Post on 13-Sep-2018
Le projet franco-allemand de géothermie
profonde de Soultz-sous-Forêts
Nicolas CUENOT & Albert GENTER
GEIE Exploitation Minière de la Chaleur
cuenot@soultz.net
La centrale géothermique de Soultz
Sobriété et efficacité énergétiques
28 novembre 2013, Belfort
Plan
• Présentation du site géothermique
• Principaux résultats scientifiques et techniques
• Quels sont les enseignements (Fossé Rhénan)?
• Acceptabilité et dissémination
– Population locale
– Dissémination scientifique
– Dissémination industrielle
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Le projet pilote de Soultz (1/2)
Histoire et partenariats
• Plus forte anomalie thermique dans le fossé rhénan
• Projet Franco-Allemand depuis 26 ans
• Projet scientifique vers un projet pre-industriel
• Activité R&D importante, plateforme de démonstration
• Groupement Européen d’Intérêt Economique Exploitation Minière de la Chaleur (GEIE EMC) depuis 2001
Objectifs
• Exploiter une ressource géothermale à partir de réservoirs non-
conventionnels de type granite fracturé
• Etudier le comportement du réservoir dans la durée pendant
l’exploitation
• Programme de R&D co-financé par le consortium industriel et
les gouvernements Allemand et Français
•
Granite fracturé
Exploiter un granite naturellement fracturé 3
Le projet pilote de Soultz (2/2) Tarif d’achat
• Nouvelle tarification en France : décret 23 Juillet 2010
• Electricité géothermale 20 c€ par kWh
• Bonus pour la chaleur de 8 c€ par kWh
• A Soultz, vente d’électricité sur le réseau en 2011
Technologie
• 4 Forages profonds : 200οC @ 5 km de profondeur
• 1ère centrale géothermique en France métropolitaine
• Centrale binaire de type ORC (Organic Rankine Cycle)
équipée avec une turbine de 1,5 MWe
• Pompe immergée de production : Pompe à arbre long (LSP)
4 Un puits de production pour plusieurs puits de réinjection
Sediments
Granite
GPK2
GPK1 GPK4
GPK3
Pump
Partie hydraulique d’une
pompe de production
Coupe des puits géothermiques
Le concept géothermique de Soultz Hot Dry Rock
• Acronyme HDR
• Exploiter la chaleur des roches dures profondes
• La température augmente avec la profondeur
• Indépendant de la localisation (géologie)
• Créer un échangeur de chaleur artificiel en profondeur
• Système fermé
Enhanced Geothermal System
• Acronyme EGS
• Saumure naturelle 100g/l, NaCaCl, pH~5
• Granite fracturé et altéré
• Connexion entre les puits géothermiques et le réservoir par la
technique de stimulation
• Circulation forcée
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Réservoir large montrant de fluides de même composition
Système ouvert
Fluide géothermal salé
Echangeur de chaleur artificiel
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Sélection
du site
Forages Stimulation
Tests Concept
Construction
& test de la
Centrale
Circulation
à long terme
Abandon
du site
Fracture sur
affleurement
À l’échelle de
la concession
Imagerie
de puits Structure du
nuage
microsismique
Exploitation
de la centrale
Démantèlement
de la centrale
Développement d’un projet géothermique
Cycle de vie d’un projet géothermique
Résultats scientifiques et techniques
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Le champ pétrolier de Merkwiller - Péchelbronn
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• Premier sondage pétrolier à la tarière en 1813
• > 5000 puits pétroliers dont 90% < 600 m
• Exploitation en galeries
• Sismique réfraction : TOTAL 1984
Structure locale : Horst
Interprétation géologique d’une coupe sismique par le BRGM
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Cartographie thermique
50°C à 400 m de
profondeur
Hass & Hoffmann, 1929
Les puits géothermiques profonds
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Granite à feldspath potassique
Carotte K21, GPK-1 (3510 m) Monzogranite à Mega FK K-feldspath ou mega-cristaux d’orthose de 1 à 4 cm de long La matrice : plagioclase, quartz, amphibole et biotite Minéraux accessoires sont : magnetite, apatite, titanite, zircon, allanite, leucoxene Age : 333 Ma
7 cm
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Illite et calcite dans le granite fracturé
1mm
50mm
Puits GPK1
K5-20
Puits GPK1
1400 m
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Profils thermiques dans les puits
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
temperature [°C]
true v
ert
ical depth
[m
]
Temperature Logs Equilibrium
GPK-2
GPK-3
GPK-4
Circulation naturelle dans des zones
fracturées et altérées
Convection
Grès du Trias
Granite Paléozoique
Conduction
Conduction
Grès
fracturés
Granite
altéré
fracturé
Sismicité induite - Stimulations hydrauliques
→ Plusieurs milliers de microséismes
pour chaque stimulation
→ Magnitudes : -2 ≤ M ≤ 2.9
→ Plusieurs séismes ressentis
→ Magnitudes maximales :
GPK2 (2000): 2.6
GPK3 (2003): 2.9, 2.7
GPK4 (2004): 2.0
GPK4 (2005): 2.6
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Conséquences pour la population
Ø nombreux appels téléphoniques (plaintes ou demande d’informations)
Ø plaintes auprès des autorités locales (individuels ou associations)
Ø articles dans des journaux locaux
Ø environ 70 plaintes pour dommages présumés sur des habitations, ayant
donné lieu à des expertises de la part des compagnies d’assurance
Ø 10 plaintes liées au séisme du 10/07/2000 de magnitude 2,6
Ø 48 plaintes liées au séisme du 11/06/2003 de magnitude 2,9
