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Publié le 20/11/2020 - Modifié le 20/11/2020

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Foire aux questions sur la géothermie profonde

Environnement Travaux

Les réponses à toutes vos questions au sujet de la géothermie profonde et son implication dans les micro-séismes survenus ces dernières semaines dans le nord de l'Eurométropole.

Quel est l’intérêt de la géothermie profonde pour le territoire et ses habitants ?

Pour lutter contre le réchauffement climatique, l’Eurométropole de Strasbourg a l’ambition d’être un territoire innovant en termes de transition énergétique et a, d’ores-et-déjà, fait sienne l’ambition de neutralité carbone en 2050 en adoptant fin 2019 son Plan Climat et son Schéma Directeur des Énergies « 100% Énergies Renouvelables » en 2050. Ce dernier document de programmation énonce les étapes de la transition engagée en matière de sobriété et de mobilisation de toutes les énergies renouvelables disponibles sur le territoire.

Par sa géologie singulière, l’agglomération strasbourgeoise dispose en effet au travers de la géothermie profonde, d’un atout majeur qui permet de consolider un mix énergétique 100% renouvelable en 2050. En effet, son abondance avérée, sa faible empreinte carbone et ses possibilités d’utilisation dans des conditions compétitives (à un prix désindexé des combustibles fossiles) rendent cette source presque irremplaçable.

Comment ça marche ?

Parmi les différents types d’exploitation de la chaleur du sous-sol, la géothermie profonde se définit selon le code minier par deux critères : des températures supérieures à 150°C et des profondeurs de plus de 1500 mètres.

Afin d’exploiter cette ressource en Alsace, les opérateurs creusent des « doublets » (deux puits : un puit injecteur et un puit de prélèvement) à grande profondeur, de 3000 à 5000 mètres, afin de prélever de l’eau naturellement présente à une température de l’ordre de 200 °C.

Cette eau très chaude a deux usages possibles : La première, prioritaire pour l'Eurométropole de Strasbourg, correspond à un usage direct pour des besoins thermiques locaux tels que l'alimentation d'un réseau de chaleur urbain ou des procédés industriels. La deuxième consiste à utiliser la haute température du fluide géothermique pour la production d'électricité à travers une turbine. Cette électricité est à son tour acheminée vers le réseau électrique local.

Sur Strasbourg, les opérateurs ont choisi d’exploiter ces deux options simultanément. On parle ici de « coproduction », c’est-à-dire, une valorisation de la chaleur dans les réseaux de chaleur urbains ou par la production d’électricité, en fonction des demandes.

Quel est le poids de la géothermie profonde dans la stratégie énergétique du territoire ?

L’objectif de l’Eurométropole de Strasbourg est d’atteindre 100% d’Énergies Renouvelables en 2050. Le Schéma Directeur des Énergies planifie dans cette perspective une réduction drastique des consommations d’énergie (-50%) et la mobilisation de toutes les énergies renouvelables locales.

Sous ces conditions, le territoire sera énergétiquement autosuffisant à concurrence de 55% et importera pour le restant de ses besoins, de l’énergie renouvelable.

Parmi les énergies renouvelables locales, la géothermie profonde et appelée à assurer 18% du potentiel (620 GWh/an d’électricité et chaleur). Il s’agit du deuxième contributeur le plus important après l’hydraulique du Rhin !

18% ? Pas plus ?

L’énergie est consommée sous différentes formes ou « vecteurs énergétiques » : Electricité, combustibles, carburants, chaleur, etc. Chaque vecteur énergétique, à son tour, est le produit d’une transformation d’une ou plusieurs énergies primaires (par exemple, la chaleur issue du rayonnement solaire ou la combustion de bois ou biogaz, etc.).

En 2050, la chaleur représentera la moitié de la consommation d’énergie du territoire. La bonne nouvelle c’est que Strasbourg est riche en chaleur renouvelable et de récupération, comme la chaleur de récupération des industries ou la géothermie profonde. Mais ces ressources sont souvent loin des points de consommation, et nécessitent des réseaux de chaleur afin d’acheminer cette chaleur verte vers nos bâtiments et industries.

En 2017, les réseaux de chaleur ont livré 6% de la chaleur de l’Eurométropole de Strasbourg. En 2050, cet indicateur devra se monter jusqu‘à... 40% ! En effet, les réseaux de chaleur sont appellés à être la principale source de chaleur du territoire et la géothermie profonde en sera son principal contributeur, avec un poids du 38%.

Quel est l’intérêt économique de la géothermie en comparaison d’autres ressources énergétiques ?

La géothermie profonde nécessite des investissements très importants pour sa mise en service, mais présente un rendement très élevé, une fois que la centrale est mise en service. Les opérateurs de ces centrales en coproduction se rémunèrent sur la vente de l’électricité produite au réseau national et sur la vente de chaleur aux acteurs du territoire tels que les réseaux de chaleur publics de l’EMS.

