La géothermie - Cours de géologie de l’environnement
-
Upload
researchfr -
Category
Documents
-
view
83 -
download
3
description
Transcript of La géothermie - Cours de géologie de l’environnement
![Page 1: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/1.jpg)
Cours de géologie de l’environnement
Prof. A. Parriaux
La géothermie:ou comment utiliser les
« chauds-froids » de la Terre sans s’enrhumer
![Page 2: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/2.jpg)
Table des matières
• - Bases géologiques de la géothermie• - Principaux concepts d’exploitation• - Potentiel d’énergie urbaine
![Page 3: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/3.jpg)
Bases géologiques de la géothermie
![Page 4: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/4.jpg)
La vie sur la Terre entre l’energieexogène et endogène
Soleil Terre
![Page 5: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/5.jpg)
• Origines du corps fondu de la Terre
- radioactivité naturelle
bombardement primitif
![Page 6: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/6.jpg)
Manifestations terrestres:• le volcanisme
![Page 7: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/7.jpg)
Geysers et volcans de boue
Black smokerssous-marins
![Page 8: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/8.jpg)
• Tectonique des plaques et volcanisme
![Page 9: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/9.jpg)
Principaux flux géothermiques
![Page 10: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/11.jpg)
• Le gradient géother-miqueglobal
![Page 12: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/12.jpg)
en moyenne 30°C/km
• Le gradient géothermique sur le Plateau Suisse
![Page 13: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/13.jpg)
Températuresmoyennes
des venues d’eauen tunnel
![Page 14: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/14.jpg)
Température et relief du tunnel du Simplon
• Le gradient géothermique sous les Alpes
![Page 15: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/15.jpg)
Géothermie et eaux souterraines:
les manifestations
Fumeroles vapeur d’eau et soufre Vapeur d’eau HP
![Page 16: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/16.jpg)
Géothermie et eaux souterraines:• les mécanismes
![Page 17: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/17.jpg)
Les sources thermales en Suisse
![Page 18: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/18.jpg)
•Principaux concepts d’exploitation
![Page 19: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/19.jpg)
Une énergie d’avenir àvisage multiple
• Les illustrations de ce chapitre sont empruntées à M. Jules Wilhelm, Ing.-conseil, Centre romand pour la promotion de la géothermie
![Page 20: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/20.jpg)
Méthodes d’exploitation en Suisse• Systèmes d’exploitation «conventionnels» : usage courant• Profondeur entre 0 et 3000 mètres
Profondeur (mètres)– Captage de sources d’eaux chaudes en surface– Échangeur enterré 0,5 - 2,5 – Prélèvement dans une nappe phréatique 1 - 30 – Géostructures énergétiques 5 - 40 – Sondes et champs de sondes géothermiques 50 - 250 – Eaux captées par les tunnels > 500 – Nappes d’eau profondes 500 - 3000 – Sondes profondes 500 - 3000
• Systèmes géothermiques stimulés : en cours de développement• Profondeur entre 3000 et 7000 mètres
![Page 21: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/21.jpg)
Possibilités d’utilisation• Chauffage• - Espaces de séjour et de travail. • (habitat, école, bureau, hôpital, etc.)• - Piscines, thermalisme.• - Serres agricoles.• - Piscicultures.• - Chaussées routières et aéroportuaires.• - Tabliers de ponts.
• Refroidissement• - Espaces de séjour et de travail.
• • Séchage• - Applications dans l’agriculture et • l’industrie.
• Production d’électricité
![Page 22: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/22.jpg)
Installations « conventionnelles »
![Page 23: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/23.jpg)
Sondes et champs de sondes
Les sondes géothermiques sont constituées d’un réseau de tubes en U placées dans un forage vertical.
Le fluide circulant dans les tubes amène la chaleur du sol vers l’installation de chauffage équipée d’une pompe à chaleur.
Champs de 40 sondes géothermiques du nouveau complexe administratif de la CNAà Root, Lucerne.
Puissance de chauffe 950 kW, puissance de refroidissement 760 kW.
