Où en est l’exploitation de la géothermie en France ?

La géothermie représente 1 % de la consommation de chaleur dans l’hexagone. Elle constitue une source d’énergie renouvelable, comme l’air, l’eau, le vent et la biomasse, est produite localement et représente un complément idéal pour atteindre une neutralité carbone. À la suite d’un rapport du haut-commissariat au plan, paru le 11 octobre 2022, le gouvernement a présenté une série de mesures pour développer la géothermie en France. Ce plan d’action vise à mieux exploiter le gisement de chaleur naturelle et inépuisable de notre sous-sol.

Les différents types de géothermie

1 – La géothermie de surface

En France, la température moyenne du sol est en moyenne de 10 à 14° C. Cette température augmente de 4° C tous les 100 mètres.
La géothermie de surface est comprise entre 0 et 200 mètres de profondeur, pour une température inférieure à 30° C, non exploitable à l’état brut. L’utilisation de cette énergie nécessite la mise en œuvre de pompes à chaleur dites « géothermiques » pour extraire et augmenter la température, ensuite transformée en chauffage et eau chaude de l’habitat.

L’appellation « géothermique » pour ces pompes à chaleur est relativement exagérée, car le flux géothermique à ces profondeurs est négligeable. Cette dénomination est largement utilisée, car certains modèles font appel à des techniques de forage du sous-sol, comme en géothermie profonde. Le grand avantage des pompes à chaleur géothermiques est d’avoir une source de captage à une température stable, quelle que soit la saison. Elles fonctionnent en autonomie, sans chauffage d’appoint.

La température du sol varie peu et la température extérieure n’exerce aucune influence sur la puissance à soutirer au sol. La géothermie de surface est exploitable sur l’ensemble du bâtiment, neuf, ancien, collectif ou résidentiel, et de toute taille, individuel, tertiaire ou industriel. Les pompes à chaleur géothermiques sont les plus performantes en termes de rendements et de coûts d’exploitation, et sont très faiblement émettrices de gaz à effet de serre.

Leur technologie, fabrication et fonctionnement sont plus simples et moins sujets à controverse que les pompes à chaleur air/eau. Il existe 3 grandes familles de pompes à chaleur en géothermie de surface. Le principe technique commun est le suivant :

Un réseau enterré ou un puisage sert de zone de captage, appelée « source froide », ou la chaleur est prélevée et transférée à la pompe à chaleur. Après travail du système thermodynamique, on chauffe un circuit de chauffage appelé « source chaude », où la chaleur est rejetée. L’avantage est une efficacité du rendement de 1 à 5, entre l’énergie électrique absorbée et l’énergie calorifique restituée.

A – Le captage horizontal

Ce système nécessite une surface de terrain importante, où l’on peut pratiquer un décapage total ou des tranchées de 60 à 120 cm de hauteur. Un réseau de tubes est enterré, servant de zone de captage source froide. On peut également les rencontrer sous forme de « corbeille ». Le coût de terrassement horizontal est moindre que la technique forage vertical.

On utilise les modèles suivants :

• Pompe à chaleur eau glycolée/eau
Le circuit extérieur de captage, en tubes PEHD, est rempli d’eau glycolée. Le circuit intérieur de chauffage est à eau. Avantages : Charge frigorigène faible et préchargée en usine. Possibilité de rafraîchissement en « Free Cooling » (évacuation de la chaleur par ventilation).

• Pompe à chaleur sol/eau
Le circuit extérieur de captage, en tube cuivre, est rempli avec un fluide frigorigène. Le circuit intérieur de chauffage est à eau. Inconvénients : charge frigorigène conséquente avec remplissage sur place. Chauffage seul, pas de rafraîchissement ou sous avis technique.

• Pompe à chaleur sol/sol
Le circuit extérieur de captage, en tube cuivre, est rempli avec un fluide frigorigène. Le circuit intérieur de chauffage est également avec un fluide frigorigène. Inconvénients : charge frigorigène importante avec remplissage sur place. Chauffage seul, pas de rafraîchissement.

B – Le captage vertical

Il est nécessaire de procéder au forage de sondes géothermiques, à des profondeurs allant jusqu’à 100 mètres. La conception et la réalisation nécessitent une bonne connaissance du milieu géologique. Des sondes de tubes PEHD en « U » sont introduites dans le forage, servant de captage de source froide.

On utilise le modèle suivant :

• Pompe à chaleur eau glycolée/eau
C’est une pompe à chaleur identique à la version en captage horizontal. C’est également le modèle le plus plébiscité par les intervenants. Avantages : Nécessite moins de surface de terrain. Rendement supérieur au captage horizontal. Inconvénients : coût de forage important.

C – Le captage sur nappe phréatique / nappe d’eau

On pompe l’eau d’un puits ou d’une nappe aquifère. Un échangeur intermédiaire est nécessaire, entre l’eau du puits et le circuit de la pompe à chaleur. Le rejet est effectué de préférence dans la même zone.

On utilise la technique suivante :

• Pompe à chaleur eau/eau
C’est une pompe à chaleur identique à une version eau glycolée/eau. Il est nécessaire d’adjoindre une pompe pour capter l’eau de la nappe et un échangeur eau de puits/eau de la pompe à chaleur, avec un rejet à distance, dans la même zone aquifère. Avantages : performance annuelle stable. Très bon rendement. La pompe aquifère peut servir pour l’arrosage l’été. Inconvénients : l’exploitation des eaux souterraines est stricte. La pérennité du débit en toute saison est essentielle.

NB : bien que n’étant pas de la géothermie de surface, il existe également des pompes à chaleur qui valorisent l’énergie des eaux usées et des eaux de surface, comme les lacs et les rivières, utilisant la même technologie.

