Géothermie
La géothermie est l'étude et l'utilisation de la chaleur du sol, la chaleur des roches plus ou moins profondes ou bien celle de l’eau qui y circule, pour en récupérer de l'énergie. Cela peut servir au chauffage de bâtiments, directement ou bien avec une pompe à chaleur. Lorsque la température des roches ou de l'eau est au dessus d'environ 150 °C, il est possible de produire de l'électricité à partir de cette ressource.
La géothermie est considérée comme une source d’énergie renouvelable, si on ne demande pas trop d'énergie en refroidissant trop la terre en profondeur.
Température sous terre en profondeur[modifier | modifier le wikicode]
Origine de la chaleur interne de la Terre[modifier | modifier le wikicode]
La chaleur du sous sol et de l'intérieur de la terre est un souvenir de la formation de la terre il y a 4,5 milliards d'années dans une nébuleuse avec énormément d'énergie, fournie par une ou plusieurs supernovas avant, qui seules ont pu créer des éléments lourds comme l'uranium. Ainsi le centre de la terre est à 5000 °C et des énormes pressions et cette chaleur n'a pas réussi à sortir en 4, 5 milliards d'années, car cette chaleur diffuse très lentement.
Mais la chaleur de la Terre est due à l'énergie fournie avant sa formation par les supernovas qui ont créé la nébuleuse à l'origine du système solaire. Pour environ moitié la chaleur est celle due aux collisions entre météorites et planètes, comme la collision qui a créé la Lune. L'autre moitié environ en chaleur est l'énergie de désintégration radioactives des atomes très radioactifs, comme l'uranium et autres créés par les supernovas à l'origine de la nébuleuse. Ces atomes très radioactifs instables ont été emprisonnés dans toute la terre, même en son centre dans son noyau et pas que dans la croûte terrestre, qui est fine 10 à 30 km par rapport au rayon 6371 km de la Terre.
La Terre est trop grande pour avoir perdu toute cette chaleur en 4,5 milliards d'années, par conduction diffusion thermique très lente et par convection interne avec la chaleur perdue par les volcans et la dérive des continents. Au centre de la Terre la température est très élevée environ 5000 °C avec des pressions gigantesques.
Température en fonction de la profondeur[modifier | modifier le wikicode]
Ainsi en général la température sous terre augmente de 1 °C en descendant à chaque 30 mètre environ, typique sauf plus rapide sur les volcans avec alors 1000 °C à quelques km de profondeur, comme en Islande
Cet augmentation de température de 1 °C par 30m donne 33 °C en plus pour 1 km de profondeur ( soit 13+33=50 °C très chaud dans les mines profondes avec la température en surface de 13 °C moyenne annuelle en France ).
A 30 km de profondeur la température atteint 30kmx33°C/km=990 °C, environ 1000 °C, température des laves des volcans et donc nos continents épais de plus de 30 km, flottent sur des laves de volcans à plus de 30 km de profondeur, ce qui explique la dérive des continents.
limites au renouvellement de la chaleur en géothermie[modifier | modifier le wikicode]
Ainsi la géothermie prélève et utilise un peu de cette chaleur qui sort de la Terre pour le chauffage ou même pour produire de l'électricité.
Ainsi on refroidit la région interne de la Terre où on on enlève la chaleur. Il est nécessaire que le flux de chaleur venant des profondeurs réchauffe de nouveau la région refroidie.
Donc on ne peut pas prélever plus que ce flux thermique, sinon cette chaleur disponible s'épuisera assez vite, car pas renouvelée correctement. Typiquement ce flux thermique est mesuré ( chiffres du BRGM Bureau de recherches géologiques et minières en France, donnés aussi sur wikipedia ) de l'ordre de 0,06Watts/m2, parfois un peu plus 0,1W/m2 comme en région parisienne, et même 0,2W/m2 à 0,3W/m2 si on est situé quasiment sur un volcan à quelques km sous terre.
Ce flux est fixé par la conductivité du sol sur l'épaisseur de la croute terrestre avec l'augmentation typique de 1 °C par 30m de profondeur et la conductivité thermique de la Terre faite de granit ou autre roche dense, comme calcaire avec une conductivité thermique environ de 3W/(m°C) et donc environ 0,1W/m2=3W/(m°C)x(1 °C/30m) de flux géothermique ).
