RABEMANANJARA Jean RAZAFINDRASOA Hélène

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Je dédie ce livre de mémoire spécialement à mes parents

RABEMANANJARA Jean et RAZAFINDRASOA Hélène

à mes frères

MAHERY Jean Elhi, MANJAKA Jean Enhi

et ma petite sœur

VOLAMANJARY Jeannie.

DEDICACE

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Ce livre de mémoire a été réalisé grâce à la précieuse collaboration d’un bon nombre de personnes à qui nous tenons à adresser nos sincères remerciements, du plus profond du cœur :

� Professeur RABESA Zafera Antoine, Ministre de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique, et Président de l’Université de Mahajanga.

� Docteur MILADERA Jonhson Christian, Doyen de la faculté des sciences.

� Docteur RANDRIAMANANTENASOA Arivelo Fidimanana, Chef de Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement et notre encadreur. Vous nous faites un immense honneur d’avoir bien voulu nous assister et diriger jusqu’à la réalisation de ce mémoire.

� Professeur RAMANIVOSOA Beby Victoire Lalaseheno, Chef d’option en GPM (Géologie Paléontologie Muséologie) pour toute votre sympathie et votre gentillesse de nous conseiller et guider pendant le déroulement de formation en Master I (M 1).

Nous tenons aussi à vous remercier pour l’Honneur que vous nous faites en acceptant de présider ce jury. Veuillez trouver ici l’expression de notre profonde et respectueuse gratitude.

� Notre maître et honorable juge, Docteur JEAN LOUIS.

Vous nous faites un grand honneur en acceptant avec aimable prévenance de juger ce mémoire. Veuillez croire à notre très haute considération.

Nos sincères remerciements et nos profondes reconnaissances à vous tous.

REMERCIEMENTS

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La géothermie

LAHATRA Jean Edhi� �

LISTE DES FIGURES Pages

Figure 1 : Structure interne du globe terrestre……………………………….. 3 Figure 2 : La Gradient Geothermique de la terre…………………………….. 5 Figure 3 : Limites des plaques tectoniques à la surface de la terre et distribution du volcanisme…………………………………………. 5 Figure 4 : Répartition des zones à gradient géothermique élevé à la surface de la terre………………………………………………………….. 5 Figure 5 : Le système de doublet de forage geothermique…………………… 13 Figure 6 : Le système rateaux………………………………………………… 16 Figure 7 : Le système de capteur vertical…...………………………………... 17 Figure 8 : Capteur vertical dans une nappe phréatique…………………….. 18 Figure 9 : Capteur horizontale ou boucle ondulante dans un lac ou étangs….. 18 Figure 10 : Comparaison de l’émission de CO2 et autres gaz à effet de serre par les principales énergies utilisées au niveau mondial………….. 22 Figure 11 : Disponibilité de l’énergie Géothermique par rapport aux énergies nucléaire et fossile………………………………………………… 22 Figure 12 : Carte d’ancien et récent volcanisme Malgache…………………… 26 Figure 13 : Ampefy et le Lac ITASY………………………………………….. 26 Figure 14 : Carte de bassin sédimentaire de Madagascar……………………… 32

LISTE DES PHOTOS Pages

Photo 1 : Une turbine à vapeur d’un centrale électrique…………………….. 10 Photo 2 : Un capteur horizontal……………………………………………… 16 Photo 3 : Le geyser d’Ampefy………………………………………………. 27

LISTE DES TABLEUAX Pages

Tableau 1 : Liste de pays utilisant la Géothermie pour produire de l’Electricité avec leur capacité de production…………………………………... 20

Tableau 2 : Les applications possibles de la Géothermie………………………

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LISTE DES UNITES Symbole Unités Titre des Unités °C : Degré Celsius Unité de Température Bars : Unité de pression m : Mètre Unité de Mesure Km : Kilomètre

1Km=1000 m Unité de Mesure

m 2 : Mètre carré Unité de Surface m/s : Mètres par secondes Unité de vitesse W : Watt Unité de Puissance KW : Kilo Watt = 1000 W MW : Méga Watts = 1000 KW GW : Giga Watts = 1000 MW

ACRONYMES

ADEME : Agence de L’Environnement et la Maitrise de l’Energie (France) ATEX : ATmosphère Explosif JIRAMA : JIro sy RAno MAlagasy PAC : Pompe A Chaleur PACG : Pompe A Chaleur Géothermique UNESCO. : United Nations Educational, Scientific And Cultural Organization

ABREVIATIONS

BRGM : Bureau de Recherches Géologiques et Minières (France) CFB : Continental Flood Basalt E G S : Enhanced Geothermal System( Système Géothermique Stimulé) HFR : Hot Fractured Rock

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Biocarburant Ces sont des carburants fabriqués à partir des végétaux, comme le méthyl tertiobutyl éther (MTBE) et l'éthyl tertiobutyl éther (ETBE), à base respectivement de méthanol et d'éthanol, ainsi que l'ester méthylique d'huile de colza ou de tournesol (EMC), des cannes à sucre ou des Jatropha.

Biogaz Méthane obtenu à partir de la fermentation du fumier.

Ceinture de feu Limites des plaques où le gradient géothermique sont très élevés, certains peuvent avoir dix fois que le normale

Centrales hydroélectriques Centrale électrique tourné par des eaux de barrages

Centrales thermoélectriques Centrale électrique tourné par des moteurs à hydrocarbure

Climatisation Système permettant de créer ou de maintenir dans des conditions déterminées la température, voir l’humidité, dans une pièce au moyen d’un ensemble d’équipements

Cogénération Production conjointe de l’électricité et de chaleur à partir de turbines à vapeur

Cratère Point de sortie de laves ou ouverture creuse au sommet d'un volcan, par laquelle sont projetés les matières en fusion et les fragments solides

Discontinuité de Mohorovicic Discontinuité qui sépare la croûte terrestre avec le manteau

Discontinuité de Gutenberg Discontinuité qui sépare le noyau avec le manteau

Effet de serre Phénomène thermique où l’atmosphère laisse passer une partie du

GLOSSAIRE

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rayonnement du soleil qui vient frapper le sol. On l’observation de température de la basse atmosphère liée au rejet des gaz issus de l’activité industrielle qui emprisonnent la chaleur du soleil.

Energies renouvelables EN ECOLOGIE ressource énergétique considérée comme inépuisable parce qu'elle provient de phénomènes naturels qui se reproduisent régulièrement

Fluide caloporteur Liquide utilisé pour la récupération des énergies calorifiques d’un gisement, on l’injecte puis on le récupère sous forme de vapeurs surchauffés

Fluides calorifuges Ces sont des liquides qui ont la propriété de se vaporiser à une très basse température

Geyser Source d’eau chaude des champs volcaniques jaillissant en panaches à intervalles réguliers lorsqu’en profondeur la pression de vapeur d’eau dépasse un certain seuil

Gradient géothermique Augmentation de Température avec la profondeur interne de la Terre (3°C pour le 100 mètres normalement)

Lahars Coulées de boue de cendres et de blocs mêlés à de l'eau pendant les éruptions volcaniques

Laves Magma ou Coulées de roches en fusion (d’une température voisine des 1000 degrés) projeté à la surface de l'écorce terrestre sous l'effet d'un phénomène volcanique, et qui durcit en se refroidissant

Microséisme induit Activité macroséismique de faible magnitude (2 à 2,9 à l’échelle de Richter) mais de plusieurs séquences

Nappe Formation géologique perméable contenant de façon temporaire ou permanant de l’eau

Nappe aquifère Une nappe profonde

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Nappe phréatique Une nappe proche de la surface du sol, de 8 à 10 mètres de profondeurs

Points chauds Région où le gradient géothermique est plus élevé

Serre Endroit cloisonné pour avoir un climat bien déterminé

Stimulation chimique injection de produit chimique comme les acides pour dissoudre les minéraux des roches, afin de ré-ouvrir un fracture ou une faille d’une roche

Stimulation hydraulique ou EGS ou HFR

Injection forcé et à forte pression de fluide caloporteur dans le but de ré-ouvrir un fracture ou faille d’un roche pour récupéré ce liquide sous forme de vapeur surchauffés

Technologie de cycle binaire Technique de production d’électricité utilisant des fluides intermédiaires ou fluides calorifuges, même principe que celui de machine frigorifique, mais fonctionnant à l’envers.

Zone ATEX Zone susceptible de développer des risques de type explosif

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RESUME Notre planète terre constitue un réservoir d’énergie inépuisable. La géothermie

vise à exploiter cette ressource enfin de les utilisés dans la vie quotidienne. C’est une énergie renouvelable et préserve l’environnement. Le gisement géothermique se trouve sur les anciens et récents sites volcaniques, comme les sources d’eau chaudes et les geysers qu’on peut trouver et apprécier même à Madagascar. Cependant l’exploitation à grande échelle de la géothermie n’existe pas à Madagascar, car elle ne fait pas partie de la politique énergétique Malgache. Alors qu’elle peut aider notre pays à diminuer l’importation de pétrole. Donc des études approfondies sur la géothermie sont nécessaires à Malgache, pour chercher des gisements facile et rentable à exploiter. Mots-clefs : énergie, géothermie, terre, exploitation, Madagascar

ABSTRACT

Our planet constitutes an inexhaustible energy reservoir. The geothermic aims to exploit this resource in short of used them in the daily life. It is a renewable energy and preserves the environment. The geothermal layer is on the old and recent volcanic sites, as sources of water hot and geysers that one can find and to even appreciate to Madagascar. However the on a big scale exploitation of the geothermic doesn't exist to Madagascar, because it is not part of the politics energizing Madagascan. But this geothermic energy can help our country to decrease the import of oil. Therefore studies deepened on the geothermic are necessary Madagascan's, to try some easy and profitable layers to exploit. Words - keys: energy, geothermic, earth, exploitation, Madagascar

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Pages DEDICACE……………………………………………………………………………. iREMERCIEMENTS………………………..………………………………………… ii LISTE DES FIGURES ………………………………………..……………………… iii LISTE DES PHOTOS ………………………………………….……………………. iii LISTE DES TABLEAUX……………………………………………………………... iii LISTE DES UNITES………………………………………………………………….. iv ACRONYMES………………………………………………………………………… iv ABREVIATIONS……………………………………………………………………… iv GLOSSAIRE.………………………………………………………………………...... vRESUME………………………………………………………………………………. viii SOMMAIRE…………………………………………………………………………… ix INTRODUCTION……………………………………………………………………. 1 PREMIERE PARTIE : GENERALITES…………………………………..……… 2 I-DEFINITION…………………………………………………………………….…. 2 II-HISTORIQUE………………………………………………………………………. 2 III-ORIGINE DE LA GEOTHERMIE…………………………………………… 3

III-1-Structure interne du globe terrestre………………………….………………. 3III-2-Gradient géothermique et origine de la géothermie……………………….... 5

IV-LES PRINCIPAUX TYPES DE RESSOURCES GEOTHERMIQUES……. 6 V-LES DIFFERENTS TYPES DE GEOTHERMIE ……………………………. 7

V-1-La géothermie a haute énergie………………….……………….…………… 7 V-2-La géothermie basse énergie……………….………………..……………….. 7 V-3-La géothermie très basse énergie…………………..………………………… 7

DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES…………………............ 8VI-MATERIELS…………………………………………………………………….. 8 VII-METHODES…………………………………………………………………….. 8 TROISIEME PARTIE : RESULTATS ……………………………………………. 9VIII-PROSPECTION ET EXPLOITATION DE LA GEOTHERMIE……………… 9 VIII-1-Exploration avant les exploitations géothermiques……………………….………

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VIII-2-Exploitation de la géothermie au niveau mondial…………....................................

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IX-UTILISATIONS POSSIBLES DE LA GEOTHERMIE……………………… 18 IX-1-Electricité……………………………………………………………………. 18

SOMMAIRE

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IX -2-Chauffage et climatisation des locaux ……………………………………. 20 IX -3-Utilisations industrielles de la géothermie……………………………….. 21

X-LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE L’EXPLOITATION DE L’ENERGIE GEOTHERMIQUE……………………………………………………...

