Histoire de l’énergie géothermique (et émergence au fil des ans)

Il existe aujourd’hui de nombreuses sources d’énergie, certaines étant renouvelables et d’autres non. Une excellente source d’énergie non renouvelable est la combustion de combustibles fossiles tels que le pétrole et le gaz naturel, tandis que certaines des sources d’énergie renouvelables comprennent l’énergie solaire, éolienne, hydroélectrique et géothermique.

L’énergie géothermique est dérivée de la chaleur qui provient du sous-sol de la terre. Il est contenu dans les roches et les fluides sous la croûte terrestre et peut être trouvé aussi loin que la roche en fusion chaude de la terre, le magma. Cet article parlera de l’énergie géothermique, de son passé, de son présent et de son avenir.

 

L’énergie géothermique existe depuis des milliards d’années. Cependant, l’histoire dit que l’énergie géothermique est utilisée depuis environ 10 000 ans, à commencer par les Paléo-Indiens qui utilisaient les sources chaudes et les piscines naturelles pour cuisiner, se baigner et se réchauffer. Selon Britannica, le premier système de chauffage urbain au monde a été installé à Chaudes-Aigues, en France, au XIVe siècle, mais ce n’est qu’à la fin du XIXe siècle que d’autres villes et industries ont réalisé le potentiel économique des ressources géothermiques.

La première utilisation industrielle de l’énergie géothermique a commencé près de Pise, en Italie, à la fin du XVIIIe siècle. La vapeur provenant des évents naturels (et des trous forés) a été utilisée pour extraire l’acide borique des bassins chauds qui sont maintenant connus sous le nom de champs Larderello.

Les premières résidences à recevoir de la chaleur géothermique se trouvaient sur Warm Springs Avenue à Boise, Idaho en 1892 et la première production d’énergie électrique géothermique a eu lieu à Larderello en Italie en 1904 par le scientifique italien Piero Ginori Conti.

Il propose également que les usines américaines et italiennes étaient des installations à vapeur sèche, où les réservoirs à faible perméabilité ne produisaient que de la vapeur. Cependant, la Nouvelle-Zélande a pu produire 80% d’eau surchauffée et 20% de vapeur grâce à son eau à haute température et haute pression, qui émerge naturellement.

Les centrales géothermiques de Nouvelle-Zélande ont été mises en service en 1958 et les Geysers du nord de la Californie ont été mis en service en 1960. La vapeur du sol produit immédiatement de l’électricité et est envoyée aux centrales électriques par des conduites. En revanche, l’eau surchauffée du sol est séparée du mélange et transformée en vapeur. La plupart des centrales géothermiques sont actuellement de ce dernier type « à vapeur humide ».

Développement des technologies de l’énergie géothermique

1. Centrales géothermiques à vapeur sèche

Ce sont les premiers systèmes de centrales géothermiques. Ils ont utilisé et utilisent la vapeur fournie par un réservoir hydrothermal directement pour faire tourner des turbines de générateur

2. Centrales à vapeur éclair

Ce sont les types de centrales géothermiques les plus courants dans le monde et sont plus économes en énergie que les centrales à vapeur sèche. La technologie utilisée repose sur des réservoirs hautement pressurisés où l’eau dépasse 360°F (182°C).

La pression pousse l’eau surchauffée vers la surface, où elle entre dans un réservoir à une pression bien inférieure à celle qui existe sous terre. Une fois dans le réservoir, la pression plus faible provoque le « flashage » ou la vaporisation d’une partie de l’eau, générant de la vapeur qui fait tourner une turbine. L’excédent d’eau, qui n’est pas flashé, est réinjecté dans le réservoir hydrothermal pour une utilisation ultérieure

3. Centrales électriques à cycle binaire

Il s’agit de la technologie la plus récente en matière de production d’énergie géothermique et représente la grande majorité de la croissance géothermique aux États-Unis et dans le monde au cours des dernières décennies. L’eau du réservoir hydrothermal est nécessaire pour chauffer un autre fluide de travail avec un point d’ébullition beaucoup plus bas. L’eau chaude est réinjectée dans le réservoir, le fluide de travail chauffé se vaporisant, générant ainsi de la vapeur qui fait tourner une turbine de générateur.

Le géofluide, ou le fluide extrait du sous-sol, peut contenir du dioxyde de carbone dissous. Alors que d’autres systèmes utilisent directement le géofluide et permettent au dioxyde de carbone de s’échapper du fluide, les systèmes à cycle binaire ne le font pas, puisque le géofluide et le fluide de travail n’entrent jamais en contact direct, le dioxyde de carbone dans le géofluide n’est pas libéré et est plutôt re- séquestré sous terre. Par conséquent, les systèmes à cycle binaire entraînent peu, sur la base du cycle de vie, voire pas de gaz à effet de serre, sur une base opérationnelle, et d’émissions de matières particulaires.