Ø risque de forte opposition au projet à long terme
Résultats techniques
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La centrale de production électrique
Unité de conversion ORC 1.5 MWe
Echangeurs de
chaleur
Turbine & génératrice
Aérocondenseur
GPK2 + pompe LSP
GPK3 (réinjection)
GPK4 (réinjection)
Echangeurs de chaleur
secondaires
Séparateurs
Filtres
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
01/05/10 00:00 31/05/10 00:00 30/06/10 00:00 30/07/10 00:00 29/08/10 00:00 28/09/10 00:00
Time (day)
1,3
,5-t
sn
co
nc
en
tra
tio
n (
µg
/l)
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Performance
du réservoir
Activité micro-sismique
Réinjection à basse pression
Amélioration de la production
Challenges pendant l’exploitation : réservoir
• Suivi de la centrale
• Mesures in situ dans les puits
• Sismicité induite
• Sismologie
• Modélisation du réservoir
• Modélisation 3D / Exploration
Monitoring physico-chimique
Fluide géothermal
Test de traçage Suivi micro-sismique
Modélisation des traçages
en milieu fracturé
Modélisation 3D
Réservoir : circulation hydraulique et sismicité induite
En 2010, pression en tête de puits ~50 bar, > 400 µséismes
En 2011, pression en tête de puits ~20 bar, < 10 µséismes
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Technologie
Centrale
Challenges pendant l’exploitation : technologie
• Corrosion
• Scaling
• Pompe de production
• Echangeur de chaleur, filtres
• ORC, aérothermes
Corrosion Scaling : dépôts
Echangeur de chaleur Pompe de production
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Pompe immergée de production
Partie hydraulique Impulseurs Granite broyé (cuttings)
Forte abrasion avec
des débits > 23 l/s
Amélioration technologique : matériau noble
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Environment
Bruit
Vibrations
Radioactivité naturelle
Impact paysager
Challenges pendant l’exploitation : environnement
• Bruit
• Vibrations
• Radioactivité naturelle
Turbine Système de refroidissement
Filtres, tuyaux Mesures sur site de
radioprotection
La radioactivité naturelle
• La circulation géothermale se fait dans un granite fracturé,
roche naturellement radioactive
• Scaling observés dans la partie froide de la centrale dans
les filtres et les échangeurs (partie réinjection, 70°C-20 b)
• Dépôts de Barito-Celestite (Ba, Sr) SO4 et Galène (PbS)
• Principaux radioisotopes sont le Radium (226Ra) dans les
sulfates et le plomb (210Pb) dans la galène
• Campagnes régulières de radioprotection sur les
installations géothermiques (résultats envoyés à l’ASN)
• Mesures de radioprotection mises en place pour les
travailleurs (zonage des installations, dosimétrie,…)
23 Scaling impactent l’efficacité thermique et générent des déchets et des coûts
Solution : programme R&D avec des inhibiteurs de dépôts
Scaling dans les tuyaux de surface
Signalisation spécifique
Barytine et sulfures
Dosimétrie
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Leçons apprises à Soultz
Forer à 5km est-ce trop profond?
• Température est atteinte (200 C)
• Faible débit @ 5km
• Importante activité sismique induite pendant les phases de stimulation avec qq séismes de magnitude élevée
Fossé Rhénan
• Cible géothermique réaliste : 2 et 3.5 km de profondeur
• Température ~150-160 C
• Perméabilité liée au système de fracture naturel
• Plus faible activité sismique
Technologie
• Doublet ou triplet (2 injecteurs pour 1 producteur)
• Fiabiliser les technologies de pompage
Nouvelles cibles géothermiques dans le fossé rhénan
Acceptabilité et dissémination
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Acceptabilité et géothermie profonde : enquête
Villages de Kutzenhausen et Soultz
Eté 2012
Accord des 2 mairies
Enquête avec 80 questions
203 interviews
Radioactivité
Impact paysager
Bruit
Pollution
Sismicité
Retour positif de la population locale
Les nuisances les plus importantes : bruit et sismicité induite
Acceptabilité et géothermie profonde : résultats
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
< 30 ans
30 <age< 60 ans
> 60 ans
Dissémination dans la communauté scientifique
Dec. 2006
244 publications à comité de lecture
760 présentations à des conférences
137 étudiants (51 PhD - Doctorat)
Juin 2010
EOST/IPGS/CNRS (Strasbourg Univ) Directeur Dr. Jean Schmittbuhl
8 ans de R&D sur la géothermie profonde avec l’appui du Groupe ES et du
GEIE EMC
2 M€/8 an pour des thèses, de la R&D et de la formation
R&D : Exploration (géophysique), Réservoir, Observatoire en géothermie
Formation : LMD, Ecole de Géophysique, Création d’un Master spécialisé
Laboratoire d’Excellence G-EAU-THERMIE-PROFONDE
Premier Labex sur la géothermie en France
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Dissémination à une large audience
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http://www.geothermie-soultz.fr/
Site Internet trilingue : Allemand, Anglais et Français
Soultz Geothermal Conference
150 participants
Environ 2000 visiteurs par an Scolaires, Universités, Industriels, politiques
Grand Public, Associations, …. Strasbourg Univ. 07 Nov 2012
Les projets EGS industriels dans la vallée du Rhin
Soultz
Rittershoffen
Landau
Insheim
Bruchsal
« hot spot » géothermique (<50km)
Landau 3MWe
+ chauffage logements
Soultz-sous-Forêts
2.2MWe
Insheim 4.8MWe
Rittershoffen 24MWth
(en cours d’évaluation)
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Merci pour votre attention