21

X-1-Les avantages de la géothermie.............................………………………. 21 X-2-Inconvénient de la géothermie……………. …..………………………… 23

XI-LA GEOTHERMIE A MADAGASCAR………………………………………. 25 XI-1-Geysers………………………………………………………………......... 25 XI -2-Points chauds et eau chaude…………………………………………… 27 XI -3-Utilisation de géothermie à Madagascar ……………………………….. 27 XI -4-Les vertus thérapeutiques des sources chaudes… …………………..…… 28

QUATRIEME PARTIE : DISCUSSION ET SUGGESTIONS…………………… 30 DISCUSSIONS………………………………………………………………………. 30 SUGGESTIONS……………………………………………………………………… 35 CONCLUSION ………………………………………………………………………. 36 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXE I

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« La géothermie : exploitation et utilisation» INTRODUCTION

La géothermie s’intéresse à l’étude des phénomènes thermiques internes du globe terrestre. En effet, depuis l’antiquité les hommes sont fascinés par le résultat de ces phénomènes à la surface : par exemple le volcan, la source d’eau chaude, les geysers et les fumerolles. Les hommes considéraient ces endroits comme étant des lieux d’attraction, et les utilisaient dans certaines activités de leur vie quotidienne.

Toutefois, la crise pétrolière de l’année 1970 a suscité dans le monde de la recherche scientifique plusieurs expérimentations qui visent à exploiter l’énergie Géothermique. Alors que beaucoup de gens ne savent pas encore ce qu’est la géothermie.

Ainsi, le but de ce travail est de faire connaitre à tous que l’énergie géothermique existe et en plein expansion dans le monde moderne. C’est une énergie renouvelable et quasi-inépuisable. C’est pour ça que la géothermie devient plus attrayante face au réchauffement climatique et à la lutte contre l’émission de gaz à effet de serre.

Elle avait aidé beaucoup de pays en plein développement à sortir de la pauvreté, surtout en matière énergétique.

A Madagascar, plusieurs sources hydrothermales sont connues et appréciées par les gens comme lieux touristiques et lieux de pratique de bains chauds. Or, ce sont des gisements encore non explorés en matière d’énergie géothermique.

En résumé, notre île est encore un sujet important de recherche sur la géothermie.

La première partie de notre travail consiste à faire un aperçu concernant les généralités sur la Géothermie, puis les matériels et méthodes dans la deuxième partie. L’exploration et l’exploitation géothermique entrent dans la troisième partie consacrée aux résultats et enfin, la quatrième partie est consacrée aux discussions et aux suggestions.

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PREMIERE PARTIE : GENERALITES

I-DEFINITION Etymologiquement, le mot Géothermie est une composition de deux mots grecs :

« Géo » qui signifie « Terre » et « Thermos » qui veut dire « Chaud ». Donc, c’est la science qui étudie les phénomènes thermiques à l’intérieur du globe terrestre et toutes les techniques qui visent à l’exploiter.

Par extension, la géothermie désigne aussi l’énergie géothermique issue de l’énergie de la terre qui est convertie en chaleur. La température fournie doit au moins être égale à celle de l’être humain. C’est cette chaleur présente dans les sous-sols qu’on peut exploiter. Les sous-sols constituent alors de véritables gisements. Ces gisements de différentes formes stockent l’énergie calorifique. Comme tous domaines d’études, la Géothermie est inséparable des autres domaines comme la Géophysique, la Géochimie et la Géologie, afin de mieux comprendre toutes les mécaniques thermiques de la croûte terrestre. Elle a besoin aussi de l’Hydrogéologie pour étudier la circulation de l’eau dans les nappes aquifères.

Depuis l’antiquité, l’application première de la Géothermie est le bain dans des sources chaudes, puis on l’utilisait comme moyen de chauffage. Aujourd’hui, on peut l’utiliser comme source de chaleur dans des procédés industriels et même pour produire de l’électricité. II-HISTORIQUE

Plusieurs milliers d’années avant Jésus Christ, les hommes avaient utilisé les eaux naturellement chaudes pour leurs vertus thérapeutiques ou comme moyen de détente.

En Chine, l’énergie géothermique a été exploitée dans des réseaux de chauffage et de production d’eau chaude depuis des milliers d’années.

Les Romains construisaient de nombreux thermes d’eau chaude à travers leur empire car ils pensaient que les eaux chaudes naturelles sont riches en minéraux et bonnes pour la santé. Mais ils les ont utilisées également pour des pratiques religieuses, pour de simples bains chauds ; ou pour en faire des moyens de détente et de loisirs.

En Islande, les premiers immigrants transportaient par de conduits en bois l’eau des sources chaudes jusqu’à leur maison. Mais c’est plus tard que l’utilisation rationnelle d’eau chaude naturelle est apparue.

En France, le premier réseau de distribution de chaleur géothermique connu se situe en Chaudes-Aigues (Cantal) ; datant de 1330. Et à cette époque, la distribution s’effectuait à l’aide de tuyaux de bois de pin, creusés dans leur longueur et emboîtés les uns dans les autres. Ce réseau distribue de l’eau chaude naturelle dans plusieurs maisons de ce village.

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En 1827, un Français appelé « François Larderel » émigré en Italie, remplaçait le bois de chauffage par la vapeur naturelle. Mais celle-ci étant insuffisante, il faisait en 1833 le premier forage géothermique pour obtenir davantage de vapeur à une température plus élevée. En 1904, ses travaux sont repris par le prince Pierro Conti en Toscane. Ce dernier parvient à allumer cinq ampoules électriques au moyen d’une dynamo entraînée par une turbine à vapeur géothermique.

Cette expérience marque le début du développement des applications industrielles de la géothermie, en particulier pour la production d’électricité. Car la première centrale géothermique a été construite en 1904 sur le site de Larderello en Italie. D’autres pays ont suivi : Sonoma en Californie du Nord, Valle Caldez à New Mexico, Wairaki en Nouvelle Zélande et quelques sites comme Matsukawa au Japon.

La Géothermie est alors employée dans le chauffage urbain dans plusieurs villes du monde: par exemple à Reykjavik, la capitale de l’Islande où la quasi-totalité des bâtiments est chauffée par l’Energie Géothermique et où la chaleur est aussi utilisée pour la production de légumes et de fruits tropicaux. Par ailleurs, l’Energie Géothermique constitue une source d’Energie Renouvelable à fort potentiel, notamment dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique.

A Madagascar, le centre des eaux thermales d’Andranomafana d’Antsirabe a été

ouvert depuis 1917.�

III-ORIGINE DE LA GEOTHERMIE

Afin de mieux comprendre la géothermie, il est nécessaire de connaitre la Structure interne de notre planète ainsi que les mécanismes à l’origine de la Chaleur.

III-1-STRUCTURE INTERNE DU GLOBE TERRESTRE

Figure 1 : Structure interne du globe terrestre. Source : Encarta 2009

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La terre est constituée de plusieurs couches différentes :

III-1-1-La Croûte Terrestre La croûte ou écorce Terrestre a une épaisseur variant de 30 à 70 Km. Elle a une

densité de 2,7 à 3. La croûte est essentiellement formée de roches magmatiques et de roches sédimentaires �� . Ces roches peuvent se transformer et donner des roches métamorphiques, par changement des conditions de température et/ou de pression. La composition chimique est proche de celle de granite pour les continents. Des roches plus denses comme les roches basaltiques, qui constituent par contre le fond des bassins océaniques. La croûte Terrestre se divise en croûte continentale, la plus épaisse et la plus légère et en croûte océanique, la plus fine car son épaisseur est de l’ordre de 8 Km ; elle est plus dense. Une discontinuité sismique qui est la discontinuité de Mohorovicic sépare la croûte terrestre de la couche métallique dont nous allons parler.

III-1-2-Le manteau Le manteau est la région intermédiaire entre la croûte et la zone interne profonde.

Il se trouve entre 30 et 2 900 Km de profondeur, avec une densité moyenne de 5. La densité varie de 3,3 à 6, augmentant avec la profondeur. Le manteau est divisé en plusieurs parties :

� Le toit du manteau : il est solide et est constitué de silicates de Fer et de silicates de Magnésium tels que l’olivine. Il est possible que la partie inférieure du manteau extérieur soit formée de mélanges d’oxydes de Magnésium, de silicate et de Fer. Il constitue avec la croûte terrestre une couche rigide appelée Lithosphère.

� En dessous, le manteau est constitué par l’Asthénosphère qui est une zone semi-fluide et d’épaisseur de 100 Km. Le cisaillement des rocheuse plus plastiques et la partie fondue de l’Asthénosphère rendent possible les dérives des continents à la surface de la Terre.

� Puis, il y a une zone de transition séparant l’Asthénosphère du manteau inférieur. � Le manteau inférieur ou Mésosphère est la partie la plus profonde, la plus épaisse et

la plus dense du manteau. La discontinuité dite de Gutenberg le sépare du Noyau central. III-1-3-Le noyau Le noyau est au centre de la terre. Les études sismiques ont montré que le noyau

se divise en deux parties : � Le noyau externe qui est fluide, constitué de couche concentrique de 2 225 Km

d’épaisseur et de densité moyenne égale à 10. � Le noyau interne qui est à l’état solide et forme une boule de 1 275 Km de rayon.

Dans le noyau interne, les températures pourraient atteindre 6 650°C et la densité moyenne est de 13. La raison de cette séparation est que la température de fusion augmente avec la pression. Il est évident que plus on s’approche du centre, plus la pression est élevée.

Le noyau serait principalement composé de métaux lourds comme le Fer (90%) et de Nickel (8%) ainsi que d’autres éléments.

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III-2-GRADIENT GEOTHERMIQUE ET ORIGINE DE LA GEOTHERMIELa chaleur de la terre augmente avec la profondeur, c’est-à-dire que plus on creuse, plus la température augmente. Cette augmentation de température avec la profondeur définit le Gradient Géothermique. En générale, il est de l’ordre de 3°C tous les 100 mètres en moyenne. Donc, en arrivant au centre de la terre, le Noyau aurait une température moyenne de 4 200°C. Cette chaleur provient des réactions nucléaires qui se produisent à l’intérieur de la Terre par désintégration de l’Uranium, de Thorium et de Potassium(II). La radioactivité des roches jouent aussi dans cette production de la chaleur interne de la terre.

Figure 2 : La Gradient Geothermique de la

terre.

Source :http://www.geothermi

e-perspectives.fr

Ce Gradient Géothermique n’est pas uniforme. Il est anormal dans certaines régions du monde : au niveau des limites de plaques tectoniques et de la distribution du volcanisme en activité ainsi que des points dits chauds du globe en relation étroite avec les activités magmatiques.

Figure 3: Limites des plaques tectoniques à la surface de la terre et distribution du

volcanisme

Source : http://www.geothermie-perspectives.fr�

Figure 4 : Répartition des zones à gradient géothermique élevé à la surface de la terre.

Source : http://www.geothermie-

perspectives.fr�

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Ce gradient géothermique élevé est repéré sur toute la côte Ouest de l’Amérique, sur la côte Est de l’Asie ainsi que sur « la ceinture de feu » ou « Ring of fire » qui borde l’Océan Pacifique. En Alsace, ce gradient est de 10°C tous les 100 mètres. Celui de Larderello, Italie est exceptionnel avec 100°C tous les 100 mètres.

Ces fortes valeurs sont expliquées par la présence à quelques milliers de mètres sous la surface de la Terre de roches chaudes correspondantes. Elles sont dues soit à des poches magmatiques liées à des phénomènes volcaniques actuels ou assez récents, soit à une remontée locale du manteau. Assez paradoxalement, ce gradient n’est que de 1°C tous les 100 mètres à Padoue, qui est situé tout près de Larderello.

Ainsi la plupart des gisements géothermiques sont localisés dans des régions où de récentes activités magmatiques ont eu lieu. Dans de telles régions, les roches immédiatement en dessous de la surface terrestre peuvent encore retenus une partie de leur chaleur initiale. Cette chaleur peut être maintenue pendant des siècles durant. En effet, les couches superficielles constituent des isolants thermiques efficaces en raison de la mauvaise conductivité des roches. Les eaux souterraines entrant en contact avec les roches chaudes s’échauffent et se mélangent, même quelquefois avec les eaux d’origine magmatique avant de trouver leur chemin pour monter vers la surface et constituer une source de chaleur. On peut alors les exploiter grâce à la chaleur accumulée et stockée dans certaines parties de sous-sols appelés gisements ou Réservoirs Géothermiques.

A partir des types de réservoirs géothermiques et selon la technique de leur

exploitation, on peut différencier plusieurs types de géothermie.

