Google réchauffe la géothermie américaine

Le lundi 12 décembre 2011 par Soleillion

On le sait déjà depuis longtemps : Google regarde de plus en plus vers l’énergie, plus précisément les économies d’énergie, avec entre autres, le déploiement des réseaux intelligents, ou bien vers les technovertes et les énergies renouvelables. La motivation est simple : le marché est énorme et Google se positionne à l’avance en prévoyant la fin inéluctable du pétrole. Si, selon TPM, la firme connait actuellement quelques hésitations dans ses stratégies d’investissement dans les énergies renouvelables, elle a néanmoins trouvé un nouveau terrain de jeu dans le domaine : la géothermie.

Sa carte géothermique des États-Unis, disponible sur Google Earth et financée à hauteur de 489 521 dollars, vient d’être établie par le Laboratoire de géothermie de l’Université méthodiste méridionale de Dallas, au Texas [1]. Les données de 35 000 sites, notamment des puits pétroliers et gaziers, ont été collectées, compilées, analysées et cartographiées.

 Pour télécharger et ouvrir la carte dans Google Earth

Un potentiel énorme

Les conclusions du laboratoire font rêver. Le potentiel géothermique des États-Unis serait de trois millions de mégawatts. Simplement, dix fois la production potentielle de toutes les centrales à charbon usaniennes réunies ! Comparé à aujourd’hui, ce serait une révolution.

Actuellement, les centrales géothermiques ne sont présentes que dans neuf états pour un peu plus de 3 000 MW de puissance nominale ; en 2010, elles représentaient seulement 3,7% de l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables [2]. Pour mémoire, l’ensemble des énergies renouvelables ne représentent qu’un petit 10% de l’ensemble tandis que le charbon, lui, représente toujours un peu moins de 50% de l’électricité produite aux États-Unis. En comparaison toujours, en juin 2010, il y avait plus 42 000 mégawatts de puissance éolienne installée. La géothermie compte donc pour moins de 0,4% de l’électricité produite aux États-Unis en 2010. Autrement dit... presque rien. Et de presque rien à tout, il y a loin de la coupe aux lèvres. La géothermie a encore beaucoup de travail avant de s’imposer - si elle y arrive - comme la première source d’électricité aux États-Unis.

Néanmoins, elle à le vent en poupe depuis quelques années. Selon le Deseret News, le journal de l’Utah, il y a actuellement 146 projets en développement dans 15 états. Certains dans l’Idaho, le Nouveau-Mexique, le Nevada et la Californie sont en phase avancée. La carte de Google s’inscrit dans ce renouveau que le gouvernement américain accompagne financièrement. L’objectif général étant de trouver le maximum de sources alternatives d’énergie pour diminuer d’un tiers les importations de pétrole d’ici dix ans.

En mai 2009, le Département de l’énergie annonçait 467 millions de dollars d’investissements dans la géothermie et dans le solaire, 338 millions, à nouveau, en octobre 2009. De façon plus concrète, en septembre 2010, le Département de l’énergie partageait 20 millions de dollars entre 7 projets de recherches, 11 millions, à nouveau, en juin 2011 entre 8 projets. En septembre 2011, 38 millions ont été attribués à 32 projets situés dans 14 états. Au total, 70 millions de dollars devraient être investis de 2010 à 2013, le tout, donc, dans une quinzaine d’état [3].

C’est que, même si l’énergie terrestre est à peu près la même partout, certaines conditions géologiques la rendent plus accessibles à certains endroits qu’à d’autres. Tout le problème de la prospection est d’ailleurs de savoir où aller forer et la carte financée par Google est précieuse en cela. Elle donne une idée plus précise des états où la géothermie est plus exploitable qu’ailleurs.

L’Ouest américain, la terre promise de la géothermie

L’Ouest est largement favorisé. Les Rocheuses sont le réservoir géothermique des États-Unis. Les fortes températures y affleurent à la surface en quelques lieux : le parc de Yellowstone et ses fameux geysers sont de la géothermie naturelle, l’eau remonte chaude et jaillit sous pression du sous-sol [4] ; l’étude n’a cependant pas tenue compte officiellement du potentiel géothermique de régions protégées comme les parcs naturels, les zones urbaines ou certaines côtes, celles de Californie notamment, parce qu’elles sont soit inaccessibles, soit protégés, soit en zone sismique.

