GEOTHERMIE DES ROCHES FRACTUREES PROJET SOULTZ

Les objectifs du projet

Le projet Soultz est un projet de recherche à long terme qui vise le développement d’une nouvelle forme de géothermie. C’est un projet ambitieux, tant sur le plan scientifique et industriel, que sur le plan de son organisation. On y retrouve en effet une multiplication d’étapes et de partenaires qui en font un programme assez complexe et très étalé dans le temps.

Le principe EGS***) (dit aussi HFR**)) vise à extraire la chaleur contenue dans les roches profondes (entre 3000 et 6000 m) par une circulation d'eau au travers d'un échangeur thermique naturel de grande capacité. Celui ci est créé par stimulation hydraulique de la perméabilité des fractures naturelles qui affectent certaines régions dotées de massifs rocheux suffisamment fracturés et hydrothermalement actifs pour que la température y croisse plus vite que la moyenne en fonction de la profondeur. (200°C vers 5000m de profondeur à Soultz). En théorie, si l’on refroidit linéairement de 20°C par circulation d’eau un volume de roche de l’ordre de 1 km3 cela corresponds à l’extraction d’une quantité de chaleur équivalente à la combustion de 1,275 millions de tonnes de pétrole (environ 15000GWh) permettant soit d’alimenter des réseaux de chauffage urbain, soit de produire environ 13 MW électriques pendant 20 ans sur la base d’un rendement de l’ordre de 13% pour une température moyenne de l’ordre de 190°C.

La recherche d’un massif rocheux fracturé a conduit à retenir un site dans le fossé rhénan qui, du point de vue géologique, correspond à une zone de fossé d’effondrement ou graben. Le choix s’est alors porté sur la région de Soultz, à 50 km au Nord Ouest de Strasbourg, zone déjà connue pour ses eaux thermales et dont la géologie était bien établie grâce à son passé pétrolier (proximité de Pechelbronn).

L’objectif des travaux en cours est de démontrer que l'on peut réaliser sur une boucle expérimentale une extraction :

  • productrice nette d'énergie c'est à dire produisant plus qu'elle ne consomme au niveau des auxiliaires
  • stable pendant une longue période (plusieurs années)
  • constituant un dispositif technique sans lacunes et sans impacts prohibitifs pour l’environnement
  • de conception permettant rapidement une standardisation et une rentabilité économique de la technologie.

Historique

Le projet est né d’un accord de coopération franco-allemand signé en 1987, suite à des travaux préliminaires menés par le BRGM avec le soutien de l’ADEME pour la France et par le Geologisches Landesamt du Bade-Wurtemberg pour l’Allemagne.

Après une décennie de travaux préliminaires (encadré 1), le premier test de circulation conduit en 1997 à Soultz (figure 1 ci-dessous) a montré que l’on pouvait produire un débit stable avec une perte de fluide par définition nulle, puisque l’on ne réinjectait que le fluide fourni par la pompe de production.

Ceci, joint à la faible impédance hydraulique du système1 et à l'importance du volume stimulé telle qu’aucune décroissance de la température de production n’a pu être observée sur la durée de l’expérience (4 mois), a ouvert la perspective d'une production d'énergie sous des conditions conformes aux objectifs mentionnés précédemment.

Les résultats acquis : forage des 3 puits et premiers essais hydrauliques souterrains La construction de la partie souterraine du pilote est aujourd’hui presque achevée. (cf. encadré 2) Les travaux de forage, terminés en avril 2004, ont permis de vérifier les conditions géotechniques et notamment la résistance des puits à l'écaillage. Pour limiter les risques de « courts-circuits » hydrauliques, les extrémités des puits sont écartées de 650 m à 700 m, mais grâce à l’emploi de la technique de forage dévié, les têtes de puits ne sont séparées que de 6m. Les travaux de connexion des puits sur le massif environnant ainsi que le développement de la zone d’échanges inter-puits sont maintenant suffisamment engagés pour autoriser, dans les mois qui viennent, le début des tests de longue durée. Ceux-ci devront permettre une bonne évaluation du gisement thermique et de son comportement au fur et à mesure de l'extraction de la chaleur, notamment en ce qui concerne l’évolution des puissances requises pour le pompage et la cinétique de refroidissement du milieu.