IV-LES PRINCIPAUX TYPES DE RESSOURCES GEOTHERMIQUES

Selon les sources de chaleur, on classe les gisements Géothermiques en trois catégories :

� Les Réservoirs de vapeur : L’eau du gisement est dans ce cas pratiquement vaporisée.

� Les Réservoirs d’eau chaude : Le plus souvent, l’eau du gisement reste toujours à l’état liquide. Toutefois, selon la Température il se peut qu’on ait un mélange d’eau et de vapeur.

Ces deux premiers types de gisements sont constitués par des infiltrations d’eau circulant dans une couche géologique perméable et poreuse (ou nappe aquifère) recouverte de terrains imperméables.

� Les Réservoirs de roches chaudes sèches : Ils constituent une réserve de chaleur très importante, car dans tous les points du globe, on peut trouver des Roches chaudes sèches. Le granite par exemple, présente des Températures de l’ordre de 250°C à 300°C à 600 mètres de profondeur. Les réservoirs de roches chaudes sèches peuvent se trouver également dans n’importe quel bassin sédimentaire.

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V-LES DIFFERENTS TYPES DE GEOTHERMIE

On distingue trois types de Géothermie selon le niveau de Température disponible à exploiter et selon la profondeur de la ressource à exploiter :

V-1-LA GEOTHERMIE A HAUTE ENERGIE

Elle exploite des sources hydrothermales très chaudes, avec des forages très profonds. Elle est utilisée pour produire de l’Electricité. Cette géothermie est subdivisée en deux sous catégories :

• La Géothermie haute enthalpie

Le produit exploité est une source à une Température supérieure à 150°C. On l’appelle aussi la Géothermie très profonde à très haute température.

• La Géothermie Moyenne enthalpie

On peut exploiter une source à une Température entre 90°C et 150°C, c’est une Géothermie profonde.

V-2-LA GEOTHERMIE BASSE ENERGIE

La ressource exploitée est une source à une Température entre 30°C et 90°C, on la nomme aussi la Géothermie de basse enthalpie ou la Géothermie peu profonde à basse température.

V-3-LA GEOTHERMIE TRES BASSE ENERGIE

Exploitant une source à une Température inférieure à 30°C, elle s’appelle aussi la Géothermie peu profonde à très basse température.

Nous en reparlerons, mais voyons d’abord la partie consacrée aux matériels et méthodes.

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DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES

VI-MATERIELS

Les matériels suivants sont nécessaires durant toutes les phases de la réalisation de ce travail :

a) Documents

�Des Livres aux Bibliothèques Universitaires d’Ambondrona Mahajanga

�Des documents dans les sites web de l’Internet.

Peu d’ouvrage détaillants sur la Géothermie existent dans les bibliothèques. Cependant, les informations sur internet étaient encore plus riches.

� Des supports de cours

Tous les leçons qu’on avait appris durant notre formation en Master I (M1), nous on beaucoup aidé pour la réalisation de ce ouvrage.

b) Matériels informatiques

� Connexions internet

Un modem MOOV 3G+ pour les documentations sur les sites web à la maison en plus des Cybers Café.

� Logiciel encarta 2009

Ce logiciel a été exploité pour aider à la collection des informations.

VII-METHODES

La réalisation de mini-mémoire de Master I (M1) consiste un travail de collection bibliographique. Ces matériels sont utilisés pour la collection des données concernant notre thème et nous nous sommes entretenus aussi avec des personnes spécialistes sur les matières.

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TROISIEME PARTIE : RESULTATS

VIII-PROSPECTION ET EXPLOITATION DE LA GEOTHERMIE

VIII-1- EXPLORATION AVANT LES EXPLOITATIONS GEOTHERMIQUESPour la recherche de gisement géothermique de Haute, Moyenne et Basse énergie, on utilise les méthodes d’exploration en surface suivantes (XII):

� GRAVIMETRIE La mesure gravimétrique permet d’identifier des corps lourds, liés à un stockage

magmatique à faible profondeur. Ce stockage peut constituer une source potentielle de chaleur qui peut contribuer au développement géothermique.

� MAGNETOTULLERIE La méthode magnétotellurique est une technique géophysique qui fournit des

informations sur la distribution des conductivités électriques des roches souterraines. Elle permet de déterminer la structure géothermique des zones prospectées entre un

terrain conducteur et isolant ; en particulier, les couches imperméables pour constituer des systèmes géothermique convectifs (couvercle d’eau chaude).

� POLARISATION SPONTANEE Elle sert à détecter la circulation des eaux sous la surface.

� L’ANALYSE CHIMIQUE D’EAUX ET DE GAZ La présence d’anomalie en He, CO2, H2S, CH4 et Rn (Radon) permet de mettre en

évidence d’éventuelles contaminations par des gaz d’origine magmatique.

VIII-2-EXPLOITATION DE LA GEOTHERMIE AU NIVEAU MONDIAL

VIII-2-1-Géothermie à haute énergie

A-Géothermie haute enthalpie

Ce type de « Géothermie très profonde à haute température » ou « Géothermie haute enthalpie » est observé sur des zones où il y a des anomalies élevées de Température. C’est à dire que les Températures sont beaucoup plus fortes par rapport à la normale. En général, l’augmentation de Température avec la profondeur est de l’ordre de 3°C tous les 100 mètres (ou 30°C pour 1 km) pour les régions sédimentaires. Pour les régions volcaniques et les zones de Rift, ce gradient thermique peut atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faibles profondeurs.

En géothermie, ces régions sont considérées comme des gisements de haute enthalpie et peuvent être utilisées pour fournir de l’énergie. Toutefois, il faut signaler que cette source d’énergie est contenue dans des réservoirs localisés généralement à plus de 1500 mètres et à Température supérieure à 150°C.

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A-1-Exploitation de géothermie enthalpie

Pour savoir exploiter ce gisement, il est nécessaire de faire un forage très profond pour récupérer cette énergie. Grâce à la température élevée du gisement, il est possible de produire de l’électricité et/ou de faire la Cogénération : c’est une technique de production conjointe de l’électricité à partir de turbines à vapeur et de chaleur, avec la récupération des condensats de vapeurs.

Selon les types de réservoirs à exploiter, trois cas peuvent se présenter :

a. Réservoir de vapeur

Si l’eau du gisement est totalement vaporisée, l’exploitation est simple : l’eau pourra être récupérée sous forme de vapeur sèche directement utilisable pour faire tourner les turbines de centrale électrique. Seulement, la vapeur doit être purifiée à la tête du puits avant d’être transportée par des grandes canalisations isolées jusqu’aux turbines.

Photo 1 : Une turbine à vapeur d’une centrale électrique. Source : Encarta 2009

Les gisements de vapeur sont relativement rares: dans le monde entier, on n’en connait guère qu’à Larderello en Italie, à Sonoma en Californie et à Matsukawa au Japon.

b. Réservoir d’eau chaude

Dans la majorité des cas, l’eau n’est pas totalement vaporisée, mais c’est un mélange d’eau et de vapeur qu’on récupère. Il faut alors séparer les deux phases avant d’utiliser la vapeur. On exploite parfois ce gisement dans des régions particulières présentant par exemple une convection magmatique qui réchauffe les eaux superficielles. Dans le monde, on le trouve dans des régions volcaniques comme aux Philippines, en Indonésie, et en Guadeloupe.

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c. Réservoir de roches chaudes sèches (ou « hot dry rock »)

Ici, le gisement ne contient plus de l’eau, mais des réserves de chaleur très importantes. Donc, on peut faire des forages ou fracturer les roches avec des explosifs pour y injecter du fluide « Caloporteur », comme l’eau par exemple, qui va circuler dans un échangeur créé artificiellement sur la fracturation fine de roches. C’est le liquide qui va être récupéré sous forme de vapeur surchauffée. Cette méthode de facturation de roche est « la technique de Stimulation Hydraulique » ou EGS (Enhanced Geothermal System / Système Géothermique Stimulé) ou encore HFR (Hot Fractured Rock) conçue par les Américains (VI). En tous points du globe, il existe évidemment des roches chaudes sèches, par exemple les granites qui sont à température de l’ordre de 250°C à 300°C à profondeur supérieure de 600 mètres ou des roches à haute température au dessus des systèmes volcaniques au repos. L’exploitation de la chaleur contenue dans une sphère de 1 kilomètre de rayon permettrait d’alimenter pendant un siècle une centrale électrique de 100 MW.

Cette technique a été testée au Nouveau Mexique où un échangeur thermique souterrain à 3600 mètres de profondeur a permis de récupérer une eau de 180°C en sortie, avec une production de 4 MW. Cependant, des problèmes liés aux pompes ont compromis ce projet.

Il y a aussi le projet Européen de Soultz-Sous-Forêts en Alsace (France). De la saumure naturelle piégée en très petite quantité se trouvait dans les fractures du granite sur le lieu. Après forages et des injections forcées d’eaux, des stimulations hydrauliques ou EGS sont réalisées pour ré ouvrir ces fractures préexistantes afin d’augmenter les performances hydrauliques des puits. Ainsi, on a pu faire circuler de l’eau vers 3500 mètres sous terre afin de récupérer 50 MW thermique à moins de 200°C pour générer 5 MW d’électricité. C’étaient les Américains qui ont imaginé cette technique d’EGS ou HFR en 1970 ; pourtant, c’est en France qu’elle a connu l’essor avec ce projet pilote de Soultz-Sous-Forêts.

Plus tard, cette technique d’exploitation de roches chaudes sèches se répandait à travers le monde, comme en Allemagne à Bad Urach, en Suisse à Bâle et en Australie à Habenaro.

B-Géothermie moyenne enthalpie

Cette Géothermie consiste à l’exploitation des gisements d’eau chaude sous pression, dont la Température est comprise entre 90°C à 180°C. Ces gisements peuvent se trouver dans des contextes géologiques propres à des profondeurs inférieures à 1000 mètres, comme dans le cas des nappes profondes dans les régions géologiques présentant un gradient de température élevé, mais pas trop. On peut les rencontrer aussi dans les nappes profondes des bassins sédimentaires situées entre 2000 et 4000 mètres.

B-1-Exploitation de géothermie moyenne énergie

En raison de la profondeur, on a besoin de faire des forages pour l’exploitation. Les forages profonds servent à injecter des liquides intermédiaires ou des fluides calorifuges comme le Fréon, l’Ammoniaque, l’Isobutane ou l’Isopentane. Ces

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liquides ont la propriété de se vaporiser à une température inférieure à celle du gisement. Donc ils sont chauffés en profondeur, puis ramenés à la surface pour chauffer des bâtiments, ou pour produire de l’eau chaude sanitaire et même pour produire de l’électricité. Cette technique de production de l’électricité s’appelle « Technologie de Cycle Binaire » car il a le même principe que celui de machine frigorifique, mais fonctionnant à l’envers.

Cette technologie devient l’une de plus diffusées dans le monde.

VIII-2-2-Géothermie basse énergie

La géothermie basse énergie concerne l’exploitation du sol qui a une température entre 30°C à 90°C. On peut rencontrer ce gisement dans des régions à gradient thermique normale où des formations géologiques se trouvent à des profondeurs suffisantes pour atteindre cette Température recherchée. C’est le cas de bassins sédimentaires de très grandes dimensions où on peut trouver des formations rocheuses perméables remplies d’eau (nappe aquifère). Les bassins peuvent se trouver dans des profondeurs variées selon les régions, de quelques centaines jusqu’à plusieurs milliers de mètres et abrite de l’eau chaude de 60°C à 80°C en moyenne. Certaines nappes sont situées à moins de 100 mètres de profondeur, mais leur température n’excède alors guère les 30°C.

A-Exploitation de géothermie basse énergie

Pour l’exploitation, on réalise un forage pour permettre d’atteindre une nappe d’eau chaude et c’est cette eau qu’on récupère pour l’utiliser dans les chauffages urbains, le chauffage de serre, une autre utilisation de chaleur dans les processus industriels ou le thermalisme. Pour raison de risque de corrosion, l’eau ne circule pas directement dans les appareils de chauffage chez l’usager. On utilise des échangeurs de chaleur avec un circuit secondaire d’eau douce. Toutefois, si l’eau est suffisamment pure et à température adéquate, on peut l’envoyer directement dans des radiateurs prêts à fonctionner.