Il n’en reste pas moins que dans le Nevada, le Colorado, l’Idaho, le Nouveau Mexique, voire le Texas, il n’est pas nécessaire de descendre « bien loin » pour trouver de fortes températures. À trois ou quatre kilomètres de profondeur, tous ces états ont des températures de 100 à 150 degrés Celsius, propre à l’alimentation de réseaux de chauffage urbains. À cinq kilomètres de profondeur, on atteint des températures de plus de 200, voire 250 degrés Celsius, ce qui permet de récupérer assez de chaleur et de pression, et de la vapeur dite sèche, pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité.

Seule la Californie atteint des températures supérieures à 300 degrés à moins de 7 kilomètres de profondeur ; probablement dans le comté de Sonoma, la région des Geysers [5]. À cet endroit, une poche de magma de 14 km de diamètre, située à un peu moins de 7 kilomètres de profondeur, fournirait de la chaleur à toute la région. Là sont implantées les plus importantes centrales géothermiques américaines. Sur les 3101,6 MW de puissance géothermique totale des États-Unis, en juin 2011, la Californie en possède à elle seule 2565,5. Elle est suivit par le Nevada qui n’en a que 441,8. Puis de l’Utah avec seulement 42 mégawatts (voir le graphisme ici). La géothermie en Californie compte pour 4,5% de sa puissance électrique totale.

Plus on descend, plus les températures augmentent. Le potentiel géothermique de tous ces états serait donc plus important encore si l’on pouvait descendre et exploiter au delà de 7000 mètres. Cependant, entre 7 et 10 kilomètres de profondeur, le potentiel est largement théorique. Techniquement, on ne sait pas vraiment faire.

Néanmoins, avec seulement 14% de récupération de l’énergie géothermique accessible et exploitable, l’étude montre que tous les états de l’Ouest américain (sauf le Wyoming et l’état de Washington) sont proches ou dépassent les 200 000 mégawatts de puissance potentielle. Le Nevada a la plus importante capacité avec 288 000 mégawatts potentiels tandis que ses capacités de production électriques installées, asteur, dépassent à peine les 11 000 mégawatts toutes sources confondues (charbon, hydraulique, nucléaire, énergies renouvelables, etc.)

Tous les états de l’Ouest américain sont peu ou prou dans cette situation. Leur ressources géothermiques, estimées par le laboratoire texan, dépassent largement leurs besoins actuels en électricité. Un espoir pour les plus peuplés, le Texas et la Californie, qui ont le plus besoin d’électricité. Le Texas surtout : l’étude lui donne 293 000 mégawatt de potentiel géothermique à 14% de récupération tandis qu’il n’a « que » 100 000 mégawatts installés toutes sources confondues. La Californie a 65 000 mégawatts installés pour une capacité géothermique estimée à un peu plus de 200 000 mégawatts.

À l’est, du nouveau...

La grande nouveauté de l’étude financée par Google est d’avoir déterminée plus précisément les potentialités géothermique de l’Est. À savoir, les deux tiers restant du territoire des États-Unis ! De fait, le Laboratoire de géothermie de l’Université méthodiste méridionale du Texas conduit des études depuis plus de 40 ans, mais il les mène principalement dans l’Ouest. L’Est reste donc assez mal connu.

Les grands gagnants sont la Virginie occidentale et la Louisiane. Plus précisément tous les états sur une ligne qui coure entre les deux, le long des Appalaches (mais cela semble moins évident pour le Kentucky et le Tennessee). Icitte, malgré tout, on ne joue pas dans la même catégorie que l’Ouest américain : même à 7 kilomètres de profondeur, on atteint difficilement les 200 degrés Celsius. L’arc appalachien est une chaîne de montagne bien plus vieille que celle des Rocheuses. Le potentiel géothermique de la Virginie occidentale est donc beaucoup plus réduit : un peu moins de 31 000 mégawatts.

Une bonne nouvelle néanmoins pour cet état : la Virginie occidentale est, de façon assez ravageuse pour son environnement et ses montagnes appalachiennes, le second producteur de charbon derrière le Wyoming et en tire son électricité [6] à plus de 96%. Le potentiel géothermique de la Virginie occidentale, en outre, est en pleine évolution.

En octobre 2010, une première annonce de l’Université méthodiste méridionale du Texas la gratifiait d’un peu plus de 18 mégawatts potentiels, ce qui multipliait par deux les précédentes estimations livrées par l’Institut de technologies du Massachusetts. Aujourd’hui, le laboratoire texan en annonce près de 31 000. La Virginie occidentale a donc lancé, de son côté, des études plus précise de son potentiel géothermique.