![Page 24: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/24.jpg)
Géostructures énergétiques• Géostructures en béton, pouvant être
équipées en échangeur de chaleur :
• Pieux et rideaux de pieux• Parois moulées ou préfabriquées, posées
dans le sol• Radiers de fondation• Tout ouvrage en contact avec le sol
• L’échangeur de chaleur est constitué d’un réseau de tubes noyés dans la géostructure.
• La chaleur récupérée en profondeur est amené par le fluide caloporteur vers une pompe à chaleur.
• Principe identique à une sonde.
![Page 25: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/25.jpg)
Eaux des tunnelsLes eaux chaudes souterraines drainées par les tunnels apportent de l’énergie de chauffage utilisable près des portails.
Le potentiel calorifique exploitable des tunnels suisses existant et en construction avoisine les 100 MWth.
Depuis 1992, près de 200 appartements de la commune d’Oberwald, en Valais, ont été pourvus d’un système de chauffage utilisant l’énergie des eaux du tunnel ferroviaire de la Furka.
Débit d’eau : 90 l/s, température 16°C.
![Page 26: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/26.jpg)
Systèmes géothermiques stimulés
![Page 27: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/27.jpg)
Principe d’une installation SGS
• Entre 4 à 6 km de profondeur, il n’y a pratiquement plus d’eau dans les roches, par contre leur température atteint 180 à 200°C.
• L’injection d’eau froide sous forte pression ouvre des fissures, créant ainsi un réservoir exploitable.
• Les forages de productionpermettent d’amener le fluide réchauffé en profondeur vers un échangeur en surface.
• Un turbogénérateur produit de l’électricité au moyen de la chaleur transmise par l’échangeur.
• Le fluide refroidi du circuit primaire retourne vers le réservoir profond par le forage d’injection.
![Page 28: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/28.jpg)
SGS Bâle
![Page 29: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/29.jpg)
Début des injections : 2.12.2006
![Page 30: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/32.jpg)
Projets SGS en cours• Une installation de type SGS est en
phase finale de réalisation à Soultz-sous-Forêts, en Alsace. Elle produira de l’énergie dès 2006.
• Un ouvrage pilote similaire est en construction à Bâle. D’une puissance de 3 MWe, la centrale fournira annuellement 20 GWhd’électricité et 90 GWh de chaleur, àpartir de 2008. Panne « sismique »2006-2007 => Arrêt pour 2 ans.
• Un deuxième projet suisse du même type est à l’étude à Genève (projet GGP). Sa mise en service est prévue en 2012.
• Dès 2010, ces installations devraient être suivies par d’autres, avec une puissance portée progressivement à25-30 MWe.
• Plusieurs projets SGS sont en voie de réalisation en Allemagne, au Japon et en Australie.
![Page 33: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/33.jpg)
< JURA AIRE SALEVE >
0.00 msm
1000 m
-1 km Production Production
Injection
2000 m
-2 km Observation Exploration
et observation
3000 m
-3 km
4000 m
-4 km GRANITE
Faisceau d’écoute sismique
5000 m
-5 km
6000 m
-6 km
Réservoir fracturé
7000 m
Projet GGP GenèveCoupe verticale schématique des puits et du réservoir(toit du cristallin env. -3’500 m)
Caractéristiques- 1 puits d’injection L ~ 6’000 m
- 2 puits de production L ~ 6’000 m
- 1 puits d’exploration
et d’observation L ~ 3’700 m
- 2 puits d’observation L ~ 3’700 m
- Réservoir fracturé
volume stimulé ~ 1 km3
![Page 34: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/34.jpg)
Régions potentielles en Suisse
![Page 35: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/35.jpg)
Avantages de l’énergiegéothermique
• Indépendance: énergie indigène.
• Durabilité: inépuisable à l’échelle humaine, gestion de type renouvelable.
• Disponibilité: 24 heures par jour et 365 jours par an.
• Propreté: pas de déchets ni d’émission de gaz à effet de serre (CO2, etc.)