A-1-Pompe À Chaleur Géothermique (PACG)

On utilise la PACG pour exploiter la Géothermie basse énergie. Deux cas peuvent se présenter :

• Un forage unique : on utilise un forage de pompage sans forage de réinjection, l’eau est réinjectée à la surface.

• Un double forage : on utilise alors deux ou plusieurs forages de pompage et des forages de réinjection d’eau.

A-1-2-Principe de doublet géothermique

En général, on emploie des pompes à chaleur qui utilisent un doublet de forage. C'est-à-dire qu’on prévoit des puits de pompage de l’eau et d’autres puits pour la réinjection d’eau (5). Cette réinjection d’eau entre dans le cadre de préservation de l’environnement et pour maintenir la pression dans la nappe aquifère. Si la réalimentation

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en eau est insuffisante, on est alors obligé de réinjecter l’eau résiduaire que l’usager avait employée, ou chercher une autre source d’eau.

La technique de doublet de forage géothermique est utilisée pour augmenter la rentabilité et la durée de vie de l’exploitation géothermique des nappes phréatiques. La réinjection d’eau a comme but d’induire un mouvement de circulation dans la nappe. Donc, les deux puits doivent le plus possible être éloignés l’un de l’autre, l’un se trouvant de l’autre côté de la nappe. Si les deux puits sont trop rapprochés ou si l’approvisionnement en eau de la nappe est suffisant, cette réinjection d’eau peut provoquer de façon très lente le refroidissement du gisement : parce qu’il y a une baisse progressive de l’énergie récupérée après une période d’exploitation d’environ 30 ans.

Figure 5 : Le système de doublet de forage geothermique Source : http://www.mamiesa.ch/images/img/geothermie.jpg

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VIII-2-3-Géothermie de très basse énergie

Cette géométrie consiste à exploiter la chaleur de la terre dans le sol. La chaleur ne provient pas ainsi de la profondeur de la croûte terrestre, mais vient du sol. En effet, avec la propriété du sol, de son inertie et de sa mauvaise conductivité thermique, et avec l’intervention du soleil et du ruissellement de l’eau de pluie, le sol joue un rôle de source de chaleur. Durant toute l’année, le sol a une température moyenne constante de 12°C, en dessous de 4,50 m.

A-Exploitation de géothermie très basse énergiePour exploiter ce type de géothermie, on utilise des Pompes à Chaleur (ou

PAC) dite Géothermique. Ce système Géothermique a un système thermodynamique avec un fonctionnement comparable à celui d’un réfrigérateur ménager. En effet, on tente de puiser la chaleur présente dans le sol à travers des capteurs verticaux ou horizontaux selon la configuration du terrain.

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C’est le seule technique qui se contente d’exploiter à de très basses Températures (moins de 35°C) et la seule qui utilise des forages peu profonds (moins de 100 mètres) pour aller capter les calories contenues dans l’eau ou l’air du sol.

C’est le moins complexe de toutes les installations géothermiques. Cette énergie a été utilisée pour le chauffage des serres en agriculture ou de petits groupes d’habitation. Elle est maintenant entrée dans le domaine du chauffage et de la climatisation individuels des maisons neuves et de la production d’eau chaude sanitaire. Toutefois, son exploitation exige une source d’énergie externe à l’électricité le plus souvent, qui doit rester disponible. Cette technologie est exploitable sur une nappe phréatique de faible profondeur (de 8 à 10 mètres) avec deux forages, ou sur un lac ou un étang en utilisant toujours de PAC.

A-1-Les Pompes à Chaleur (PAC)Il existe deux types de PAC

1. La PAC Aérothermique

Elle est utilisée dans la climatisation ordinaire en puisant la chaleur ou la fraicheur dans l’air extérieur, puis transférée par la pompe à chaleur dans le logement soit par des ventilo-convecteur, soit par des radiateurs à basse température. Suivant les modèles, la pompe à chaleur peut être installée à l’intérieur ou à l’extérieur du logement (VII). En inversant le mode de fonctionnement, le PAC Aérothermique offre la possibilité de rafraîchir le logement.

Avantages Il y a facilité et un faible coût d’installation et sans autorisation spéciale. Inconvénients Si le chauffage est assuré par de l’air chaud pulsé, des sensations d’inconfort

peuvent survenir, dues aux mouvements de l’air et à sa mauvaise répartition dans la pièce (chaud en haut et froid aux pieds).

Si la température de l’air extérieur change, la performance d’une PAC Aérothermique chute avec cette fluctuation. Donc il est déconseillé d’installer des PAC Aérothermiques dans une zone à climat froid, car elles sont adaptées sur des régions à climat doux.

2. La PAC Géothermique (PACG)La PACG consiste à puiser la chaleur présente dans le sol à partir des

capteurs, verticaux ou horizontaux (2). Ces technologies permettent de faire le chauffage et la climatisation (pour les PAC dites Réversibles) des maisons individuelles.

La PACG est dite Réversible quand elle permet de chauffer et de rafraîchir les logements selon les conforts souhaités en un seul équipement, car il suffit de modifier le sens de fonctionnement de la PACG grâce à une commande qui va inverser le cycle de la PACG.

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a. Mode de FonctionnementDes tuyaux de polyéthylène ou de cuivre gainé de polyéthylène sont enterrés dans

le jardin horizontalement et verticalement. A l’intérieur de ces tuyaux, on fait circuler des fluides réfrigérants (frigorifiques) ou de l’eau glycolée. Ces fluides ont la propriété de se vaporiser et de se condenser à très basse température. En contact avec le sol ou l’eau, ces liquides passent à l’état gazeux. C’est de ce changement d’état qu’il se dégage de la chaleur. Cette chaleur va être transmise au radiateur pour le chauffage de l’eau et dans le plancher chauffant pour le chauffage des locaux. Après, le fluide continue son cycle dans le circuit fermé pour chercher de la chaleur dans la terre du jardin (IX).

b. Fluide colporteur ou frigorigèneLe fonctionnement des PACG est fondé sur la capacité des fluides frigorigènes à se

vaporiser et à se condenser à très basse température. Certains ont une température d’ébullition de – 26°C à pression atmosphérique. Ce fluide frigorifique a comme nom courant le : « Fréon », mais il y a certains fluides dits « HCFC » qui sont nocifs pour la couche d’ozone. Les fluides les plus utilisés sont le R 134 A, le R 407 C et le R 410 A qui sont dits « VERTS » car leur utilisation ne provoque aucun effet nocif sur la couche d’ozone et ce sont les seuls actuellement autorisés et disponibles sur les marchés (XII).

c. Système eau glycolée /eau On utilise du monoéthylène glycol à la place de fluide réfrigérant dans des systèmes

de capteurs verticaux ou horizontaux. Toutefois, son installation nécessite une contrôle de densité du glycol dans le sol tous les 3 ans et une purification de circuit tous les 5 ans, car ce fluide présente un danger de pollution pour le sol.

d. Types d’installation de PACG Selon la configuration de terrain, on peut choisir entre deux types de système de

capteur utilisant la PACG : d-1-Géothermie avec capteur horizontal ou système râteau

Dans le cas général, on utilise des tubes polyéthylènes qui sont mis en œuvre et enterrés entre 50 cm et 120 cm de profondeur (III). Pour le capteur plan (horizontal) mono-couche, ces tubes sont installés entre 50 cm et 80cm de profondeur et jusqu’à 120 cm pour le capteur bi-couches ou sous forme de panier. La longueur des tubes peuvent dépasser plusieurs centaines de mètres. Mais il faut respecter une distance de 40 cm en hauteur en évitant de provoquer le risque de gel permanent du sol. L’installation de capteur horizontal nécessite une surface de 1,5 à 2 fois plus grande que la surface habitable, c'est-à-dire que pour une maison de 100 m2, le capteur occupera entre 150 et 200 m2 du jardin avec un capteur mono-couche. Cette surface sera moindre en cas de capteur bi-couches ou sous forme de panier.

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Voici quelques précautions à prendre pour l’installation de capteur horizontal :

� Les réseaux ne doivent pas se rapprocher. Il faut au moins 1,5 m pour éviter le risque de gel entre les réseaux.

� Le réseau doit se trouver à plus de 3 m de la fondation, des ouvrages tels que les piscines, les fosses septiques ou les réseaux d’évacuations.

� Le réseau doit s’éloigner à plus de 2 m des arbres. � La surface au dessus du capteur doit être perméable et ne doit porter aucun

terrassement ou de surface de construction. Cette surface ne doit pas être traversée par des réseaux d’eau afin d’éviter le risque de gel.

� Il est préférable d’installer les capteurs sur des lits de sable, si le sol est rocheux ou argileux.

� Pour l’installation de capteur horizontal, il est préférable que le terrain soit plutôt plat et sans arbres. Le terrain avec pelouse, ou avec des massifs de fleurs et buissons, est parfait pour ce type d’installation.

� De préférence, l’installation de capteur horizontal se fait dès la construction de la maison car sa mise en place s’avère compliquée sur des terrains déjà aménagés. Cette technique est moins coûteuse et facile à mettre en œuvre, car

l’installation se déroule en deux fois : le terrassier pour terrain et le chauffagiste pour dérouler les réseaux de tubes enterrés.

Figure 6 : Le système rateau Source :

http://www.linternaute.com/science/environnement/dossiers/06/0601-maison-

econome/geothermie.jpg

Photo 2 : Un capteur horizontal Source :

http://www.climasol.fr/conseils/geothermie/principes-fonctionnements/geothermie-

horizontale

d-2-Géothermie avec capteur vertical ou sonde géothermiqueLes tubes capteurs verticaux sont constitués de deux tubes de polyéthylène

formant un « U ». Ces tubes sont mis en œuvre dans un puits de forage qui peut aller jusqu’à 100 m de profondeur et scellés dans celui-ci par ciment (3). Dans ces tubes capteurs ainsi disposés circulent alors en circuit fermé des fluides réfrigérants ou frigorifiques antigel ou de l’eau glycolée.

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Pour le capteur vertical, une sonde de 100 m prélève environ 50 W/m au terrain, ce qui donne 5000 Watts, de quoi chauffer une maison neuve bien isolée de l’ordre de 80 à 100 m 2. Mais la profondeur de forage dépend des besoins. Il peut arriver de faire un deuxième puits plus loin, toujours en fonction du besoin (2). Voici quelques précautions à prendre pour l’installation de capteur vertical :

• La distance entre deux capteurs doit être de 10 m au minimum. • Pour les réseaux enterrés non hydrauliques, l’espacement doit être environ de

1,5 m. • Les fosses septiques, les évacuations, les fondations doivent s’éloigner de 3 m

d’un capteur vertical. • Une distance de 5 m est exigée pour les arbres, 6m pour les puits non publics

et 3 m pour les puits publics. Le capteur vertical ne nécessite pas beaucoup de surface (V). Il est d’ailleurs

facile à mettre en œuvre pour les nouvelles et les anciennes constructions.

Figure 7 : Le système de capteur vertical Source :

http://www.geothermie.ch/data/dokumente/TechnischeNotizen/FR/Techn_Notiz_F_Sondes_20070903.pdf

�Ces deux systèmes de capteur géothermiques utilisent des PACG qu’on peut classer en

deux catégories suivant les sources de chaleurs : • Systèmes sol/eau

L’énergie est puisée dans le sous-sol par des capteurs horizontaux ou des capteurs verticaux, par des PAC dites PAC sol/eau. Rappelons que la température au

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niveau du sol est en moyenne de 12°C en dessous de 4,5 m et au fur et à mesure que nous descendons dans le sous-sol, la température augmente de 3°C tous les 100 m.

• Système eau/eau Cette technique consiste à puiser de l’énergie présente dans les nappes phréatiques

souterraines, dont la température varie de 14°C en moyenne, avec le système des capteurs verticaux. Cette technique est plus adaptée aux applications tertiaires comme le bureau, le centre commercial, l’hôtellerie, là où les besoins de chauffage et de climatisation sont requis (2).

Mais les capteurs horizontaux peuvent mettre en œuvre aussi dans des lacs ou des étangs pour le besoin de chauffage individuel.