La Louisiane est plus favorisée encore avec un potentiel deux fois supérieur, autour 73 000 mégawatts. La zone propice est située principalement dans le Nord de l’état, autour Shreveport.

L’exploitation des ressources géothermiques de l’Est pour l’électricité dépend cependant de nouvelles techniques à mettre en œuvre. Celle dite du « cycle binaire  » ou « cycle de Rankine » offre, semble-t-il, de réelles perspectives. Là, ce n’est pas la vapeur d’eau qui propulse la turbine – et qui normalement doit alors être assez chaude pour être « sèche » et ne pas se condenser [7] – mais un liquide ou un gaz (butane, pentane) intermédiaire dont la température d’ébullition est inférieure à 100 degrés. L’eau envoyée et récupérer en profondeur n’a donc pas besoin d’être très chaude (90° suffisent) ; elle va uniquement servir à réchauffer le fluide intermédiaire. Aujourd’hui, on estime que le développement et la mise au point de ces techniques – qui ne sont pas encore abouties – prendra une dizaine ou une quinzaine d’années.

Ainsi, qu’il soit dans l’Est ou dans l’Ouest, tout ce potentiel annoncé par le laboratoire de l’Université texane et Google est soumis à d’importantes contraintes technologiques d’une part, et, probablement, environnementales, d’autre part. En effet, la géothermie, contrairement à ce qu’elle peut paraître de prime abord, n’est pas neutre de ce point de vue là.

La géothermie est-elle une chance pour l’industrie pétrolière ?

Dans Google Earth, tous les potentiels géothermiques fournis sont précédés de la mention EGS pour Enhanced Geothermal System ; littéralement : des systèmes géothermiques améliorés. Derrière ce terme un peu obscure, il faut voir ce qui est désormais bien connut ailleurs, notamment pour l’extraction des gaz de schistes : il s’agît de fracturation hydraulique des roches à grandes profondeurs. De la géothermie « non conventionnelle » en quelque sorte.

Les usines géothermiques classiques, comme dans la région des geysers en Californie, utilisent des poches hydrothermales. L’eau chaude est déjà présente dans le sol. Il suffit de forer pour la récupérer sous pression. C’est le plus simple.

Les nouvelles techniques de géothermie à fracturation, celles qui permettent les si hauts potentiels annoncés par le laboratoire texans et Google, utilisent, a contrario et sous certaines conditions géologiques, des roches chaudes, mais sèches. L’eau ne s’y trouve pas naturellement. Il faut l’injecter. Seulement, pour qu’elle se diffuse dans la roche et se réchauffe au mieux, il est nécessaire au préalable de fracturer celle-ci, de créer des milliers de microfailles ; bref, de la transformer en éponge. Comme dans les puits de gaz de schistes, il y a d’abord le forage, puis les explosifs et ensuite l’injection de milliers de litres d’eau à très hautes pressions accompagnés de sables et, le problème est souvent là, de dissolvants et autres adjuvants chimiques qui brisent la roche, la dissolvent et la maintiennent poreuse.

Cette phase peut souvent être ressentie en surface comme un léger tremblement de terre. Selon un article du New York Time paru en juin 2009, AltaRock Energy a suspendu ses activités de forage en Californie du Nord, dans la région des Geysers, suite à des tremblements de terre ressentis en Suisse, à Bâle, lors de forages similaires. De même, la Californie du Nord enregistre une plus grande fréquence de secousses (voir graphisme ici) depuis que les forages géothermiques utilisent l’EGS et injecte de l’eau dans le sous-sol. Une menace que l’Agence californienne de l’énergie surveille.

Ce type de géothermie fait pourtant rêver les compagnies pétrolières américaines. Outre que les techniques de forage sont les même, puisqu’elles ont été développées par l’industrie pétrolière elle-même, il est possible dans beaucoup de cas, soit de faire de la géothermie pendant l’exploitation des puits, de pétrole ou de gaz, soit de réutiliser des puits abandonnés. Dans le premier cas, les puits de pétrole en exploitation rejettent des milliers de litres d’eau saumâtre et assez chaude (mais aussi très polluée) pour être exploitable. Sept millions de barils par jour soit un peu plus d’un milliard de litres d’eau environ sont expulsés chaque jour des puits pétroliers et gaziers américains. Dans le second cas, les puits abandonnés peuvent être remplit d’eau à nouveau.