Une centrale géothermique tourne plus de 8000 heures par an sans fluctuations. Cette disponibilité ainsi que les revenus associés à la vente d’électricité, permettent des prix de chaleur compétitifs, stables et prévisibles pendant toute la durée d’exploitation de la centrale. Cela permet aux opérateurs des réseaux de chaleur publics de modérer les tarifs de vente de la chaleur à leurs abonnés et de les protéger de la volatilité extrême des prix des combustibles fossiles.

Combien de centrales sont nécessaires pour cet objectif ?

L’atteinte de ces objectifs s’appuie sur la construction programmée de 4 centrales de géothermie profonde sur le territoire, disposant toutes d’un Permis Exclusif de Recherche (PER) délivré par l’autorité préfectorale au titre du code minier:

  • Le projet « Geoven » à Vendenheim (Fonroche),
  • Le projet « Geohurt » à Hurtigheim (Fonroche),
  • Le projet « Geoeck » à Eckbolsheim (Fonroche),
  • Le projet « Géothermie Illkirch » à Illkirch-Graffenstaden (Electricité de Strasbourg).

Le projet Geoven est achevé et en phase de test pour une mise en service en juin 2021. Quant au projet Géothermie Illkirch, un premier forage a été achevé en septembre 2019 ; la poursuite du projet nécessite néanmoins des études complémentaires de modélisation tridimensionnelle du sous-sol. La mise en service est planifiée par l’opérateur en 2023.

Le démarrage du projet Geohurt est prévu pour fin 2021. Le projet Geoeck devrait démarrer après la mise en service de Geohurt, en 2023 ou 2024.

Concrètement, ils doivent servir à quoi ces projets ?

Comme évoqué, la géothermie profonde a un rôle capital pour les réseaux de chaleur de la collectivité. Concrètement :

  • Le projet « Geoven » devra alimenter un nouveau réseau de chaleur public, qui desservira de la chaleur renouvelable aux communes du nord de l’agglomération : Schiltigheim, Bischheim, Hoenheim, Souffelweyersheim, Mundolsheim, Reichstett, etc.
  • Le projet « Geohurt » ainsi que le projet « Geoeck » devraient alimenter le réseau de chaleur de Hautepierre-Poteries, actuellement alimenté au gaz fossile. Des extensions vers Cronenbourg et un éventuel maillage avec Strasbourg centre sont prévus.
  • Le projet « Géothermie Illkirch » alimenterait un nouveau réseau de chaleur public qui desservant la commune d’Illkirch et quelques quartiers sud de Strasbourg.
  • La géothermie sera une des trois sources d’électricité endogène du territoire, aux côtés de l’hydraulique au Rhin et de l’énergie solaire photovoltaïque. Toutes les centrales confondues vont produire 170 GWh d’électricité, soit 12% de l’électricité produite localement.

Qui autorise et contrôle les projets ?

Le développement et exploitation du gisement géothermique est encadré exclusivement par le Code Minier, prérogative exclusive de l’Etat.

Au vu du potentiel géothermique de notre territoire, la Préfecture du Bas-Rhin a délivré entre 2015 et 2017 deux permis exclusifs de recherche haute température. L'un est détenu par la société Fonroche et dénommé "Permis de Strasbourg", l'autre est détenu par la société Electricité de Strasbourg, dénommé « Permis d’Illkirch –Erstein ». Ces sociétés ont déposé et obtenu les autorisations préfectorales de prospection pour les sites d'Eckbolsheim, Vendenheim et Illkirch. Le suivi des opérations est du ressort de la DREAL.

Des compléments à ces permis ont été octroyés en 2020, afin d’autoriser la recherche de modes d’exploitation du lithium naturellement présent dans les eaux géothermales prélevées.

Quel est le rôle des collectivités locales dans tout ça ?

En tant qu'Autorité Organisatrice de l'Energie, l'Eurométropole de Strasbourg veille à l'intégration du gisement géothermique dans la panoplie de solutions renouvelables nécessaires pour tracer une stratégie de transition énergétique efficace pour le territoire. Elle négocie le prix de l’énergie avec les opérateurs afin d’alimenter les réseaux de chaleur publics et en garantir un prix compétitif et stable dans la durée pour les consommateurs.

La géothermie peut induire des séismes ?

La micro-sismicité induite est inhérente à la géothermie profonde. Est ainsi qualifié, tout tremblement de terre d’une intensité inférieure à 1,9 sur l’échelle de Richter et qui n’est pas ressenti.