Figure 8 : Capteur vertical dans une nappe phréatique

Source :http://www.climamaison.com/chauff

age-geothermie.php?Doss=34

Figure 9: Capteur horizontale ou boucle ondulante dans un lac ou étangs

Source : http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca/fichier.php/codectec/Fr/

IX-UTILISATIONS POSSIBLES DE LA GEOTHERMIE

On peut classer en deux groupes l’utilisation de la Géothermie : • L’utilisation de la géothermie comme fourniture de calories en une température

donnée. • La transformation de ces calories en électricité, sur laquelle tout progrès profitera

aussi aux autres filières. C’est l’électricité qui tient la première place dans l’utilisation de la géothermie

à l’échelle mondiale, puis les chauffages urbains, suivent les autres utilisations industrielles et enfin le chauffage et la climatisation individuelles des locaux ainsi que l’utilisation d’eau chaude sur thermes.

IX-1-ELECTRICITE On peut produire de l’électricité avec la Géothermie Haute Energie et

Géothermie Moyenne Energie (II).

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L’électricité produite à partir de la Géothermie est disponible dans près de 20 pays différents dans le monde.

Les trois premiers producteurs en sont les Etats Unis, les Philippines et l’Indonésie.

� Les Etats unis possèdent l’une des ressources géothermiques les plus importantes, appelée « The Geysers » située à 145 Km environ au Nord de San Francisco. Ils ont démarré leur production en électricité en 1960 et disposent d’une puissance de 2000 MW électrique. La CAPLINE Corporation gère et possède 19 des installations. Une quinzaine d’autres centrales électriques produisent environ 570 MW électriques au Sud de la Californie, près de Niland et Calipatria.

� L’Islande et les Philippines ont comme source d’énergie principale la géothermie. Mais, ce sont les Philippines qui sont les plus gros consommateurs car 28% de leur électricité sont produites grâce à la Géothermie, avec seulement trois Centrales électriques importantes en 2004.

� L’Indonésie possède le plus grand potentiel, car elle produit environ 27 GW électrique, soit 40% des réserves mondiales.

� Le Kenya possède trois Centrales récentes qui produisent respectivement 45 MW, 48 MW et 65 MW. Leur Géothermie est particulièrement rentable parce que le Kenya se trouve sur les zones de Rift de l’Afrique. D’ailleurs, il prévoit d’augmenter cette production à 576 MW en 2017 pour couvrir 25% des besoins du Kenya afin de réduire la dépendance du pays aux importations de pétrole.

� La Guadeloupe, quant à elle, a la Bouillante, tout près de volcan Guadeloupéen de la Soufrière. « Bouillante » est une centrale Géothermique à haute Température, qui a été réalisée en 1984 avec un premier forage d’une profondeur de 300 mètres qui a contribué à l’installation de centrale produisant 5 MW. Et à coté, trois nouveaux puits de profondeur de 1 Kilomètre en moyenne ont été mis en service en 2001. Alimentant une centrale « Bouillante 2 » a été construite en 2003 et a produit en 2004,11 MW supplémentaires. Ce nouvel apport d’énergie a permis de couvrir environ 10% des besoins annuels en électricité de l’ile.

� La France, avec la géothermie de Soultz-Sous-Forêts, avec un puits de 5 kilomètres et une centrale, produit 5 MW électrique.

� L’Allemagne à Uterhaching près de Munich a une centrale de 3,4 MW qui fonctionne depuis 2009 après Cinq ans de forage. Cette centrale produit en Cogénération de la chaleur et de l’électricité.

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Nous donnons ci-après un tableau montrant les principales installations géothermiques dans le monde en 2002.

Tableau 1: Liste de pays utilisant la Géothermie pour produire de l’Electricité avec leur capacité de production.

PAYS MW PAYS MW 1 Etats-Unis 2850 12 Kenya 45 2 Philippines 1850 13 Chine 30 3 Mexique 745 14 Turquie 21 4 Italie 740 15 Portugal 16 5 Indonésie 590 16 Guadeloupe 15 6 Japon 530 17 Russie 11 7 Nouvelle Zélande 365 18 Ethiopie 8,5 8 Costa Rica 120 19 France 5 9 Salvador 105 20 Argentine 0,7 10 Nicaragua 70 21 Australie 0 ,4 11 Islande 50 22 Thaïlande 0,3

Source : http://www.geothermie-perspectives.fr/18-regions/pdf/ACF_COM_tryptique_BAT.pdf

IX-2-CHAUFFAGE ET CLIMATISATION DES LOCAUX La chaleur géothermique fournit le chauffage de l’eau chaude sanitaire comme c’est

le cas aux Philippines et en Islandes pour environ les 87% des habitants.

La géothermie est également utilisée pour son chauffage Urbain. Depuis 1985, la commune de Fresnes en France l’a adopté.

En Suisse, on a installé une centrale Géothermique fonctionnant sur le principe du doublet géothermique en 1994 à Riehen pour le chauffage des immeubles locaux. Et depuis Décembre 2000, une partie de la chaleur produite est exportée en Allemagne et approvisionne un quartier de la ville de Lörrach.

Cette technique de chauffage urbain est employée dans plusieurs villes du monde comme à Budapest, à Paris, à Reykjavik.

Mais la Géothermie de basse énergie peut servir de climatisation ou de chauffage industriel ou individuel, ainsi que dans certaines applications industrielles.

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IX-3-UTILISATIONS INDUSTRIELLES DE LA GEOTHERMIELes utilisations possibles de la géothermie sont, par ordre de température

décroissante, synthétisées ci-après (LINDAL B. ,1973)

Tableau 2 : Les applications possibles de la Géothermie

Températures Applications à 180 °C : Evaporation de solutions hautement concentrées

Réfrigération par absorption Préparation de la pâte à papier

à 170°C : Fabrication d’eau lourde Séchage de diatomées

à 160 °C : Séchage du poisson Séchage de bois

à 150 °C : Fabrication d’alumine par procédé Bayer à 140 °C : Séchage de produits agricoles

Conserverie à 130 °C : Evaporation dans la fabrication de sucre

Extraction de sels par évaporation et cristallisation à 120 °C : Production d’eau douce par distillation à 110 °C : Séchages de parpaings de ciment à 100 °C : Séchage de matériaux organiques, algues, légumes, etc.

Lavage et séchage de la laine à 90 °C : Séchage de poisson à 80 °C : Chauffage urbain, chauffage de serres à 70 °C : Réfrigération (limite inférieure) à 60 °C : Elevage d’animaux à 50 °C : Culture de champignons

Balnéothérapie à 40 °C : Chauffage du sol, chauffage urbain (limite inférieure) à 30 °C : Piscines, fermentation

Chauffage de serres par paillages radiants à 20 °C : Pisciculture

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie X-LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE L’EXPLOITATION DE

L’ENERGIE GEOTHERMIQUE

X-1-LES AVANTAGES DE LA GEOTHERMIE

A nos jours, les prix de l’énergie ne cessent d’augmenter. Le changement climatique nous oblige à chercher des énergies qui émettent moins de gaz à effet de serre. C’est pourquoi l’énergie Géothermique est plus attrayant par rapport aux autres énergies : non seulement elle préserve l’environnement en réduisant la production de gaz à effet de serre et l’émission de CO2, mais en plus elle fournit du confort et une meilleure qualité de vie aux individus (II).

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La figure suivante nous montre une comparaison de l’émission de CO2 et autres gaz à effet de serre par les principales énergies utilisées au niveau mondial.

Figure 10 : Comparaison de l’émission de CO2 et autres gaz à effet de serre par les principales énergies utilisées au niveau mondial.

Source : www.soultz.net/fr/rapports/fete_science2003.pdf

D’autre part, par rapport aux autres Energies (Non ou Renouvelables), la Géothermie présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques comme les pluies, le vent, le soleil. Donc, elle est une source d’énergie quasi-continue car elle n’est interrompue uniquement qu’à cause des opérations de maintenance sur la centrale Géothermique ou sur les réseaux des distributions de l’énergie. En outre, les gisements géothermiques ont une durée de vie de 30 à 80 ans en moyenne.

Figure 11: Disponibilité de l’énergie Géothermique par rapport aux énergies nucléaire et fossile.

Source : www.soultz.net/fr/rapports/fete_science2003.pdf

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En parlant des PACG utilisées dans la climatisation et le chauffage d’eau sanitaire à l’échelle Urbaine ou Individuelle, leur coût n’entre pas en concurrence avec les chauffages électriques par effet Joule ou de la résistance électrique.

X-2-INCONVENIENT DE LA GEOTHERMIE X-2-1-Problèmes d’investissements

Le problème de la géothermie par rapport aux autres énergies renouvelables, est le coût de l’exploration et celle du forage qui est trop cher. Les résultats aussi sont parfois aléatoires à cause des risques géologiques.

X-2-2-Impacts environnementauxLes impacts environnementaux de l’énergie géothermique concernent le

plus souvent l’utilisation de forage unique. En utilisant un ou plusieurs forages de pompage sans forages de réinjection, l’eau résiduaire est rejetée en surface.

Or, cette eau peut contenir beaucoup de sels qui peuvent entrainer une pollution de sol et peuvent contenir des gaz incondensables comme l’H2S qui ont une odeur nauséabonde.

Pour l’exploitation de la Géothermie de très basse énergie, l’utilisation des PACG à « Système eau glycolée/eau » nécessite un contrôle de densité du glycol dans le sol tous les 3 ans et la purification de circuit tous les 5 ans, car le monoéthylène glycol et le monopropylène glycol peuvent présenter un danger pour les sols qui peuvent être pollués.

X-2-3-Les risques possibles durant l’exploitation de la géothermie

A-Arrêt de l’exploitation

Divers facteurs peuvent être à l’origine de l’arrêt de l’exploitation

a. Le risque d’explosion

L’exploitation de centrale électrique géothermique qui utilise des liquides intermédiaires (comme l’Isobutane ou d’Isopentane, et de l’Ammoniaque) peut être susceptible de développer des risques de type explosif, si ce fluide de travail a une fuite accidentelle dans l’atmosphère car ce sont des gaz inflammables. Donc pour minimiser ce risque, il est préférable de faire les installations dans un milieu ouvert et non confiné. Puis, on utilise du matériel spécifique pour écarter les risques d’étincelle. Enfin la mise en place d’une zone ATEX (ATmosphère EXplosif) autour des éléments à risques (turbine, aérocondenseur) est préconisée.

b. L’endommagement des outils de pompage

L’exploitation de la géothermie profonde nécessite l’utilisation de pompes de production pour remonter à la surface des débits de fluides géothermaux. Alors, les conditions de fonctionnement de la pompe avec un fluide salé, corrosif, riche en particules

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et chaud auxquels s’ajoutent les phénomènes de dilatation thermique liés aux conditions de température, sont autant d’éléments qui risquent d’endommager les pompes.

c. La corrosionLes trois facteurs principaux qui déterminent la corrosivité des équipements

sont : la forte salinité du fluide géothermal (100g/l), les conditions d’exploitation (température, pression), et la vitesse de circulation des fluides dans l’installation. Une corrosion accrue peut endommager l’intégrité physique des matériaux constitutifs des équipements (échangeurs de chaleur, filtres, pompes, tubages, tuyaux). Et on peut observer des fuites, voire des ruptures qui génèrent de sérieux problèmes pour l’exploitation.

d. Le dépôt par précipitation ou « scaling »Ces dépôts résultent de la précipitation de minéraux dissous dans l’eau

géothermale. Puisque sa forte minéralisation peut conduire à précipiter des minéraux, surtout dans les zones où les conditions thermodynamiques changent (refroidissement, chute de pression). Ces dépôts minéraux peuvent boucher partiellement ou même totalement les éléments de production (échangeur, filtres, pompe, puits). Lorsqu’ils sont trop importants, cela peut conduire à un colmatage total des tuyaux et donc à un arrêt de l’exploitation. Après, on doit effectuer le décolmatage par l’injection d’air comprimé.

C’est pour cette raison que le centre des eaux thermales d’Andranomafana à Antsirabe est fermé pendant un mois (le mois de juin ou la température dans la ville est Fraiche voire même froide) pour de raison d’entretien des tuyaux et de réhabilitation d’autres infrastructures. Ce travail d’entretient est nécessaires une fois par an, à cause de dépôts calcaires qui bouchent la tuyauterie.

e. La température et la pressionL’utilisation de l’eau géothermale, puisée à très haute température dans la

tuyauterie de surface, présente des risques pour toute l’installation. De ce fait, une pression constante de 20 Bars est maintenue pour empêcher la précipitation du fluide géothermal. Pour prévenu les cas de rupture d’un équipement, on doit mettre en place des séparateurs eau-vapeur pour dégager à l’atmosphère le fluide géothermal en surpression. Car ces jets brûlants peuvent provoquer des dégâts sur le personnel et les autres équipements. Donc, le personnel doit s’informer à tout moment à ce genre de risque.

