusieurs dizaines/centaines de mètres de profondeur. Les fondations d’un bâtiment peuvent également être équipées et utilisées.

Géothermie sur sondes

La puissance de l’installation est fonction du débit disponible et de la température de l’eau.

Quelques retours d'expérience

Géothermie sur nappe à la piscine de la Kibitzenau à Strasbourg

Piscine de la Kibitzenau Strasbourg - sur nappe - 524 kW chaud, 427 kW froid

Géothermie sur nappe à l'école des Arts du Cirque à Châlons

École des Arts du Cirque à Châlons : 316 kW sur nappe

La géothermie profonde - basse énergie

La géothermie basse énergie consiste à valoriser de l’eau présente naturellement dans des nappes dont les profondeurs peuvent varier de 800 à 2 000 mètres et présentant des températures comprises entre 30 et 90 °C. 

À ces profondeurs, le niveau de température est insuffisant pour permettre la production rentable d’électricité mais il peut être utilisé pour le chauffage de bâtiments, pour certains usages spécifiques industriels ou encore pour le thermalisme. Dans les zones d’habitat dense, il est souvent possible de récupérer ces calories pour le chauffage urbain par réseaux de chaleur (cette technique est très utilisée en région parisienne). La géothermie basse énergie peut aussi servir pour diverses activités comme le chauffage de serres, de piscines, pour la balnéothérapie, la pisciculture, etc… Dans ce cas, la température de l’eau géothermale doit être supérieure à 60°C. Dans le cas contraire, il est souvent nécessaire d’ajouter une pompe à chaleur au système permettant ainsi d’atteindre la température désirée. 

Le principe du doublet géothermique

Que ce soit en géothermie de surface ou en géothermie profonde, le principe du doublet géothermique reste le même, seule la profondeur, les techniques de réalisation et l’usage des calories prélevées changent. Par forage, l’eau chaude est captée dans une couche géologique poreuse. Le fluide remonte à la surface dans le puits de production par un système de pompage ou grâce à la pression naturelle présente en profondeur et à la température du fluide (système dit artésien). Les calories contenues dans l’eau géothermale sont alors cédées via un échangeur thermique au fluide du réseau de chaleur servant ensuite, après passage éventuel dans un nouvel échangeur en sous-station, à alimenter un système de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire. Un second puits est également effectué pour réinjecter l’eau dans l’aquifère d’où il a été prélevé. Il n’y a donc aucune consommation d’eau souterraine et le réservoir est donc préservé.

La géothermie profonde - haute énergie

La présence d’eau dans des zones d’anomalie thermique comprises entre 2 500 et 5 000 mètres de profondeur, caractéristiques de la plaine d’Alsace, permet de valoriser des fluides géothermiques (saumure géothermale) à des températures supérieures à 150 °C. Ces niveaux de températures sont suffisants pour produire de l’électricité via des turbines ORC (Cycle Organique de Rankine) ou peuvent être valorisés en direct dans des process industriels. 

Tête de puits géothermie profonde

 Tête de puits géothermie profonde

La vidéo ci-dessous présente le principe de fonctionnement d’une installation de géothermie profonde à Rittershoffen. Cette vidéo a été tournée par le média Révolution énergétique auprès d’Electricité de Strasbourg

La géothermie en région Grand Est

La région Grand Est se caractérise par la présence de pratiquement tous les différents types de gisements. La forte présence de cours d’eau importants (Rhin, Seine, Meuse, Aube, Aisne, Moselle, Meurthe, Ill,…..) et de nappes souterraines (nappe de la craie, nappe des grès du Trias, nappe rhénane) permet de fournir une ressource abondante pour des projets de géothermie. Ces ressources disponibles à faible profondeur fournissent un atout majeur pour permettre le développement de projets locaux publics ou industriels. 

Géothermie en Grand Est

En l’absence de nappe d’eau, la géologie régionale permet de valoriser l’énergie contenue dans les roches via la technologie des sondes géothermiques verticales.

Le programme climaxion et la géothermie

Le programme Climaxion soutient depuis de nombreuses années le développement de la géothermie en Grand Est. C’est dans ce cadre que le programme contribue à l’amélioration des connaissances du territoire régional et de son sous-sol.

C’est également dans cet objectif que l’ADEME et la Région Grand Est ont mis en place, depuis 2020, avec l’aide de partenaires (l’Association Lorraine Énergies Renouvelables, l’AFPG et des industriels de la géothermie), une mission d’animation de la filière géothermie en région. Cette dernière à pour objectifs d’animer et dynamiser la filière et d’accompagner les porteurs de projets des secteurs collectifs, tertiaires et industriels dans le développement de cette énergie renouvelables.

De plus, le programme Climaxion permet de soutenir techniquement et financièrement le recours à la géothermie de surface en proposant un dispositif de soutien pour le financement d’études de faisabilité géothermique (indispensable pour réussir son projet) et dans un second temps le financement des installations.