La Terre peut être considérée comme une gigantesque batterie thermique, mais l'énergie géothermique ne représente qu'environ 0,5 % de l'électricité produite par des sources d'énergie à faible teneur en carbone et ne croît que d'environ 3,5 % d'année en année. La principale raison pour laquelle l'énergie géothermique n'augmente pas le nombre de déploiements est qu'elle est limitée géographiquement ; ainsi, toutes les régions ne peuvent pas exploiter les ressources géothermiques. Cependant, il existe une innovation géothermique qui pourrait contribuer à élargir sa portée mondiale : la géothermie supercritique.
Qu'est-ce que la géothermie supercritique ?
L'énergie géothermique supercritique produit de l'électricité à partir d'eau supercritique située sous la surface de la Terre. L'eau souterraine proche du magma peut devenir supercritique, c'est-à-dire être pressurisée à des températures et des pressions supérieures à son point critique (~374 °C, 221 bar). Ce phénomène est fascinant non seulement en raison des températures plus élevées, mais aussi parce que l'eau supercritique peut avoir une enthalpie beaucoup plus élevée, c'est-à-dire qu'elle contient plus d'énergie et peut être 5 à 10 fois plus puissante que la géothermie traditionnelle, ce qui permet de réduire les coûts nivelés.
Où trouver des ressources géothermiques supercritiques ?
Des ressources géothermiques supercritiques ou superchaudes ont été découvertes à des profondeurs aussi faibles que 2 km dans des endroits comme l'Islande. Les régions à forte activité volcanique ou tectonique, comme l'Islande et le Kenya, ont également connu des conditions supercritiques à des profondeurs inférieures à 5 km. En règle générale, les conditions supercritiques apparaissent lorsque l'on fore dans la zone de transition fragile-ductile (BDTZ). La zone de transition fragile-ductile s'étend sur une gamme de profondeurs sous la surface où la roche passe d'un matériau fragile à un matériau ductile. Imaginez un scénario dans lequel un morceau de roche peut être roulé comme un fil ou aplati en une feuille. La roche se comporte ainsi au fond de la BDTZ, alors qu'elle est entièrement fragile au sommet de la BDTZ ; à des profondeurs intermédiaires, elle présente des propriétés à la fois de fragilité et de ductilité. La probabilité de trouver la BDTZ plus près de la surface est plus élevée dans les endroits où le potentiel géothermique est excellent (encore une fois, les endroits où l'activité volcanique ou tectonique est élevée), et diminue au fur et à mesure que le potentiel géothermique conventionnel diminue. Ainsi, la profondeur à laquelle on atteint la BDTZ varie d'une région à l'autre et peut même atteindre 20 km.
Comment la BDTZ affecte-t-elle les perspectives de production d'énergie géothermique supercritique ?
Même s'il devient pratiquement possible de forer jusqu'à la couche supérieure de la BDTZ à des profondeurs proches de 20 km, il n'est pas facile de créer des fractures ou de forer à travers la roche à la limite de la BDTZ, car la roche commence à faire preuve de ductilité - elle se déforme plutôt que de se fissurer lors du forage. Il est donc difficile d'accéder directement à la ressource hydrothermale supercritique ; la possibilité d'induire une activité sismique est également très élevée en raison des propriétés de la roche. Il est essentiel de mieux comprendre la géologie de la BDTZ et d'identifier les bons endroits où la roche est suffisamment fragile pour être forée, mais là encore, la possibilité de forer économiquement à de telles profondeurs reste un point d'interrogation.
Quels sont les autres défis posés par la géothermie supercritique ?
Le forage jusqu'à la BDTZ n'est que la première partie du problème. Une fois sur place, exploiter l'énergie de la ressource supercritique n'est pas une mince affaire. L'eau supercritique, ou tout autre fluide supercritique, est très corrosive et endommage les équipements de transfert de chaleur et les composants de circulation. En outre, l'entrée de magma dans le système pose également un problème, de même que les émissions potentielles de gaz volcaniques tels que le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de soufre, bien qu'en concentrations infimes.
Quel est l'état actuel de la géothermie supercritique ?
La géothermie supercritique n'est actuellement pas une solution commerciale pour une énergie à faible teneur en carbone, même si quelques douzaines de sites dans le monde ont rencontré des fluides supercritiques ou du magma lors de forages. Ce n'était pas intentionnel, et la production d'électricité n'a pas été poursuivie, une fois de plus, en raison des défis susmentionnés. En février 2024, plusieurs projets de recherche travaillent ou ont travaillé sur de nouvelles méthodes de forage et approches d'exploration du sous-sol, comme le projet européen DEEPEGS (par exemple, le Iceland Deep Drilling Project), le Krafla Magma Test en Islande, le Drilling in dEep, Super-CRitical AMBients of continentaL Europe (DESCRAMBLE, jusqu'en 2018) en Italie, le Japan Beyond Brittle Project, et le projet GEMex au Mexique.
Lux Take
La géothermie supercritique est loin d'être commercialisée et dépendra des progrès des méthodes de forage, de la modélisation numérique des ressources et du développement des matériaux pour accéder à ces ressources en vue de la production d'électricité. Malgré son potentiel, la géothermie supercritique ne jouera probablement pas un rôle de premier plan dans la transition énergétique en raison des obstacles techniques qui lui sont inhérents. Si les obstacles techniques sont levés, la géothermie supercritique ne sera rentable que dans les régions présentant une activité volcanique ou tectonique à des profondeurs moindres, à moins que de nouvelles méthodes de forage géothermique profond ne prouvent le contraire.