Par principe, une centrale géothermique exploite la circulation de l’eau chaude naturellement présente à travers un réseau de failles existantes et qui se réchauffe au contact du granit. Pour améliorer la circulation, il est possible de réaliser des opérations de stimulation des fractures. En Alsace, la DREAL a autorisé aux opérateurs de stimulation des puits par circulation d’eau à une pression de moins de 100 bar et par l’injection d’acides alimentaires inertes.

Ces opérations de stimulation (et notamment la mise en circulation de l’eau prélevée) en phase test, peuvent induire une micro-sismicité induite. Lors de la circulation forcée pendant l’exploitation industrielle, de la micro-sismicité peut également être perçue. Le phénomène se mesure au moyen de sismographes placés en profondeur dans un réseau de forages de surveillance. 

Pourquoi avoir recourt à une technologie qui peut induire des microséismes ?

Cette sismicité induite se présente sur la forme de microséismes de très faible énergie, qui s’atténue lors de la propagation des ondes sismiques dans le sous-sol ; si bien qu’en surface, les microséismes ne sont le plus souvent pas ressentis. Leur magnitude s’échelonne d’environ -2 (seuil de détection minimal) à 1.9 (seuil au-delà duquel les séismes commencent à se ressentir en surface). Néanmoins, en raison de la présence de failles dont les dimensions sont suffisamment grandes, quelques séismes de plus forte magnitude (> 1.9) peuvent se produire et, sous certaines conditions, et être ressentis en surface. Ce type de séisme de magnitude 2,0 à 2,9 est qualifié de « très mineur », car sans effet, mais détecté/enregistré. Un séisme sera considéré « mineur » (souvent ressenti sans causer de dommages) quant à une magnitude de 3,0 à 3,9.

Il est important de signaler que la géothermie est loin d’être la seule activité génératrice de sismicité induite. Selon la base de donnes « Human-induced earthquake database », parmi 1196 incidents à l’échelle mondiale, 6% des séismes induits ont pour origine la géothermie, loin derrière le fracking (33%), l’activité minière (25%) ou la mise en eau de puits de captage d’eau (16%).

Enfin, une conclusion importante à retenir : l'apparition d'une sismicité induite est toujours spécifique à un site. Deux projets à proximité peuvent présenter des comportements complètement différents cars ils prélèvent de l’eau dans des réservoirs différents. En effet, les tests menés sur le puit GT2 de Vendenheim ressemblent aux tests de mi-2019 et 09/2020 réalisés sur le seul puit d’Illkirch. La sismicité induite par les deux projets a été complétement distincte !

Les autres territoires qui utilisent la géothermie ont vécu des situations similaires ?

Tous les sites de ce type dans le monde ont dû faire face à l’occurrence d’activité microsismique. La littérature scientifique évoque ainsi comment quelques « success stories » de la filière géothermique sont souvent associées à une sismicité induite en phase initiale, parfois ressentie. En effet, un bon nombre de centrales aujourd’hui en service ont subi des évènements sismiques plus ou moins importants : la mise en service des 6 centrales en Islande, le « Great Bassin » australien, trois des sites en Nouvelle Zélande, la mise en service de la centrale de Laradello en Italie ou une des centrales de Munich pour n’en citer que quelques-unes.

En Alsace même, les centrales de Rittesrhoffen comme de Soultz-Sous-Forêts ont connu des séismes en phase test (de 2,4 en l’an 2000) et 2,9 en 2003 sur cette dernière). Néanmoins, depuis leur mise en exploitation, la micro sismicité n’a jamais dépassé 1,4, loin du seuil de ressenti humain.

Que s’est-il passé en novembre 2019 ?

Un séisme de magnitude 3.1 est intervenu le 12 novembre à 14h38. Le réseau de surveillance du RENASS ainsi que le réseau de Fonroche, ont permis de disposer de nombreuses données caractérisant l’évènement. L’opérateur avait achevé une série de tests d’injection sur le site de Vendenheim 10 jours avant l’évènement.

En application du principe de précaution, la Préfecture a suspendu toute activité de test, dans l’attente du résultat de l’expertise d’un comité d’experts constitué début 2020.

Les conclusions du comité d’experts ont été rendues en septembre 2020. Les données disponibles ne permettent pas de conclure à l’existence, ni d’écarter un lien de causalité entre l’évènement de Strasbourg de novembre 2019 et les opérations sur le site de Vendenheim.

Aussi, a-t-il été proposé de renforcer les conditions de sécurité des opérations, parue procédure spécifique et d’imposer à l’opérateur un protocole de de tests supplémentaires (notamment un test de traçage) afin de vérifier la connectivité du doublet.

Qu'est-ce qu'on entend par protocole de redémarrage et test de traçage exigé par l’État ?