B-Les risques nocifs pour la populationa. La radioactivité naturelle

Suivant le type de roche qui contient les réservoirs géothermiques, le pompage peut ramener des particules radioactives en suspension qui peuvent se piéger dans les filtres en surface. Et le fluide géothermal riche en éléments minéraux peut également faire l’objet de dépôts minéraux qui piègent les radioéléments en remontant en surface.

b. Microséisme induitPour l’exploitation des gisements dans des régions à risques séismiques ou par

l’utilisation de stimulants hydrauliques, le forage s’accompagne parfois d’une activité

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micro-sismique qui peut être ressentie par les populations locales. Un séisme peut provoqués également une dégradation d’installations Géothermiques ou une modification de circulation de la chaleur à exploiter.

Le Microséisme induit est observé, lors de chaque opération de stimulations des réservoirs de roches chaudes sèches par fracturation hydraulique suite à l’injection de l’eau sous très hautes pressions. Cette méthode peut provoquer des séquences plus ou moins longues avec des dizaines à des milliers de microséismes : au moins plusieurs dizaines de séismes de magnitude supérieure ou égale à 2 pour chaque stimulation, assez rarement jusqu’au maximum 2,9 selon l’échelle de Richter comme celui de Soultz-Sous-Forêts. Ce microséisme s’attenue lors de l’arrêt des stimulations ; malgré cela, il peut y avoir un prolongement de quelque jours par activité rémanente après cet arrêt.

Ce microséisme est perceptible par l’homme en surface suivant la profondeur du forage. Plus le forage est profond ou éloigné plus le microséisme s’affaiblit en surface et n’est plus perceptible par l’homme, mais probablement ressenti par des animaux plus sensibles comme les Invertébrés (XII).

b-1-Solutions proposées pour minimiser le microséisme induitLA STIMULATION CHIMIQUEPour minimiser le microséisme induit, on peut emprunter la

stimulation Chimique utilisée au secteur Pétrolier et gazier qui a été mise en œuvre dans certains forages Géothermiques profonds. Cette technique consiste à injecter des produits chimiques comme les acides ou des agents fluidifiants ; qui peuvent dissoudre les minéraux hydrothermaux tels que les calcites. En combinant avec la stimulation hydraulique, les deux génèrent une moindre activité sismique que la stimulation hydraulique seule.

XI-LA GEOTHERMIE A MADAGASCAR

La plupart de gisement géothermique de haute énergie se situe sur des régions volcaniques comme les zones de rift. Mais la géothermie n’est pas obligatoirement liée au volcanisme actif, comme les roches chaudes sèches qui sont à de très hautes températures, même à quelques centaines de mètres de profondeur.

Apres les éruptions volcaniques, les activités continuent toujours même si les coulées de laves ou les rejets de matériaux pyroclastiques cessent. Car à l’intérieur des volcans, des émanations de gaz à travers de petites cheminées continuent toujours. Elles contiennent des matériaux dissouts qui précipitent à la surface quand l’eau s’évapore ou se refroidit.

Parfois, les eaux souterraines circulant à l’intérieur peuvent rencontrer des substances chaudes et elles sont alors chauffées et renvoyées à la surface sous formes de source d’eau chaude et geysers.des cas de ce type existent à Madagascar.

XI-1-GEYSERSLe geyser est une fontaine d’eau, qui jaillit de manière intermittente en une

gerbe de vapeur et d’eau chaude. Certains geysers jaillissent à des intervalles de temps

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réguliers, mais la plupart le font irrégulièrement et cette périodicité peut fluctuer de quelques minutes à des années. Ainsi la durée de l’éruption varie de quelques secondes à plusieurs heurs selon les geysers. La hauteur de la colonne peut mesurer de 1 m à 100 m environ et la quantité d’eau éjectée en une éruption peut être de quelques litres à des centaines de milliers de litres.

Si dans le monde, on connait plusieurs geysers célèbres, comme ceux des Etats Unis dont l’Old Faithful dans le National Park de Yellowstone, de la New Zélande, ou de l’Islande, plutôt à Madagascar, on trouve quelques Geysers calmes sur le site d’Andranomandroatra près de village d’Ampefy, tout près du lac Itasy. L’eau peut jaillir jusqu’à 20 m de hauteur.

Figure 12: Carte d’anciens et récents volcanismes Malgaches. Source : Bésarie, 1964

Figure 13 : Ampefy et le Lac ITASY Source :Wikipedia.org/Andranomafana�

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Photo 3: Le geyser d’Ampefy Source : http://tourismemada.com/le-geyser-d%E2%80%99analavory�

La photo qui semble matérialiser une tête sculptée d’homme, « La tristesse du vieillard en pleurs » par notre encadreur, montre ce geyser d’Ampefy ici au repos, avec un cône fait d’aragonite présentant une teinte jaune, orangée à rouge grâce aux bactéries thermophiles vivant dans les eaux chaudes.

XI-2- POINTS CHAUDS ET EAU CHAUDELa majorité des activités volcaniques se produisent au niveau des frontières

des plaques tectoniques. Mais il existe des volcanismes se trouvant loin des bords de plaques. Ils sont dus aux minces remontées verticales de manteau chaud ou panaches venant du manteau inferieur et injectant périodiquement du magma vers le haut. Ces endroits s’appellent « les points chauds », et leur présence en dessus des nappes aquifères produit la formation des sources chaudes comme celle de Ranomafana à Antsirabe dont la température moyenne est de 50 °C environ, pouvant aller jusqu’à 80°C ainsi que celle d’Andranomafana, dans le district d’Ankazoabo ( Région Atsimo Andrefana). Puis l’eau chaude de station thermale de Ranomafana d’Ifanadina, sortant de parc national de Ranomafana qui se trouve dans les régions de la Haute Matsiatra et de Vatovavy-Fitovinany (XI).

Les eaux thermales sont beaucoup plus minéralisées que les eaux ordinaires. Cette minéralisation est causée par la température car l’eau est déjà un bon solvant et avec l’élévation des températures, cette capacité augmente. Durant la remontée de l’eau vers la surface, celle-ci dissout des minéraux à travers son passage. Donc, les eaux thermales présentent de fortes salinités (supérieur à 100 g/l) et peuvent être très corrosifs.

XI-3- UTILISATION DE GEOTHERMIE A MADAGASCAR Depuis longtemps, les sites d’anciennes manifestations volcaniques sont des

endroits d’attraction pour les hommes, à cause de ses fumerolles, ses Geysers et ses sources d’eau chaude. A Madagascar, on peut observer d’anciens cônes volcaniques, le lac Tritriva par exemple qu’on peut admirer à cause de ses eaux émeraudes. Notons également la pratique de bains chauds à partir des sources chaudes à Ranomafana d’Antsirabe et à Andranomafana d’Ankazoabo et celle de Ranomafana d’Ifanadina.

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L’utilisation des eaux thermales à Madagascar est limitée aux pratiques des bains thermo minérales. Beaucoup de gens viennent de tous les coins de l’île pratiquer le tourisme pleine forme physique et pour profiter et apprécier les vertus thérapeutiques de l’eau chaude minéralisée. Par exemple le centre des eaux thermales d’Andranomafana d’Antsirabe, depuis son ouverture en 1917 plusieurs millions de personnes ont déjà bénéficié le bien être et le bien fait de ces sources d’eaux chaudes. Et chaque année, près de 23 000 personnes originaires de diverses régions et des étrangers viennent pour jouir des soins préventifs et de bien-être comme la piscine et le jacuzzi pendant environ un à cinq jours d'affilée sur le centre (VIII).

XI-4- LES VERTUS THERAPEUTIQUES DES SOURCES CHAUDES

Comme du temps des premières générations humaines, la pratique de bains thermaux et l’utilisation des boues thermo minérales deviennent de plus en plus fréquentes à Madagascar.

Comme faisaient les Romains à travers leur empire, en construisant des thermes d’eaux chaudes, notre île s’est également dotée de thermes comme c’est le cas àAntsirabe et celle de Ranomafana d’Ifanadina où des stations thermales sont implantées près des sources minérales naturelles. Les eaux chaudes riches en minéraux sont bonnes pour la santé ou pour se détendre tout simplement.

Cette croyance en vertus thérapeutiques des eaux chaudes se perpétue à travers les âges et sont toujours d’actualité. Cette pratique de l’Hydrothérapie peut être suivre par des patients souffrants de maux divers.

XI-4-1- HYDROTHERAPIEEn médecine, toute immersion de la totalité ou d’une partie du corps

humain dans l’eau dans un but thérapeutique, pour le traitement de divers états ou maladies s’appelle Hydrothérapie.

A travers l’île, du Nord (Bealanana), au Sud (Bezaha), au Centre (Antsirabe), à l’Ouest (Marovoay) et à l’Est (Ranomafana Ifanadina) pour ne citer que les plus connues, les sources thermales peuvent guérir le Rhumatisme, la Gale, la Lèpre, l’Accident Vasculaire Cérébrale, l’Articulation, les appareils digestifs et respiratoires, la Stérilité, et l’Obésité, etc… Une étude approfondie dans le cadre du Master II nous permettra de mieux cerner la question avec l’inventaire et les analyses des diverses sources thermales de Madagascar. Ici, nous allons seulement parler des bains chauds.

Les bains chauds sont relaxants et sédatifs si la Température de l’eau est égale à la Température corporelle (de 37°C). Le bain sédatif est pratiqué durant plusieurs heures ou même des jours pour le traitement de certaines maladies nerveuses.

Les bains chauds aussi soulagent les douleurs, en particulier les Crampes ou l’Arthrite. Ils calment les Convulsions et favorisent le sommeil. Ils accélèrent le pouls et

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la respiration, augmentent la transpiration : ce qui soulage les reins d’une partie de leurs travaux et entrainent une perte temporaire de poids.

Les bains plus chauds sont stimulants. En général, ils sont pratiqués moins longtemps afin d’éviter toute fatigue.

Les bains en Kinésithérapie au cours desquels le membre immergé effectue un exercice de rééducation, est utilisé pour la récupération des muscles lésés par la poliomyélite. Mais on les prescrit aussi dans certaines maladies osseuses et celle des fractures.

Les bains médicaux sont appelés ainsi quand ils contiennent une substance agissant comme un médicament, incluse dans les savons, les sels de bains, les huiles de bains ou autres détergents. Un bain chaud additionné de moutarde constituait un remède classique des convulsions infantiles.

Le bain alcalin est largement utilisé pour traiter les états Rhumatismaux. Pour les Bains de vapeur, le patient est installé dans une pièce

hermétiquement close où il peut se déplacer et exposer sa peau et ses poumons aux substances contenues dans les vapeurs.

Ceci nous amène à la partie consacrée à la discussion et aux suggestions.

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QUATRIEME PARTIEDISCUSSIONS

1-Problèmes de l’énergie à Madagascar En 2002, le bilan énergétique de Madagascar faisait apparaitre la place du bois, de

l’ordre de 30% par rapport aux autres énergies. L’énergie domestique nationale provient exclusivement du bois à 81%; est sous formes de Charbon de bois essentiellement mais aussi de bois de chauffe. Le bois est prélevé dans les plantations près de la ville et dans de petites plantations dans les milieux ruraux dans le hauts-Plateaux. Dans le cas d’Antananarivo et Antsirabe, les 95% de leur bois énergie ont fournis par les Eucalyptus.

Par contre, dans les provinces le taux des feux de brousses et les défrichements ne cessent d’augmenter au cours de ces dernières années, sans compter les mauvaises gestions du commerce des bois. La généralisation du charbon de bois comme énergie domestique à l’échelle nationale menace les forêts Malgaches et les biodiversités. Les superficies des forêts diminuent d’année en année.

Les autres types d’énergie utilisés à Madagascar sont l’Electricité, les Hydrocarbures, les gaz en bouteille, l’énergie éolienne, l’énergie solaire et à moindre degrés pour ne pas dire à l’essai, le biocarburant et le biogaz.