Une pompe à chaleur géothermique / Image : Philippe Gasnier – RE.

Quelles actions pour la géothermie de surface ?

Le gouvernement a pour objectif, de doubler le nombre d’installations de pompes à chaleur géothermiques chez les particuliers d’ici à 2025. Seulement 2 500 unités ont été installées en 2020 en France. Le marché est resté stable sur les dix dernières années. Il est très confidentiel, si on le rapporte aux 175 000  pompes à chaleur air/eau vendues la même année. Les professionnels préconisent davantage les pompes à chaleur air/eau, plus simple à poser et moins onéreuses.

Une aide de 5 000 € est disponible, depuis le 1/03/2023, pour l’installation d’une pompe à chaleur géothermique en remplacement d’une chaudière, quel que soit le niveau de revenu, dans le cadre du dispositif  « coup de pouce – certificat d’économie énergie ».

Les autres aides à la rénovation énergétique de l’Anah, TVA à taux réduit 5,5 %, éco prêt à taux 0 % et Ma Prime Rénov’ selon le niveau de revenu, sont également disponibles en maison individuelle, pour inciter les Français à investir dans cette technologie.

Pour atteindre ces objectifs, le gouvernement préconise :

• L’augmentation du nombre de foreurs formés en géothermie, avec une qualification dédiée RGE Qualiforage.

• L’augmentation de la formation professionnelle des installateurs Qualipac à la mise en œuvre de pompes à chaleur géothermique.

• L’Augmentation des travaux de collecte et d’analyse des données disponibles du sous-sol. Le BRGM (bureau de recherches géologiques minières) valorisera ces données pour quantifier le potentiel, indispensable à la décision sur le déploiement d’échangeurs géothermiques verticaux.

• L’Augmentation des contrats de développement, dans le secteur tertiaire subventionné par le Fond de chaleur de l’ADEME.

Toutefois, l’objectif à atteindre est assez minimaliste, en considérant qu’en 2008, le nombre de ventes de pompes à chaleur géothermiques a atteint 21 000 unités avec une politique volontariste de subventions par les régions et un crédit d’impôt de 50 % accordé par l’État.

2 – La géothermie profonde

La géothermie profonde valorise les ressources géothermales situées à des profondeurs de 400 à 2 500 mètres. Pour la production de chaleur, l’eau est pompée jusqu’à la surface, puis cède sa chaleur à un échangeur thermique raccordé à un réseau de chaleur chauffage. L’eau géothermale, ainsi refroidie, est réinjectée dans l’aquifère d’origine.

La géothermie profonde est utilisée pour la production de chaleur dans des réseaux de chauffage urbain. Le « Fonds de chaleur », géré par l’ADEME et le « Fonds de garantie » géré par la SAF environnement, constituent les principaux mécanismes de soutien à la filière. Les sites sont concentrés en Ile-de-France avec 1 820 GWh de production annuelle, en région grand-est avec 208 GWh et en nouvelle Aquitaine avec 40 GWh. L’objectif est d’atteindre 4 à 5 TWh de consommation finale en chaleur géothermie profonde en 2028. Il faut savoir que la France est le leader européen en ce qui concerne l’utilisation de la géothermie profonde pour l’alimentation de réseaux de chaleur.

Dans le cadre de la production d’électricité, il est nécessaire d’aller à des profondeurs de 5 000 mètres, pour utiliser un mélange eau et vapeur d’eau. La vapeur est introduite dans une turbine entraînant un alternateur qui produit de l’électricité. La France ne possède que deux petites centrales en activité, une en Alsace (Soultz) et l’autre à la Guadeloupe (Bouillante), pionnière dans ce domaine. Notre position est faible par rapport aux autres pays européens comme l’Italie.

Quelles actions pour la géothermie profonde ?

L’objectif du gouvernement en matière de géothermie profonde est :

• Améliorer la connaissance du sous-sol pour valoriser le lancement de projet.

• Réaménager les fonds de garantie géothermie pour les aquifères profonds.

• Sécuriser financièrement les projets de géothermie profonde.

• Susciter de nouveaux projets en renforçant les aides du Fonds de chaleur.

En résumé

Géothermie de surface :

Axe principal pour le haut-commissaire au plan, le déploiement des aides et actions du gouvernement, sont en dessous des objectifs à atteindre.
La filière de foreurs est en décroissance depuis 20 ans, pour un nombre d’entreprises actuelles, inférieur à 100 unités sur le territoire. Il nous en faudrait 10 fois plus, pour atteindre le chiffre réalisé en Allemagne de 22 000 pompes à chaleur géothermie en 2022.

Les aides et subventions en dotations, ne compenseront pas le décalage de l’investissement avec les capacités de financement des ménages.
Pourtant, les pompes à chaleur géothermie sont les championnes de la thermodynamique, consommant moins que les machines à air, consommant moins de charge frigorigène, utilisant une source renouvelable inépuisable et stable, produisant une climatisation à faible consommation.

Géothermie profonde :

La géothermie profonde doit être soutenue, dans le cadre des projets en cours, avec un financement de soutien conséquent. Cet objectif requiert une forte croissance du rythme des projets de chaleur géothermique profonde sur la période 2023- 2028. Une trentaine de projets ont été identifiés à l’horizon 2030. En géothermie profonde, l’enjeu principal concerne la valorisation d’aquifères profonds connus.

La géothermie profonde peut également engendrer des revenus complémentaires aux investisseurs, suite à la découverte de lithium, dans certaines nappes souterraines. Toutefois, les techniques de forage et certains risques sismiques sont des éléments de ralentissement des opérations.