Travaux à venir : tests et construction de l’installation de production d’électricité

L’objectif principal de la prochaine étape est la construction d’une centrale pilote de production d’électricité. Une attention particulière sera portée sur les points suivants :

  • Pompes et puissances requises pour la production et la réinjection
  • Nuisances environnementales éventuelles
  • Maintenance prévisionnelle des installations
  • Systèmes de refroidissement
  • Performances hydrauliques et thermiques du système
  • Cycles thermodynamiques de conversion

Une première évaluation des résultats sera réalisée mi-2006, avant de valider la décision de construction de l’unité de conversion électrique.

Organisation

Estimant que la production d’électricité devait être développée très en amont dans le déroulement du projet, les organismes publics contribuant à son financement ( Commission Européenne et les différents ministères français, Recherche via ADEME, et allemands, BMWI puis BMU, ont considéré favorablement la création en 1997 du Groupement Européen d’Intérêt Economique (GEIE) “ Exploitation Minière de la Chaleur ” à partir de l’implication des producteurs d’électricité locaux (Electricité de Strasbourg et Pfalzwerke), rejoins ensuite par EDF. Avec le temps et compte tenu du nombre important de partenaires scientifiques, la gestion du projet est devenue complexe. Le GEIE en assure depuis 2000 la maîtrise d’ouvrage et la gestion opérationnelle.

Le pilotage scientifique est assuré par un consortium d’organismes européens et de laboratoires de recherche regroupés au sein de l’EHDRA (European Hot Dry Rock Association).

L’avenir de la géothermie profonde en France

Les conditions hydrogéologiques un peu particulières nécessaires au développement de la technologie HFR / EGS décrites ci-dessus limitent le potentiel économiquement accessible même si celui-ci n’a pu être évalué avec précision jusqu’à présent compte tenu des incertitudes qui ne seront levées qu’à l’issue du programme en cours.

En Alsace, les conditions hydrogéologiques requises semblent réunies sur une superficie d’environ 4000 km², ce qui représente un potentiel électrique exploitable de manière pérenne de 2000 à 3000MWe (en limitant l’exploitation à # 5 % de la superficie favorable). Sur le reste du territoire français, des conditions assez similaires se retrouvent dans le sillon rhodanien et dans la plaine de Limagne avec des potentiels équivalents. Le potentiel global français pour une production pérenne à moyen terme serait ainsi de 6000 à 9000MWe, mais l’évaluation réelle du potentiel économiquement exploitable à court terme reste à faire.

Le calendrier prévisionnel pour l’émergence d’une véritable filière industrielle fondée sur cette technologie est aujourd’hui envisagé comme suit.

  1. La phase d'évaluation de la faisabilité économique (pilote scientifique) – de 2000 à 2007
    C’est le projet actuellement en cours à Soultz-sous-Forêts, son objectif est de fournir les éléments qui permettront de déterminer les paramètres économiques de production, les stratégies de développement et de valorisation, les enjeux relatifs à la ressource nouvelle. Pour réduire les incertitudes et les risques, il faut un dimensionnement et une durée d'essais suffisants pour donner des informations fiables qui se prêtent à une extrapolation raisonnable et qui permettent de réaliser une véritable "ingénierie prospective" explorant diverses voies ou scénarios ; par raison d'économie et de flexibilité scientifique et technique, il convient que le pilote reste dans des dimensions infra industrielles.
  2. La phase de test industriel (prototype industriel) –horizon 2010
    En cas de validation des hypothèses technico-économiques étudiées dans la phase précédente, l’objectif sera de construire un premier module prototype, de dimension et de structure véritablement industrielles et de le tester pour en améliorer ensuite les performances et organiser la fabrication de série de modules standards ; la puissance serait dans un rapport de quatre à cinq avec celle du pilote (25MWe).
  3. La phase de réalisation industrielle et de diffusion – horizon 2015 et après …
    Elle consistera sur chaque site en des combinaisons de modules avec des valorisations adaptées aux débouchés. La standardisation des modules et le type de gestion industrielle permettent d'escompter des baisses de coût substantielles comme la démonstration en a déjà été faite en Toscane et en Indonésie à la faveur d’exploitations géothermiques maintenant « classiques ».