4. Systèmes géothermiques améliorés (EGS)

Les EGS utilisent des ressources géothermiques provenant de réservoirs beaucoup plus profonds que les systèmes déjà évoqués. Ces ressources ne sont généralement pas économiques pour les développeurs pour diverses raisons, la plus courante étant que les réservoirs profonds ne sont souvent pas suffisamment perméables pour que l’eau chaude ou la vapeur remonte à la surface.

Pour surmonter cela, les systèmes géothermiques améliorés injectent des fluides dans le sol à grande vitesse pour fracturer la roche profonde, permettant à des canaux d’écoulement de se former et à l’eau d’atteindre des profondeurs et des dépôts plus accessibles. Les systèmes géothermiques améliorés sont généralement configurés comme des modèles binaires de centrales à vapeur et sont particulièrement utiles pour les situations de roche chaude et sèche.

L’émergence de la géothermie au fil des ans

1. 1807 : Un colon européen, John Colter, lors d’une visite dans la région de Yellowstone, a rencontré des sources chaudes, ce qui a conduit à la désignation « Colter’s Hell ». Hot Springs, Arkansas a également été fondée en 1807.

2. 1830 : Asa Thompson a facturé un dollar chacun pour l’utilisation de trois bains alimentés par une source dans une baignoire en bois, ce qui en fait la première utilisation commerciale connue de l’énergie géothermique.

3. 1847 : William Bell Elliot, tombe sur une vallée fumante, juste au nord de ce qui est aujourd’hui San Francisco, en Californie. Il a appelé la zone « Les Geysers », ce qui est un terme impropre, et a pensé qu’il avait trouvé les portes de l’Enfer. Les Geysers ont été transformés en spa, The Geysers Resort Hotel en 1852, accueillant, entre autres, les futurs présidents Ulysses S. Grant et Theodore Roosevelt.

4. 1892 : Le premier système de chauffage urbain au monde a été introduit à Boise, dans l’Idaho, l’eau étant acheminée des sources chaudes vers les bâtiments de la ville. Aujourd’hui, il existe quatre systèmes de chauffage urbain à Boise, fournissant de la chaleur à plus de 5 millions de pieds carrés d’espace résidentiel, commercial et gouvernemental. Dans le même temps, 17 districts aux États-Unis et des dizaines d’autres dans le monde utilisent le même système

5. 1904 : La première centrale géothermique a été inventée par le prince Piero Ginori Conti sur le champ de vapeur sèche de Larderello en Toscane, en Italie.

6. 1948 : Le professeur Carl Nielsen de l’Ohio State University a développé la première pompe à chaleur géothermique, pour une utilisation dans sa résidence, tandis que JD Krocker, un ingénieur à Portland, Oregon, a été le pionnier de la première utilisation d’une pompe à chaleur à eau souterraine dans un bâtiment commercial.

7. 1970 : Le Conseil des ressources géothermiques a été créé pour encourager le développement des ressources géothermiques dans le monde entier. La loi sur la vapeur géothermique a également été promulguée aux États-Unis, donnant au secrétaire de l’Intérieur le pouvoir de louer des terres publiques et d’autres terres fédérales pour l’exploration géothermique.

8. 1972 : L’Association de l’énergie géothermique (GEA) a été créée. L’organisme développe des ressources géothermiques dans le monde entier pour la production d’électricité et les utilisations directes de la chaleur

9. 1977 : Le département américain de l’énergie a été formé

10. 1984 : Une centrale de 20 MW a commencé à produire de l’électricité à Roosevelt Hot Springs dans l’Utah. Au Nevada, une centrale électrique binaire de 1,3 MW a démarré ses activités et une centrale électrique de 50 MW est mise en service à Imperial Valley, en Californie. La production électrique a commencé à Hawaii avec une centrale géothermique de 25 MW en 1992 et une puissance binaire de 23 MW à Steamboat Springs Nevada en 1993

11. 1994 : Le ministère de l’Énergie a créé deux efforts de collaboration entre l’industrie et le gouvernement pour promouvoir l’utilisation de l’énergie géothermique et réduire les émissions de gaz à effet de serre. Un effort était dirigé vers le développement accéléré des ressources géothermiques pour la production d’électricité et l’autre visait l’utilisation accélérée des pompes à chaleur géothermiques.

12. Les années 2000 : D’autres lois ont été promulguées. La loi sur la politique énergétique a été promulguée en 2005, prévoyant des incitations fiscales et des garanties de prêt pour différents types de production d’énergie. La même année, 14 800 GWh d’électricité ont été produits, suffisamment pour répondre aux besoins annuels d’environ 1,3 million de foyers. En 2007, la loi de 2007 sur l’indépendance et la sécurité énergétiques a été introduite, accordant l’autorisation et l’orientation des activités liées à la recherche géothermique du ministère de l’Énergie.