Suite à l’évènement de 2019, et dans le cadre des investigations complémentaires de l’expertise, la Préfecture a souhaité imposer une procédure de redémarrage à l’opérateur Fonroche en 3 étapes :

  1. Connaitre la connexion entre les deux puits : effectuer le test de traçage et d’interférence (faible débit, faible pression)
  2. Si résultat positif, connaitre la capacité des connections en charge intermédiaire (faible débit, faible pression)
  3. Si résultat positif, connaitre la capacité des connections en conditions de service (haut débit, faible pression).

En effet, une centrale géothermique utilise un puit de prélèvement et un puit d’injection afin d’accéder à l’eau géothermale à haute température. Le « test de traçage » consiste en l’injection d’une substance inerte via le puits d’injection pour vérifier sa présence dans l’eau prélevée au puits de prélèvement. Cela afin de vérifier l’existence d’une connexion entre les deux puits et d’assurer une exploitation sans sismicité et en équilibre de pressions.

Que s’est-il passé en octobre et novembre 2020 ?

Pendant la phase de préparation du test de traçage, l’opérateur a été sollicité afin d’effectuer des tests supplémentaires dites d’interférences. Ces tests consistent à stopper l’injection d’eau dans le puits afin d’y mesurer les effets d’extraction d’eau dans le puits de prélèvement.

Cet arrêt d’injection est une phase propice à la génération de phénomènes sismiques car elle induit des variations de pression et des rééquilibrages de contraintes internes au compartiment géologique.

En effet, dans le cadre de ces tests, une séquence sismique d’entre 2.1 et 2.6 a eu lieu dans la nuit du 28/10, pendant le dernier palier de réduction du débit injecté. Les jours suivants, des répliques sous la forme de micro-sismicité ont été mesurés par le réseau de surveillance sismique. L’hypothèse la plus probable repose sur une continuité de l’ajustement de la roche suite aux deux évènements précédents.

Un Courrier Préfectoral a été envoyé à Fonroche demandant de suspendre les tests et d’analyser l’évènement et de mettre en sécurité le doublet (avec maintien d’un débit « artésien » ou naturel). Aujourd’hui, toutes les opérations sur site sont arrêtées, dans l’attente de l’analyse scientifique des données captées lors de ces incidents.

Pouvons-nous abandonner la géothermie ?

Au-delà des questions juridiques et économiques entre l’État et les opérateurs, l’abandon de la géothermie profonde aurait un impact considérable et remettrait profondément en cause l’objectif 100 % renouvelables de la collectivité. Il impliquerait que nous trouvions ailleurs cette ressource, à travers la production de biogaz, largement plus émetteur de CO 2, en quintuplant la production projetée au SDE, soit 22 méthaniseurs industriels ; ou à travers la biomasse, soit 12 chaufferies telles que celles du Wacken alimentées par plus de 123 000 tonnes de bois par an ; ou par la chaleur dite de récupération (chaleur industrielle fatale), soit l’équivalent de deux aciéries type Badische Stahlwerke à Kehl, etc.

Et maintenant ?

À date de publication de cet article : Dans le cadre des exigences de l’Etat, Fonroche a élaboré un nouveau protocole de tests qui intègre la réactivité constatée du réservoir. La DREAL et le comité d’experts devra analyser la proposition, qui propose de redémarrer les tests en janvier en intégrant les nouvelles hypothèses issues de l’analyse des données des derniers jours.

Quelle est la posture de l’Eurométropole de Strasbourg ?

Nous savons désormais d’expérience que certaines étapes d’un projet de géothermie profonde intensifient cette activité sismique, mais pas toute l’activité géothermale (cf. les sites de Rittershoffen et de Kutzenhausen, dont la sismicité est maîtrisée depuis leur stabilisation). Faut-il, dès lors, condamner inéluctablement cette ressource énergétique potentielle ?

Les ordres de grandeur de notre Transition Energétique sont vertigineux et il nous paraît urgent de les partager avec le plus grand nombre de nos concitoyen.ne.s, afin que nous puissions mener le débat autour des énergies de notre futur sur les meilleures bases. Et ce, d’autant plus que le premier objectif de notre SDE, avant celui des 100 % d’ENR en 2050, est la division par deux de nos consommations. Sans atteindre celui-ci, nous n’atteindrons pas celui-là ! Si nos consommations ne baissent pas, nous aurons besoin de toutes les énergies, fossiles, nucléaires et renouvelables, y compris la géothermie profonde.

Pour éclairer nos concitoyen.ne.s sur ce qui s’est passé depuis le 28 octobre, nous organiserons, prochainement, une réunion publique numérique, en présence de l’opérateur et des services de l’État, pour que chacun.e puisse leur poser directement les questions légitimes que ces incidents soulèvent.

De plus, un débat public sera organisé autour de la stratégie énergétique territoriale, pour démocratiser cet enjeu majeur de la transformation écologique de notre territoire et la mise en œuvre de notre Plan Climat Air Energie Territorial et notre Schéma Directeur des Énergies.