Pour l’électricité, Madagascar n’en dispose qu’en quantité limitée. La production ne peut pas répondre aux demandes industrielles. En effet la production annuelle se situe autour de 800 GW, vendue à un prix extrêmement élevé. Toutes les productions en électricité, ainsi que celle de l’eau sont pratiquement sous contrôle et la gestion de la JIRAMA. Le taux d’accès à l’électricité au niveau national se situe autour de 25% en 2005, particulièrement très faible en zones rurales avec environ 3%. La plupart de la production en électricité Malagasy est assurée par des centrales thermiques ou des groupes électrogènes. Et le reste est produit à partir de centrales hydroélectriques dont les principales centrales en service sont celle d’Andekaleka avec une puissance installée de 58 MW, celle d’Antelomita à Andramasina et de Mandraka pour Antananarivo, celle de Namorona à Fianarantsoa et celle de Volobe à Toamasina.

Concernant les hydrocarbures, ceux utilisés à Madagascar sont importés. Ils servent à faire tourner des centrales Thermoélectriques, des industries et les motorisations des véhicules.

Pour le Gaz en bouteille l’Etat Malagasy contribuait auparavant grâce une subvention sur les prix du gaz pour que cette énergie soit accessible à la population. Mais avec l’augmentation sans cesse de prix d’importation des hydrocarbures, les consommateurs sont revenus aux charbons de bois comme énergie domestique.

Le potentiel énergie éolienne à Madagascar est considérable, surtout dans les parties Nord et Est de l’Ile, qui est les meilleurs sites éoliens de Madagascar. En effet, ces régions ont une condition de vent comprise entre 6 à 6,5 mètres en moyenne à 50 mètres de

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hauteur; et une vitesse de vents maximale de 8 à 9 mètres par seconde. Toutefois, tout projet pilote semble échouer, faut d’entretien adéquat.

Actuellement, l’utilisation des panneaux photovoltaïques reste encore limitée. Seul les établissements publics en milieu rural les utilisent ; par exemple les écoles, les hôpitaux, ou pour le pompage de l’eau, pour le séchage de produits agricoles. Il y a aussi les secteurs privés ou publiques des Télécommunications qui l’utilisent en milieu Urbain ou Suburbain. Mais on peut le trouver aussi dans le chauffage de l’eau dans le secteur privé et certaines Hôtelleries et autres activités touristiques.

Le biocarburant, produit à partir des éthanols des cannes à sucre ou des Jatropha (une plante arbuste endémique de Madagascar); est en début d’essai et/ou de développement dans plusieurs régions de l’Ile.

La technologie du biogaz, quant à elle reste encore jusqu’à présent à Madagascar, du fait qu’il est surtout produit à partir de déchets déjections d’animaux et de végétaux, qui est plus ou moins taboue. Toutefois un changement de mentalité et de culture n’est pas toujours facile. Cette technologie est peu coûteuse et facile à mettre en œuvre en zone rurale. 2-Energie géothermique à Madagascar

L'énergie géothermique, peut être produite au moins dans les provinces de Toamasina, Fianarantsoa, et Antananarivo(1). Toutefois, aucune étude ni projet ne semble avancer aujourd'hui dans ce sous-secteur. Or, Madagascar est une grande île possédant de grandes potentialités avec ses larges surfaces de bassins sédimentaires et plusieurs régions volcaniques, pouvant constituer de grands gisements inexplorés de sources géothermiques.

Les bassins sédimentaires peuvent abriter des nappes aquifères profondes de très hautes températures ou tout au moins des réservoirs des roches chaudes sèches.

Et sur ses régions volcaniques, on peut trouver des nappes aquifères à haute température chauffées par les systèmes volcaniques récents ou anciens.

3-Bassins sédimentaires de Madagascar

Les formations sédimentaires côtières affleurent sur les 1/3 de la superficie totale de Madagascar. Elles constituent une frange étroite sur la côte orientale et le bassin d’Antsiranana, le bassin de Mahajanga et le bassin de Morondava.

Ces immenses bassins sédimentaires peuvent renfermer des eaux souterraines chauffées par des intrusions de magma vers la surface ou posséder des roches chaudes sèches comme les granites qui sont portées à de très hautes températures (250°C à 300°C) même à quelques centaines de mètres (à plus de 600 mètres) de profondeur.

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Figure 14: Carte des bassins sédimentaires de Madagascar Source : Bésairie, 1964 (modifiée)

4-Volcanisme à MadagascarA Madagascar, les volcans actifs explosifs n’existent plus actuellement, mais des

manifestations volcaniques sont encore constatées tels les Geysers. Dans le passé, il y avait des activités volcaniques intenses dans les différentes parties du pays et il semble que ces volcans sont encore relativement jeunes, c’est-à-dire que leurs âges sont assez récents à l’échelle géologique et ils peuvent se réveiller un jour (XIII).

Madagascar faisait partie d’un immense continent austral le Gondwana qui regroupait l’Afrique du sud, l’Antarctique, l’Australie, l’Inde et Madagascar. L’éclatement du Gondwana a eu lieu entre 170 et 110 Ma environ ; pour donner deux grands blocs : un bloc avec l’Amérique du Sud et l’Afrique et l’autre bloc avec l’Antarctique, l’Australie,

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l’Inde et Madagascar. Cette séparation est liée au rifting et à l’ouverture de l’océan. En ce moment, Madagascar était accolé à l’Afrique au niveau du Kenya et de la Somalie. Puis, le rift afro-malgache avait séparé les deux structures au Crétacé. La grande île dérive alors vers le Sud jusqu’à sa position actuelle.

Durant et après cette période de dissociation, d’importantes épisodes de magmatisme, de véritables trapps appelés CFB (Continental Flood Basalt) recouvrent l’île de laves. Il en reste des témoins. Vers 20 Ma, l’extension reprend avec des activités volcaniques plus alcalines(en rouge sur la carte Figure 13). Au nord comme en témoignent la montagne d’Ambre et Nosy Be, au Centre les massifs d’Itasy et d’Ankaratra. Au Sud avec les 4.000 km² du massif de l’Androy, avec de basalte et rhyolite intercalés de plus de 2.000 m d’épaisseur sont du Crétacé supérieur. Ils sont issus de sources nourricières proches, en relation avec le point chaud de Marion.

Le champ volcanique de la montagne d’Ambre-Bobaomby, au Nord de Madagascar, est constitué de structures datant du Miocène, recouvertes par de récents cônes. Le volcanisme primaire a produit un large massif basaltique, et des coulées pyroclastiques mineures. Les roches volcaniques produites du Tertiaire au Quaternaire présente un échantillonnage géochimique vaste : basalte, andésite, rhyolite, trachyte, phonolite, Feldspathoïdite. Le volcanisme jeune est caractérisé par une morphologie bien préservée.

L’île de Nosy-Be a connu deux périodes d’activité avec des éruptions initiales de laves fluides du côté Ouest du massif suivies de la construction de nombreux cônes de scories stromboliens. De nombreux lacs de cratère sont situés dans le centre de l’île.

Le champ volcanique de l’Itasy du centre de l’île contient diverses structures : des dômes de lave, des cônes de scories et des maars. Leur activité a débuté au Pliocène et s’est poursuivie à l’Holocène, avec production de laves et maars trachytiques et de coulées basanitiques. L’activité se manifeste toujours par une activité hydrothermale, sous forme de sources chaudes, et une séismicité « moyenne ». Les lacs de cratère sont présents. Les lacs Itasy a une superficie de 45 km², et doit son origine à une coulée de lave qui a barré la vallée, en créant un barrage naturel aux eaux de la Lily et de la Mazy. La dernière éruption s'y est produite il y a seulement 8.000 ans.

Situé entre Avivonimano et Antsirabe, le champ volcanique de l’Ankaratra couvre une vaste aire sur de 100 km. Sa période d’activité date du Miocène au Quaternaire récent. Au début, des éruptions fissurales massives ont créé une série de lacs tectoniques et de dômes de lave trachytique, l’activité la plus récente concerne la partie Sud du massif, avec des cônes de cendres stromboliens basanitiques bien préservés. Des éruptions vulcaniennes ont produit des cratères remplies par des lacs. Il y a aussi Ranomafana qui est le siège de sources chaudes ainsi que Betafo.

Les environs d'Antsirabe-Betafo montrent des puys stromboliens intacts ou légèrement égueulés. Le lac de cratère Tritriva correspond à une cheminée traversant à l'emporte-pièce les migmatites du socle et le cône de projection. Il a été créé par une forte explosion phréatomagmatique; situé à une altitude de 1881 m.

Le lac Andraikiba est un vaste cratère vulcanien sur les bords de laquelle affleurent des basanitoïdes.

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5-Pourquoi alors à Madagascar malgré ces potentialités, l’énergie géothermique n’existe pas encore ?

D’abord, Madagascar est un pays pauvre. L’utilisation de bois énergie est considérée comme faisant partie des traditions. La majorité des Malgaches sont des paysans pour que l’accès à l’électricité reste encore difficile, seuls les 3% ont l’accès à la campagne. Ainsi seul le bois énergie est le plus accessible à la majorité. Le bois est déjà utilisé pendant des centaines d’années de générations en générations à Madagascar.

Face a la diminution des forêts Malgaches et à l’augmentation des surfaces de forets à protéger comme la création de nouvelles aires protégées ou des parcs nationaux, l’Etat Malgache voulait changer cette attitude en faisait des promotions sur les énergies de substitutions (comme le gaz) à prix « accessibles pour tous ». Les Malgaches n’ont jamais envisagé la disparition des forêts Malgache. « Rahovina vao ho lany ny ala antsinanana ?» pour dire que les forets de l’Est dureront très longtemps. Ce projet gouvernemental a échoué devant l’augmentation excessive du prix des hydrocarbures dans le monde. L’utilisation des bois énergies est toujours la moins coûteuse, la plus abordable.

Comme chaque pays au monde, Madagascar possède aussi ses propres stratégies, concernant sa politique énergétique. Comme Madagascar est un pays pauvres, alors que les projets de recherche ou les projets de grands Investissement demandent beaucoup d’argent, dans la plupart des cas ce sont les pays riches qui financent les travaux. Cette situation concerne tous les secteurs dont celui de l’énergie.

Le coût de l’électricité est cinq fois plus cher à Madagascar que les prix pratiqués en Afrique du Sud. Depuis longtemps, il n’y avait de nouvelles installations de grandes centrales électriques à Madagascar alors que l’Afrique du Sud a des centrales nucléaires. La plupart des centrales hydro-électriques, plus ou moins substituées par des centrales thermiques qui dépendent des importations de pétrole datent de la période coloniale. L’énergie Géothermique à grande échelle pourrait être une alternative.

Toutefois, son exploitation n’est pas intéressante si le gisement n’est facile à exploiter. L’existence de gisement de roches chaudes sèches ou de gisements situés dans des régions volcaniques est vérifiée à Madagascar. Toutefois, les risques et les coûts d’investissements peuvent constituer un obstacle.

L’exploitation géothermique doit aussi suivre des normes environnementale car toutes ressources situées sur des zones protégées ne peuvent pas êtres exploitées quelques soit leur forme .C’est le cas de projet géothermique de La Réunion ; le gisement est situé au cœur du parc national, son exploitation n’est pas compatible avec l’exigence de la protection environnementale de l’UNESCO.

Exploiter des ressources géothermiques à grande échelle exige ainsi beaucoup de recherche et des études environnementales, des études économiques pour voir la rentabilité de l’exploitation. Il faut que les autorités et les populations soient convaincus, acceptent et admettent l’énergie géothermique comme étant une politique énergétique de l’état.

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SUGGESTIONS D’abord, il faut montrer et expliquer à tous, ce qu’est la Géothermie : son

origine, son fonctionnement et son intérêt ; car beaucoup de gens ne savent pas encore que la Géothermie est une source d’énergie renouvelable quasi inépuisable. Et aujourd’hui, elle intéresse beaucoup des pays face au réchauffement climatique.

En ce qui concerne les sources géothermiques malgaches, comme les eaux thermales d’Andranofana (d’Ankazoabo) et de Ranomafana(d’Antsirabe) , il faut les mettre en valeur car ce sont des patrimoines Nationaux qui possèdent des vertus thérapeutiques importantes. Leur promotion doit être faite. L’intégration de ces sources géothermales dans les circuits touristiques, même si les Malgaches n’utilisent la Géothermie que pour les pratiques de bains thermominéraux seulement. A travers le monde, l’utilisation de la Géothermie s’élargit depuis le domaine individuel (chauffage et climatisation des locaux) jusqu’à l’échelle industrielle (électrification, chauffage et climatisation urbain ainsi que plusieurs procédés industriels). A cette époque de la mondialisation, le succès des pays qui ont appliqué la géothermie industrielle doit nous servir d’exemple à suivre.