La géothermie pourrait donc devenir à terme une activité connexe, voire de remplacement, pour les industries pétrolières. Un des freins au développement de la géothermie tient essentiellement dans les coûts initiaux : la prospection et le double forage. Forer au moins deux puits est en effet nécessaire car il faut un puits d’injection (d’eau froide) et un puits de pompage (de l’eau chaude) à quelques mètres l’un de l’autre. Or, les compagnies pétrolières possèdent déjà le savoir-faire, les données géologiques et des puits déjà forés pour permettre la mise en œuvre de centrales géothermiques à moindre coûts. D’ailleurs, le laboratoire texan ne s’y trompe pas. Au printemps dernier, il a organisé plusieurs journées de conférences et de rencontres sur la géothermie à destinations de l’industrie pétrolière.

Boire ou se rafraîchir, il faudra choisir...

Toutes ces techniques et ces perspectives géothermiques devraient être confrontées, à l’avenir, à un problème de taille équivalent à celui de l’extraction des gaz de schistes : elles consomment (et polluent [8]) énormément d’eau. Or, dans l’Ouest américain comme dans le Sud, l’eau devient une denrée rare et très concurrentielle. Les compagnies qui exploitent les gaz de schistes demandent toujours plus d’eau et les états sont déjà obligés d’arbitrer entre les usages ; les villes commencent à être très préoccupées par ce problème : Las Vegas ou Phœnix, entre autres, ont des projets d’aqueducs pharaoniques pour aller chercher la précieuse ressource de plus en plus loin. San Francisco n’échappe pas au problème du pompage, du recyclage, etc..

Pis, dans un article publié sur TomDispatch, William deBuys explique que l’Ouest américain est en voie d’assèchement. Le lac Mead, le fleuve Colorado, pour ne citer que ces exemples, sont déjà sur-exploiter et les réserves en eau de l’Ouest américain ne se renouvèlent pas assez vite. Dans le même temps, les températures moyennes annuelles augmentent et aggravent le processus. L’été 2011 a été le plus sec au Nouveau Mexique, au Texas et en Louisiane depuis plus de 100 ans. Pendant l’été 2011, Phœnix, dans l’Arizona, a enregistré un nouveau record : 33 jours consécutifs à des températures supérieures à 43,3° Celsius (110°Fahrenheit). Le précédent était de 32 jours en 2007.

Dans ces conditions, il va devenir de plus en plus délicat d’envoyer de l’eau à de grandes profondeurs pour produire de l’électricité pour alimenter... des climatisations et des réfrigérateurs.

Même les sources hydrothermales naturelles ne passent pas à côté de ce problème aqueux. La région des Geysers, dans le Nord de la Californie est de moins en moins productive (voir la courbe de production sur Wikipédia). En 2005, pour obtenir autour de 130 milliards de livre avoirdupois de vapeur, il fallait injecter autour de 120 milliard d’eau [9] par an. Contrairement à cela, entre 1985 et 1990, au moment du pic de production, en injectant entre 60 et 75 milliards de livres d’eau, on obtenait autour de 250 milliards de livres avoirdupois de vapeur : soit trois à quatre fois plus. Entre 1986 et 1996, la production de vapeur a chuté rapidement passant de 250 milliards de livres à un peu moins de 150. Elle n’est à peu près stable depuis les années 2000 qu’au prix d’injections d’eau toujours plus massives.

Calpine, qui a 15 centrales géothermiques dans cette région (725 MW de puissance), a, en partie, résolu le problème en injectant des eaux usées dans le sol. Au début des années 90, elle a conclut un partenariat avec les services sanitaires du comté de Lake et l’Agence énergétique de la Californie du Nord pour construire un aqueduc de 46 km (29 milles) qui pompe 30 millions de litres d’eaux usées par jour pour les envoyer à plus de 6000 mètres sous terre.

Comme on ne récupère jamais en totalité l’eau injectée dans le sol, loin de là, il est fort probable que cette situation ne fonctionne pas longtemps en période de sécheresse aggravée. C’est encore plus vrai pour les puits sec à l’origine. « Perdre » de l’eau pour de l’électricité n’aura plus de sens. Pourtant, la géothermie n’a pas dit son dernier mot. On pourrait peut-être en faire sans eau.

