La géothermie : cours de Bac pro ICCER

Quand on parle d'énergie, on pense vite à l'électricité et aux carburants. Pourtant, une très grande partie de ce que consomme le pays sert simplement à produire de la chaleur : chauffer des logements, de l'eau, des bâtiments de bureaux, des ateliers, des serres. En 2022, la chaleur représentait environ 45 % de l'énergie finale consommée en France, et environ 73 % de cette chaleur venait encore de sources fossiles ⁴. C'est un sujet de premier plan pour un installateur en chauffage, climatisation et énergies renouvelables.

Face à cela, la géothermie propose une chaleur locale, renouvelable, que l'on peut piloter et qui émet peu de gaz à effet de serre ⁴. Elle s'ajoute aux autres énergies renouvelables que tu connais déjà, comme le solaire thermique et le bois énergie : chacune a ses atouts et ses limites, et ton rôle sera souvent de choisir la plus adaptée au bâtiment et au site.

Dans la pratique, on va chercher de la chaleur sous nos pieds. Deux voies existent. La première utilise des nappes d'eau chaude naturelles : on pompe cette eau, on récupère sa chaleur, puis on la renvoie. La seconde consiste à injecter de l'eau dans des roches chaudes pour qu'elle en ressorte réchauffée et transporte l'énergie jusqu'à la surface ⁵.

Une fois la chaleur arrivée en surface, elle peut servir directement au chauffage, aux bains thermaux (balnéothérapie) ou à des usages agricoles. Elle peut aussi être transformée en électricité dans une centrale géothermique ⁵. La géothermie sait même rafraîchir ou produire du froid, ce qui en fait un outil utile pour la climatisation ⁵.

Plus on descend, plus on peut puiser une chaleur à température élevée, et ce que l'on peut faire de cette chaleur change. La profondeur et la température servent donc de critères pour classer les installations. Le choix de la technique dépend de la chaleur disponible : eau chaude pour chauffer ou rafraîchir un bâtiment, ou production d'électricité quand la chaleur est suffisante ².

Quand le forage donne de la vapeur seule, ou un mélange d'eau et de vapeur, à une pression et à une température suffisantes, on peut fabriquer de l'électricité ². Il existe deux grands types de centrales, qui se distinguent par la façon dont la chaleur fait tourner la turbine.

La géothermie de surface est celle que tu poseras le plus souvent : elle exploite la chaleur des premières dizaines de mètres du sol, avec des températures faibles ². Une température aussi basse ne suffit pas pour chauffer directement un logement ; c'est pourquoi la géothermie de surface est généralement assistée par une pompe à chaleur géothermique ⁶. Ce dispositif fait l'objet d'une rubrique à part dans la présentation officielle de la filière ².

Cette version de la géothermie répond à des besoins variés : maison individuelle, habitat collectif, bâtiments tertiaires ². Sur le plan du marché, les investissements dans l'habitat collectif progressaient alors que ceux des maisons individuelles reculaient, selon les professionnels de la filière ⁶.

La géothermie profonde va chercher de l'eau chaude à plusieurs centaines de mètres, souvent vers 2 000 m, parfois davantage. On ne chauffe plus une seule maison avec elle, mais tout un quartier. Pour distribuer cette chaleur, on utilise un réseau de chaleur : des canalisations qui amènent l'eau chaude aux bâtiments raccordés. Les communes ont un rôle important : elles peuvent étudier le développement de réseaux de chaleur ou de froid alimentés par la géothermie, en qualité d'autorité organisatrice du service public de distribution de la chaleur ³.

L'Île-de-France illustre bien cette filière. En 2020, c'était la région où l'on comptait la plus forte densité d'opérations de géothermie profonde au monde, et la géothermie y assurait 64 % de la production de chaleur, soit plus de 3 TWh par an, l'équivalent de plus de 200 000 logements chauffés en énergie entièrement renouvelable ⁶. La même année, la France comptait 77 opérations de géothermie profonde, dont plus de 50 en Île-de-France, pour 2,5 TWh d'énergie renouvelable ⁶.

Toujours en Île-de-France, un nouveau forage a été creusé en 2009 dans la nappe du Dogger, où l'eau atteint 57 °C, au nord-est de Paris, près de la porte d'Aubervilliers. Il était prévu pour apporter la chaleur à plus d'un million de m² de bâtiments : logements, bureaux et commerces ⁶. Les réseaux de chaleur profitent ainsi d'un effet d'échelle : un seul forage alimente de nombreux bâtiments.

Tout choix d'énergie se justifie par des avantages et se limite par des contraintes. Voici le bilan pour la géothermie.

Le sous-sol français offre de belles possibilités. Quatre zones se prêtent particulièrement bien à cette énergie : le bassin parisien, l'Alsace, les environs de Lyon et l'Aquitaine ⁴. Pour le rapport entre coûts et bénéfices, on cite surtout l'Aquitaine et l'Île-de-France ⁶. Pourtant, la géothermie ne couvre qu'environ 1 % des besoins de chauffage du pays, alors qu'elle pourrait chauffer des millions de logements ⁴.

Pour changer d'échelle, l'État a mis en place des mesures de soutien : une réglementation simplifiée pour la géothermie de minime importance, des aides à l'investissement, un appui à la production d'électricité renouvelable, un fonds de garantie et un soutien à la recherche et à l'innovation ². Un fonds de garantie nommé GEODEEP, doté de cinquante millions d'euros, a ainsi été créé fin mars 2015 pour encourager la filière ⁶. La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte a été votée en juillet 2015 ⁶.

Les pouvoirs publics ont fixé des cibles ambitieuses dans le plan énergétique national (PPE) dévoilé en 2025. Horizon 2035 : la production de chaleur géothermique en métropole doit être multipliée par quatre. Côté géothermie de surface, le cap est de 10 TWh de chaleur renouvelable en 2030, puis entre 15 et 18 TWh cinq ans plus tard ⁴.

Le 11 avril 2025, une mission lancée à ce sujet devait repérer les leviers pour accélérer le recours à la géothermie et lever les freins qui ralentissent la filière, en métropole comme en outre-mer. Ses sept premières mesures ont été présentées le 28 juillet ⁴.

Pour dimensionner un échange de chaleur avec un fluide, on utilise une relation de physique que tu connais déjà : la puissance transportée par un fluide qui se refroidit. Elle sert à estimer ce qu'un forage peut fournir à un réseau.