La géothermie à Tarbes (Hautes-Pyrénées 65)

L’eau chaude géothermique était déjà utilisée dans l’Antiquité, en Chine, au Japon et à Rome, pour les lavages, les bains et ses vertus thérapeutiques. Les Romains l’utilisaient même pour chauffer les parois et les planchers de leurs maisons.

Le chauffage géothermique utilise les eaux géothermales de basse énergie. Elles sont exploitées par des puits forés jusqu’au réservoir d’eau et des pompes. Le nombre de puits forés dans une même zone ne doit pas être trop important. Il doit être calculé précisément pour permettre à la chaleur de l’eau de se renouveler à mesure qu’on l’exploite.
Si l’eau est suffisamment pure et pas trop chaude, ni à trop haute pression, on peut l’envoyer directement dans les radiateurs, comme en Islande. Sinon, on doit utiliser un échangeur de chaleur : l’eau extraite du sous-sol communique sa chaleur à travers des plaques, ou des tubes, à un circuit secondaire d’eau pure qui sera envoyée dans les radiateurs.
Si l’eau du sous-sol est vraiment trop chargée en sels, en sulfure d’hydrogène H2S ou en gaz dissous, on ne peut pas la rejeter dans la nature. Il faut la réinjecter dans son réservoir d’origine. On utilise pour cela la technique du double puits, ou doublet : un puits de pompage et un puits de réinjection. Le puits de réinjection est un puits dévié : ainsi, on réinjecte l’eau refroidie suffisamment loin du puits de pompage.
Un doublet de débit 200 m3/h est capable de chauffer 2 000 à 3 000 logements. Outre le chauffage des bâtiments et des logements, la géothermie est utilisée pour chauffer des serres ou des bassins d’élevage de poissons.
La corrosion par les sels et les gaz dissous est l’ennemi numéro 1 de la géothermie. On peut la combattre en injectant au fond des puits certains produits chimiques (inhibiteurs de corrosion) et en utilisant des tubes et des tuyaux en matériaux composites plutôt qu’en acier.

Les pompes à chaleur : Si la température de l’eau est trop basse pour utiliser un échangeur de chaleur, c'est-à-dire inférieure à 40°C, il reste une solution : la Pompe À Chaleur (PAC). Les PAC peuvent être utilisées pour de l’eau entre 20 et 40°C. Elles permettent de « fabriquer » de l’eau à plus haute température. Elles nécessitent un apport d’énergie pour stimuler le système mais on récupère finalement davantage d’énergie que l’on en consomme.
Le système de récupération d’énergie à partir d’eaux à basse température grâce à des PAC ne se limite pas à la géothermie. Il peut s’appliquer à des eaux de mer relativement chaudes, comme celles de la Méditerranée. Ainsi, suivant l’exemple vieux de 30 ans de Monaco, la ville de La Seyne-sur-Mer, dans le Var, a décidé en 2007 de lancer l’exploitation de l’eau de mer pour chauffer des bâtiments publics (pôle théâtral de 500 places, hôtel de ville…) et, dans un premier temps, 500 futurs nouveaux logements, à l’aide de PAC. Pour que le projet soit rentable économiquement, il faut toutefois que les bâtiments à chauffer soient situés à moins de 600m de la côte.

Comment ça marche ? :

• l’eau à faible température fait bouillir un liquide dont la température d’ébullition est légèrement inférieure à 0°C (par exemple de l’ammoniac, température d’ébullition – 33°C) ;
• le gaz obtenu est comprimé grâce à un compresseur électrique. Cette opération dégage de la chaleur. Le gaz chauffé par compression donne sa chaleur à un circuit d’eau secondaire utilisée dans les radiateurs. Cet échange provoque la liquéfaction du gaz, que l’on renvoie au début du processus. En fait, une PAC, c’est un réfrigérateur « à l’envers » !

Le coefficient de performance d’une PAC mesure la quantité d’énergie obtenue par rapport à celle fournie par le compresseur. Il se situe entre 3 et 4.

Les PAC ont également une application dans la récupération de la chaleur du sol (chauffé par les rayons solaires) pour le chauffage d’une maison. C’est ce qu'on appelle la géothermie domestique, utilisant des PACG (Pompes À Chaleur Géothermiques). Un réseau de capteurs horizontaux dans le sol à faible profondeur transmet la chaleur du sol à un plancher chauffant dans la maison par l’intermédiaire de PACG. Le schéma ci-dessous résume le fonctionnement du système.

L’installation de ce type de système est assez coûteuse mais elle peut être amortie en quelques années et ces installations sont robustes.

Dans le cas de la géothermie moyenne énergie, l’eau utilisée est sous la forme liquide et maintenue sous pression pour lui éviter de bouillir.
Si la température de l’eau est inférieure à 140°C, on utilise en général un échangeur de chaleur : l’eau réchauffe le liquide d’un circuit secondaire (par exemple un alcane léger) et le porte à ébullition. C’est le gaz ainsi produit dans le circuit secondaire qui fera tourner une turbine et produira l’électricité, avant d’être de nouveau liquéfié. Si l’eau a une température plus élevée, on abaisse sa pression dans une enceinte prévue à cet effet. Elle passe sous forme de vapeur, qu’on utilise pour actionner une turbine, comme dans le cas de la géothermie haute énergie.

Dans le cas de la géothermie haute énergie, l’eau est utilisée sous forme de vapeur à haute température. La vapeur est envoyée dans une turbine qui, en tournant, permet de produire de l’électricité. En général, la vapeur d’eau est humide, c'est-à-dire qu’elle contient une fraction d’eau sous forme liquide. Cette eau liquide doit être séparée avant l’envoi de la vapeur dans la turbine. Dans les cas plus rares de vapeur sèche, on peut l’envoyer directement dans la turbine, sans traitement particulier autre qu’une purification à la sortie du puits.