13. 2009 : Dans 38 États américains et le district de Colombie, le Bureau des technologies géothermiques a décerné des prix de 368,2 millions de dollars à 149 projets géothermiques

14. 2011/2012 : L’industrie géothermique aux États-Unis a connu une croissance constante en 2011 et au premier trimestre de 2012, les sociétés géothermiques augmentant leur capacité de 3 102 MW à 3 187 MW.

15. 2013 : Le ministère de l’Énergie a investi dans un projet qui lui a permis de tirer parti de générateurs d’électricité géothermique en boucle fermée, générant de l’électricité à zéro émission pour moins de 6 cents/kWh.

16. 2015 : Plus de 80 pays utilisent l’énergie géothermique, menés par la Chine, la Turquie, l’Islande, le Japon, la Hongrie et bien sûr les États-Unis. Selon Britannica, la capacité installée mondiale totale pour une utilisation directe s’élevait à environ 73 290 mégawatts thermiques (MWt), utilisant environ 163 273 gigawattheures par an (587 786 térajoules par an)

17. 2016 : La capacité installée mondiale totale pour la production d’électricité s’élevait à environ 13 400 MW, produisant environ 75 000 gigawattheures par an pour un facteur d’utilisation de 71 %, ce qui équivaut à 6 220 heures de fonctionnement à pleine charge par an.

18. 2019 : Sept États américains disposaient d’installations géothermiques, générant finalement une puissance de base représentant 4 % de toute la production à grande échelle aux États-Unis ou 16 milliards de kilowattheures.

Avenir de l’énergie géothermique

1. Forage de puits

Au fil des ans, nous sommes devenus meilleurs dans la production d’énergie géothermique. À l’avenir, nous ne ferons que progresser dans le forage de puits géothermiques avec une efficacité croissante, permettant de capter plus d’énergie dans chaque usine.

2. Usines à «cycle binaire» améliorées

Traditionnellement, les centrales géothermiques à « vapeur sèche » émettaient des gaz à effet de serre, même s’il s’agissait d’environ un huit de celui des centrales au charbon. Cependant, ils étaient des émissions, néanmoins. Aujourd’hui et dans le futur, les ingénieurs ont conçu et continueront d’améliorer les centrales à «cycle binaire», qui ne rejettent aucune émission dans l’atmosphère, à l’exception de la vapeur d’eau.

Les usines à cycle binaire créent un système en boucle fermée qui fait passer de l’eau chaude à travers un échangeur de chaleur, chauffant un autre liquide, comme l’isobutane, qui bout à une température inférieure à celle de l’eau. L’eau chaude, à son tour, est renvoyée sous terre, l’isobutane faisant fonctionner le générateur

3. Dépasser les autres formes d’énergie

L’énergie géothermique est considérée comme la troisième ou la quatrième source d’énergie renouvelable la plus importante, derrière le solaire, l’éolien et l’hydraulique. Il représente une petite partie de la capacité mondiale d’énergie renouvelable et une partie encore plus petite de la capacité mondiale totale d’énergie, qui comprend également l’énergie fossile.

À l’avenir, où les énergies renouvelables et durables sont préconisées, la capacité énergétique de l’énergie géothermique continuera de croître, dépassant d’autres formes d’énergie telles que les combustibles fossiles et la biomasse traditionnelle.

4. Un potentiel croissant

La géothermie reste aujourd’hui une forme d’énergie compétitive dans le mix des énergies renouvelables. Elle représente un peu plus de 1 % de la demande mondiale d’électricité et environ 3 % de la demande de chaleur. Le potentiel de la géothermie est énorme et ne cessera de croître, vu la quantité phénoménale de chaleur emmagasinée dans nos pieds.

5. Développer les ressources géothermiques à partir d’autres sources

Les points chauds ne sont pas les seuls domaines où l’énergie géothermique peut être exploitée, donnant la bonne nouvelle aux pays qui ne sont pas situés au sommet d’un volcan. Des ressources géothermiques peuvent désormais être développées à partir de roches du socle, comme les granites de Soultz en France (Electricité de Strasbourg) et d’Espoo en Finlande (ST1) et de bassins sédimentaires profondément enfouis (Trias) à différentes profondeurs entre 3 et 6,4 km, comme cela a été le cas fait aux Pays-Bas, en France et en Finlande.

Ces réservoirs profondément enfouis peuvent dans certains cas être hydrothermaux (réservoirs aquifères) ou pétrothermiques (appelés Hot Dry Rock), mais les deux nécessitent des techniques de stimulation et d’amélioration pour créer un écoulement dans les puits, car ils sont généralement étanches avec peu de perméabilité.