Il s’agit de mettre la Géothermie en tête de la perspective énergétique du pays. Car en face de l’augmentation sans cesse du prix de l’hydrocarbure au niveau mondial, et de l’utilisation de bois énergies à l’échelle nationale, l’énergie Géothermique est une solution proposée pour sortir notre pays de l’insuffisance énergétique et sa dépendance à l’importation de pétrole.

Donc, il faut engager avant tout des projets de recherche concernant la Géothermie sur les zones des anciens et récents volcans ou sur les bassins sédimentaires reposant ou non sur des granites; pour chercher des gisements faciles et rentables à l’exploitation.

Et d’après les utilisations possibles de la Géothermie, même si on suppose que le grand gisement n’existe pas à Madagascar, on peut utiliser quand même la PAC Géothermique pour les procédés à petite échelle comme le chauffage et la climatisation des locaux parce que la PAC Géothermique peut entrer en concurrence avec la climatisation sur la PAC ordinaire (PAC Aérothermique). Pourtant elle peut utiliser aussi dans la pisciculture, le chauffage de serre, la fermentation, l’élevage d’animaux, le séchage de matériaux organiques (comme les poissons, les légumes, les algues, les bois) et même pour les conserveries.

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CONCLUSION La terre constitue une réserve d’énergie calorifique importante, grâce à leur

structure interne. La géothermie vise alors à exploiter cette énergie, en récupérant ces énergies en surface pour produire de l’électricité, ou de l’utiliser dans des chauffages et climatisation collective et individuelle, et même dans diverses applications industrielles.

Le gisement géothermique se trouve en surface sur les sites des anciens et récents volcanismes, sous formes des sources d’eau chaude et des geysers. Cependant, on peut trouver aussi des roches chaudes sèches en faibles profondeurs sur des immenses bassins sédimentaires.

A nos jours, beaucoup des pays s’intéressent à la géothermie, car elle est une source d’énergie renouvelable et quasiment inépuisable. Elle ne dépend pas du facteur climatique, et préserve aussi l’environnement, en réduisant l’émission de gaz à effet de serre, face au problème de réchauffement planétaire. Mais son exploitation exige des connaissances et des maitrises consécutivement aux risques naturelles comme la corrosivité des eaux thermales, les risques séismiques et les radioactivités naturelles, qui sont des facteurs à l’origine de l’arrêt total de l’exploitation, ou peuvent être nocifs aux populations.

L’exploitation géothermique à grandes échelles n’existe pas à Madagascar, mais les gens utilisent les eaux chaudes dans le but thérapeutique. Mais ces sources des eaux thermales sont des sites touristiques intéressants, et nécessitent des publications et des études approfondies à la recherche de gisements géothermiques exploitables. Car la géothermie est l’une des alternatives énergétiques proposées, pour sortir notre pays à l’importation de pétrole et va entrer notre pays dans les industrialisations modernes. Même si beaucoup de gens l’ignorent encore, et elle ne fait pas partie de la politique énergétique de Madagascar.

Espérons alors que nos chercheurs vont entamer des études approfondies de la Géothermie Malgache pour qu’un jour notre île sera libre en énergie et indépendante des pays exportateurs de pétrole, et peuvent même participer à la concurrence des pays riches au développement économique mondial.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUESBIBLIOGRAPHIE

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2 : JUAN olivier. Janvier 2008. CRCI/ARIST Champagne Ardenne. Fiche Technique énergie. Fiche N°13

3 : KLIMABÜNDNIS Lëtzebuerg. GEOTHERMIE. Utiliser la chaleur du Sol

4 : LEVIN H.L., 1986. Contemporary Physical Geology Saunders Publishing. Second Edition.

5 : VARET Jacques 1982. Géothermie basse énergie, Usage direct de chaleur. Département « Géothermie » BRGM. Masson, Paris, 1982

WEBOGRAPHIE

I : Microsoft ® Encarta®2009.© 1993-2008 Microsoft Corporation

II : www.soultz.net/fr/rapports/fete_science2003.pdf

III : http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca/fichier.php/codectec/Fr/ISBN0662-30980-4/EARTH-BuyersGuide-ResidentialEarthEnergySystems_fr.pdf

IV : http://veillestrategique.champagne-ardenne.cci.fr/AutoIndex_v1/veilles/fiches-techniques/Energie%20Info/2008/13techniques-geothermie.pdf

V : http://www.geothermie-perspectives.fr/18-regions/pdf/ACF_COM_tryptique_BAT.pdf

VI : http://www.industrie.gouv.fr/debat_energie/site/pdf/brgm.pdf

VII : http://www.arehn.asso.fr/publications/cpa/cpa62.pdf

VIII : http://www.lexpressmada.com/4920/andranomafana-madagascar/23543-fermeture-des-eaux-thermales.html , consulté en Aout 2011

IX : http://www.ideesmaison.com/Energies/Geothermie-et-aerothermie/Chauffe-eau-et-pompe-a-chaleur/Chauffe-eau-et-pompe-a-chaleur.html, consulté en Août 2011

X : http://www.lemble.fr/pages/geothermie.html , consulté en Août 2011

XI : http://www.parcs-madagascar.com/fiche-aire-protegee.php?Ap=26, consulté

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XII : http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie , consulté en Août 2011

XIII : http://earth-of-fire.over-blog.com/article-madagascar-la-grande-ile-volcanisme-ancien-et-recent-59783704.html consulté en Juillet 2011

XIV : http://www.mamiesa.ch/images/img/geothermie.jpg

XV : http://www.linternaute.com/science/environnement/dossiers/06/0601-maison-econome/geothermie.jpg

XVI : http://www.climasol.fr/conseils/geothermie/principes-fonctionnements/geothermie-horizontale

XVII : http://www.geothermie.ch/data/dokumente/TechnischeNotizen/FR/Techn_Notiz_F_Sondes_20070903.pdf

XVIII : http://www.climamaison.com/chauffage-geothermie.php?Doss=34

XIX : Wikipedia.org/Andranomafana

XX : http://tourismemada.com/le-geyser-d%E2%80%99analavory-un-spectacle-riche-en-formes-en-couleurs-madagascar-%E2%80%93-region-itasy-ampefy/1707

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ANNEXESchéma d’un Principe de centrale Géothermique de Bouillante (Guadeloupe)

Source : www.soultz.net/fr/rapports/fete_science2003.pdf

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Pages DEDICACE………………………………………………………………………….. iREMERCIEMENTS………………………..………………………………………… ii LISTE DES FIGURES ………………………………………..……………………… iii LISTE DES PHOTOS ………………………………………….……………………. Iii LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………… iii LISTE DES UNITES………………………………………………………………….. iv ACRONYMES……………………………………………………………………… iv GLOSSAIRE.………………………………………………………………………... vRESUME………………………………………………………………………………. viii SOMMAIRE…………………………………………………………………………… ix INTRODUCTION……………………………………………………………………. 1 PREMIERE PARTIE : GENERALITES…………………………………..……… 2 I-DEFINITION…………………………………………………………………….…. 2 II-HISTORIQUE……………………………………………………………………. 2 III-ORIGINE DE LA GEOTHERMIE…………………………………………… 3

III-1-Structure interne du globe terrestre…………………. 3 III-1-1-La Croûte Terrestre …………………………………………………. 4 III-1-2-Le manteau ………………………………………………..………… 4 III-1-3-Le noyau ……………………………………………………………. 4

III-2-gradient géothermique et origine de la géothermie... 5 IV-LES PRINCIPAUX TYPES DE RESSOURCES GEOTHERMIQUES……. 6 V-LES DIFFERENTS TYPES DE GEOTHERMIE ……………………………. 7

V-1-La géothermie a haute énergie………………….…………………………… 7 V-2-La géothermie basse énergie……………….………………………………. 7 V-3-La géothermie très basse énergie…………………………………………….. 7

DEUSIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES…………………............ 8 VI-MATERIELS………………………………………………………………………. 8 VII-METHODES……………………………………………………………………… 8 TROISIEME PARTIE : RESULTATS ……………………………………………. 9 VIII-PROSPECTION ET EXPLOITATION DE LA GEOTHERMIE……………… 9 VIII-1-Exploration avant les exploitations géothermiques…………………………… 9 VIII-2-Exploitation de la géothermie au niveau mondial…………................................ 9

VIII-2-1-Géothermie a haute énergie……………………………………………... 9 A-Géothermie haute enthalpie...……………………………………………… 9

A-1-Exploitation de géothermie haute énergie……………………………... 10

TABLE DE MATIERES

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a) Réservoirs de vapeur ………………………………………………….. 10 b) Réservoirs d’eau chaude……………………………………………….. 10 c) Réservoirs de roches chaudes sèches (ou « hot dry rock »)………….. 11

B-Géothermie moyenne enthalpie……………………………………………. 11 B-1-Exploitation de géothermie moyenne énergie…………………………. 11

VIII-2-2-Géothermie basse énergie……………………………………………….. 12 A-Exploitation de géothermie basse énergie………………..………………... 12 A-1-Pompe A Chaleur Géothermique (PACG)………………………………. 12

A-1-2-Principe de doublet géothermique…………………………………. 12 VIII-2-3-Géothermie de très basse énergie………………………………………. 13

A-Exploitation de géothermie très basse énergie……………..……………. 13 A-1-Les Pompes A Chaleur (PAC)……………………………………… 14

3. Le PAC Aérothermique………………………………………….. 14 4. Le PAC Géothermique (PACG)…………………………………. 14

a. Mode de Fonctionnement ……………………………………. 15 b. Fluide colporteur ou frigorigène …………………………….. 15 c. Système eau glycolée /eau ………………………………….. 15 d. Types d’installation de PACG ………………………………. 15

d-1-Géothermie avec capteur horizontal ou système râteaux…………………………………………………….

15

d-2-Géothermie avec capteur vertical ou sonde géothermique………………………………………………

16

IX-UTILISATIONS POSSIBLES DE LA GEOTHERMIE……………………… 18 IX-1-Electricité ……………………………………………………………… 18 IX -2-Chauffage et climatisation des locaux …………………………………. 20 IX -3-Utilisations industrielles de la géothermie …………………………….. 21

X-LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE L’EXPLOITATION DE L’ENERGIE GEOTHERMIQUE…………………………………………………...

21

X-1-Les avantages de la géothermie......……………………………………… 21 X -2-Inconvénient de la géothermie …..……………………………………… 23

X -2-1-Problèmes d’investissements……………………………………… 23 X -2-2-Impacts environnementaux…………………………...…………. 23 X -2-3-Les risques possibles durant l’exploitation de la géothermie……. 23

A-Arrêt de l’exploitation……………………………………………. 23 a. Le risque d’explosion ……………………………………….. 23 b. L’endommagement des outils de pompage…………………... c. La corrosion………………………………………………….. d. Le dépôt par précipitation ou « scaling »…………………….. e. La température et la pression………………………………….

23 24 24 24

B-Les risques nocifs pour la population……………………………. 24 a. La radioactivité naturelle ……………………………………. b. Microséisme induit …………………………………………..

24 24

b-1-Solutions proposée pour minimiser le microséisme induit………………………………………………………… 25

XI-LA GEOTHERMIE A MADAGASCAR………………………………………. 25 XI-1-Geysers………………………………………………………………........ 25 XI -2-Points chauds et eau chaude…………………………………………… 27 XI -3-Utilisation de géothermie a Madagascar …………………………………. 27 XI -4-Les vertus thérapeutiques des sources chaudes…………………………… 28

XI -4-1-Hydrothérapie……………………………………………. 28

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QUATRIEME PARTIE : DISCUSSION ET SUGGESTIONS………………….. 30 DISCUSSIONS………………………………………………………………………. 30

1. Problèmes de l’énergie à Madagascar ………………………………………. 30 2. Energie géothermique à Madagascar………………………………………… 31 3. Bassins sédimentaires de Madagascar…………………………………………. 31 4. Volcanisme à Madagascar …………………………………………………….. 32 5. Pourquoi alors à Madagascar malgré ces potentialités, l’énergie géothermique

n’existe pas encore ?........................................................................................... 34

SUGGESTIONS……………………………………………………………………… 35 CONCLUSION …………………………………………………………………….. 36 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXE……………………………………………………………………………… I �

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