• Diversité: pour le chauffage, le refroidissement et la production d’électricité.
• Variété: large gamme de températures (10 - 250°C) et de profondeurs (1 –6’000 m); possibilité de stockage de la chaleur solaire.
• Discrétion: installations compactes, qui n’occupent que peu de surface de terrain.
• Sécurité: pas de transport ni de stockage de substances polluantes ou dangereuses.
• Economie: parmi les plus rentables des énergies renouvelables.
• Innovation: stimule les nouvelles technologies et crée des places de travail.
![Page 36: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/36.jpg)
Longueur cumulée des forages géothermiques en Suisse Evolution entre 1993 et 2004
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
met
ers
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Drilling meters for BHE in Switzerland
(L. Rybach, 2005)
![Page 37: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/37.jpg)
Aspects économiques
![Page 38: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/38.jpg)
Installations conventionnelles
• Les coûts de la chaleur produite par les installations géothermiques «conventionnelles» se situent aujourd’hui entre 8 et 12 cts par kilowattheure. Ces prix sont comparables à ceux de la production de chaleur au mazout payé 50-55 francs les 100 kg.
• Les coûts externes entraînés par les atteintes à l’environnement (3 à 4 cts par kilowattheure), ne sont pas pris en compte dans les montants ci-dessus.
• Les coûts de production ont sensiblement baissés au cours des dix dernières années, grâce aux progrès faits dans le domaine de la planification (outils de simulation), une meilleure connaissance des conditions de fonctionnement (contrôles de performance) et la réduction des prix de construction (forages).
• Le potentiel de réduction des coûts de production de la chaleur produite par les techniques «conventionnelles» est estimé entre 15 et 20 % au cours des quinze prochaines années.
![Page 39: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/39.jpg)
Installations SGS(avant séisme de Bâle)
• Le coût de construction d’une installation SGS du type de Bâle est estimé à86 mio de francs suisses, décomposé comme suit :– Phase d’exploration (site et travaux de reconnaissance) 6 mio– Phase de développement (1er et 2ème puits, réservoir) 40 mio– Ouvrages de production (3ème puits et centrale) 40 mio
• Dans l’état actuel du développement des projets, les prix de production des énergies sont les suivants :– Coût de production de l’énergie électrique 16 à 18 cts par kWh– Prix de vente de la chaleur coproduite 9 cts par kWh
• Avec le développement de la technologie et l’augmentation de la puissance des installations, les prix ci-dessus devrait baisser de 10 à 20% au cours de la prochaine décennie.
![Page 40: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/40.jpg)
Production actuelle
![Page 41: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/41.jpg)
Energie géothermique produite en 2003 par type d’installation
Sondes profondes0.1 %
Géostructures1.2 %
Autres2.5%
Nappes phréatiques9.9%Sondes géothermiques et collecteurs
56.0 %
Aquifères profonds3.4 %
Bains thermaux28.2 %
Eaux des tunnels1.2 %
622 GWh
37 GWh
313 GWh
110 GWh14 GWh
1 GWh
13 GWh
Production totale d’énergie de chauffage d’origine géothermique en 2003 : 1110 GWh
![Page 42: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/42.jpg)
La géothermie dans le projet DEEP CITY (PNR 54)
“Underground Resources and sustainable Development in Urban Areas”
(Projet national de recherche PNR 54)
![Page 43: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/43.jpg)
The four main resources of the urban underground
![Page 44: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/44.jpg)
Sectorial approach of
urban underground
use
![Page 45: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/45.jpg)
Multi-use approach
![Page 46: La géothermie - Cours de géologie de l’environnement](https://reader031.fdocuments.fr/reader031/viewer/2022020105/55721380497959fc0b926de7/html5/thumbnails/46.jpg)
Recent explosive developmentof geothermal systems
The stress on urban underground due to the effective development of the
shallow geothermal systems(geothermal probes, energetic
geostuctures) makes urgent to editthe rules fixing their compatibility with
other underground resoucespotential.