Séquestration du dioxyde de carbone et géothermie : la formule magique énergétique et environnementale ?

En effet, comme dans le cas du cycle de Rankine, l’eau n’est pas forcément le seul ni le meilleur fluide pour récupérer la chaleur du sous-sol et en tirer de l’électricité. GreenFire Energy, une entreprise de l’Utah ou bien le Laboratoire national Lawrence Berkeley [10], à Berkeley en Californie, veulent jouer avec le CO2 dans son état supercritique [11] en substitution à l’eau. Autrement dit, on utilise ce gaz, presque liquide, comme fluide en l’envoyant dans le sol à de très hautes pressions ; il pourrait même remplacer l’eau pour la fracturation des roches. Ses avantages comparés tiennent à la fois dans une meilleure conservation de la chaleur et une moins grande viscosité : il peut être pomper plus facilement que l’eau.

La technologie est idéale sur le papier : pas de consommation d’eau, une diminution des émissions de gaz par séquestration tout en produisant une énergie renouvelable fiable et puissante. Aujourd’hui, malheureusement, la quantité d’énergie utilisée pour atteindre les hautes pressions semble trop importante. Les centrales à charbon dites « propres » sont confrontées au même problème : la capture et le stockage du dioxyde de carbone dans le sol consomme une part non négligeable de l’électricité qu’elles produisent. Comme le fait remarquer la journaliste de TMP dans le cas de la géothermie avec du CO2 supercritique : quel est l’intérêt de cette technique si elle utilise de l’électricité produite par une centrale à charbon pour séquestrer le dioxyde de carbone dans le sous-sol ? Aucun. Mais si ce problème est résolu ou diminuer, c’est une technologie qui ouvre de large perspectives.

La géothermie aux États-Unis est donc un secteur en pleine renaissance et qui a un potentiel énorme, grâce surtout aux nouvelles méthodes de forage. Il faudra attendre quelques années pour savoir si ces espoirs sont fondés ou non. Google, du moins, en a fait le pari.

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Le 11 octobre 2010 par Soleillion

Auteur :

Renart Saint Vorles est un coureur des bois numériques nord-américains.

Notes :

[1L’Alaska et Hawaï ne font pas partie de l’étude

[2La plus importante, et de loin, des énergies renouvelables reste l’eau : l’hydroélectricité représente 60% de l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables

[3À titre de comparaison, le Département de l’énergie a distribué 1,4 milliard de dollars en 2009 dans des projets de séquestration du dioxyde de carbone et un autre milliard en 2010.

[4Paradoxalement, le Wyoming, où se situe le parc de Yellowstone, n’est pas un des états de l’Ouest qui a le plus fort potentiel géothermique. Les geysers du parc ne sont qu’un point chaud pour l’état, une excroissance du potentiel géothermique de l’Idaho voisin.

[6La Virginie occidentale à 17 700 mégawatts de puissance nominale installée toutes sources confondues. Ce chiffre est celui donné par Google Earth. L’Administration d’information sur l’énergie donne celui de 16,360 en 2009

[7Les centrales géothermiques classiques utilisent généralement de la vapeur d’eau à des températures supérieures à 182 degrés Celsius

[8Envoyer de l’eau sous pression à grande profondeur n’est pas neutre. Outre les adjuvants chimiques, l’eau peut par exemple entrer en contact avec des roches radioactives naturellement et donc le devenir.

[9Soit un peu moins de 55 milliards de litres de d’eau !

[10Qui a reçut 5 millions de dollars sur les 11 alloués par le gouvernement fédéral en juin 2011. C’est dire si les autorités mises sur cette technique

[11« Lorsqu’un fluide est placé dans des conditions de température et de pression supérieures au point critique il entre dans un état dit supercritique. C’est un état qui n’existe pas dans la nature : il faut placer le fluide dans ces conditions de température et de pression pour qu’il apparaisse. Les changements d’état gaz/fluide supercritique et liquide/fluide supercritique se font de manière continue. Les fluides supercritiques ont des propriétés différentes de celles d’un gaz ou d’un liquide mais qui sont comprises entre les deux. Ils ont une viscosité proche de celle d’un gaz, une densité proche de celle du liquide avec un pouvoir de diffusivité très élevé par rapport au fluide liquide. Ce qui facilite leur pénétration dans des milieux poreux. » Source : Pôle Technologique Agro-Alimentaire


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