Si on veut chauffer par géothermie toute la région parisienne de 12000Km2 avec 12 millions d'habitants on calcule par règle de trois, que la chaleur géothermique disponible et renouvelable est par habitants 12000x1million(m2)x0,1(W/m2)/12millionshabitants=100Wattspar habitants, ( il y a 1000x1000=1million de m2 par km2 et il y a 1000m2 par habitant ).
Ainsi la chaleur renouvelable sans épuisement est limitée à 100Watts par habitant en région parisienne, c'est à dire à la chaleur corporelle dégagée par chaque habitant, qui est environ 100Watts, fournie par tout ce qu'on mange. C'est peu alors qu'il faut plusieurs KiloWatts par habitants pour chauffer et donc la géothermie en région parisienne doit être limitée aux besoins d'un habitant sur 20 à 50 environ.
Sinon cette chaleur ne sera pas renouvelée par la chaleur qui remonte des profondeurs de la Terre, ce qui peut se produire même sur de plus petites surfaces si la géothermie est sur-dimensionnée, avec épuisement après quelques dizaines d'années, car cet épuisement est progressif avec le temps nécessaire pour refroidir par diffusion thermique toutes les roches loin autour.
On obtient environ 100Watts par 1000m2 en région parisienne et bien plus sur des volcans comme en Islande ou en Italie.
La chaleur moyenne venant du Soleil sur Terre est d'environ 340W/m2 et un peu moins loin de l'équateur comme en région parisienne 200W/m2, des milliers de fois plus que la chaleur disponible fournie par le flux de la géothermie de environ 0,1Watt par m2.
Les techniques[modifier | modifier le wikicode]
La géothermie profonde à haute température[modifier | modifier le wikicode]
De l’eau froide est injectée à 5000m de profondeur. Puis, elle circule dans les fractures de la roche chaude ce qui fait augmenter sa température. Ensuite, elle est pompée à la centrale pour remonter à la surface. Enfin, par le biais d’un échangeur thermique, l’eau chaude se transforme en vapeur dans un deuxième circuit. La vapeur entraîne alors une turbine, puis un alternateur qui produit de l’électricité.
La géothermie peu profonde ou de surface à basse température[modifier | modifier le wikicode]
La géothermie peu profonde et basse température utilisera donc de plus en plus la chaleur de la terre dans le sol. En dessous de 4,50 m, la température du sol est constante tout au long de l'année avec une température moyenne de 12 °C (cette valeur dépend du flux géothermique et de la température moyenne annuelle). La profondeur du forage est en fonction du type de géothermie : en détente directe (utilisation d'un fluide frigorigène dans les sondes géothermiques), elle sera en moyenne de 30 mètres, pour les sondes à eau glycolée entre 80 et 120 mètres selon les installations.
La géothermie, est-ce une technique répandue ?[modifier | modifier le wikicode]
Voici la liste de vingt-et-un pays utilisant la géothermie pour produire de l’électricité : États-Unis, Philippines, Mexique, Italie, Indonésie, Japon, Nouvelle-Zélande, Costa Rica, Salvador, Nicaragua, Islande, Kenya, Chine, Turquie, Portugal, Russie, Éthiopie, France, Argentine, Australie et Thaïlande.
Les chiffres de la géothermie[modifier | modifier le wikicode]
Les capacités de production installées (puissance) sont :
- usage direct de la chaleur : 54 200 mégawatt thermiques (MWt) dans le monde en 2015, utilisés principalement pour le chauffage ;
- Production d'électricité : 11 200 mégawatt électriques (MWe) en 2010.
Les caractéristiques[modifier | modifier le wikicode]
L'énergie géothermique dépend de la chaleur de la Terre ce qui peut parfois être mauvais pour la terre. Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité dans les centrales géothermiques, grâce à l'eau très chaude des nappes dans le sous-sol de la Terre. La température des roches augmente en moyenne de 1 °C tous les 30 m de profondeur.
Les avantages et inconvénients[modifier | modifier le wikicode]
Les avantages de la géothermie.[modifier | modifier le wikicode]
- une réduction de la consommation énergétique pour le chauffage et la production d’eau chaude allant de 30% à 80%.
- La géothermie est une énergie renouvelable et propre
- Il faut savoir que la géothermie ne dépend pas des conditions climatiques
Les inconvénients de la géothermie.[modifier | modifier le wikicode]
- Coût élevé.
- Vulnérabilité aux séismes.
Notes[modifier | modifier le wikicode]
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