Le slogan “Geothermal is hot” traduit bien le regain d’énergie qui anime l’ensemble du secteur, et cette dynamique s’est clairement reflétée lors du 51ème Stanford Geothermal Workshop. Avec une affluence record et plus de 200 articles techniques présentés, le message était clair: la géothermie entre dans une nouvelle phase de maturité en termes d’exploitation, caractérisée par sa capacité d’intégration et ses performances mesurables.
Cette transition est particulièrement visible dans le domaine des EGS (Enhanced Geothermal Systems). La question n’est plus de savoir si les réservoirs géothermiques artificiels peuvent fonctionner, mais comment les optimiser pour garantir des performances évolutives et durables.
D’une ressource de niche à une plateforme souterraine polyvalente
Le développement de ce workshop s’inscrit dans une tendance mondiale plus globale. L’énergie géothermique est de plus en plus reconnue pour sa capacité à fournir de l’électricité de manière fiable tout en occupant une superficie relativement réduite par rapport à l’énergie solaire et éolienne. Mais la véritable transformation réside dans le passage de systèmes hydrothermiques conventionnels, limités à des conditions géologiques spécifiques, à de la géothermie “accessible partout”.
Les EGS permettent cette transition en créant des réservoirs artificiels dans les roches chaudes et sèches situées en profondeur. En fracturant de manière hydraulique ces roches et en faisant circuler de l’eau dans le système, les EGS transforment une chaleur auparavant inaccessible en énergie exploitable.
Illustration de l’évolution des technologies géothermiques, de l’hydrothermie conventionnelle vers la prochaine génération d’EGS et de systèmes à roches superchaudes. Source de l’image : U.S. Department of Energy.
Lors du workshop, les principaux intervenants ont souligné que le secteur est en train de passer de la phase de preuve de concept des EGS à la phase de mise en oeuvre, en optimisant l’emplacement des puits, les méthodes de stimulation et la connectivité entre les puits, afin d’améliorer les performances et la reproductibilité de cette méthode.
La géothermie évolue également au-delà de la simple production d’électricité. Plusieurs sessions lors de l’événement ont abordé les opportunités liées à la coproduction des minéraux essentiels et du lithium, au stockage souterrain d’énergie thermique et à la filière de l’hydrogène naturel du sous-sol. Les sites géothermiques se transforment ainsi de plus en plus en plateformes multiressources.
Prochaine étape: la roche superchaude
L’une des perspectives les plus ambitieuses évoquées concernait les roches superchaudes (SHR: superhot rock), le projet phare du secteur, visant des températures supérieures à 400°C et à des profondeurs de plus de 10 kilomètres. Dans ces conditions, l’eau entre dans un état supercritique, transportant ainsi nettement plus d’énergie que de la vapeur traditionnelle.
Dans des conditions optimales, un seul puits supercritique pourrait produire beaucoup plus d’énergie qu’un puits géothermique standard actuel, mais l’exploitation de cette méthode soulève de nouveaux défis techniques que le secteur industriel s’efforce de relever: les matériaux se comportent différemment à des températures extrêmes, le maintien de l’intégrité des puits devient plus complexe et la roche passe d’un état friable à un état ductile sous l’effet d’une pression et d’une température plus élevées.
Les progrès récents sur ce terrain suggèrent que l’avènement de cette technique est plus proche que beaucoup ne l’avaient prévu. Lors du workshop, Mazama Energy a annoncé avoir atteint 331°C dans l’Oregon. Fervo Energy a montré des performances de forage rapide dans un puits de bassin sédimentaire à 290°C à l’aide d’un système de forage assisté par IA, montrant que l’EGS ne se limite pas à la roche cristalline. Quaise Energy a fait part des progrès réalisés sur la technologie de forage par ondes millimétriques visant à atteindre des profondeurs plus importantes.
A mesure que la géothermie s’étend à des environnements extrêmes, il devient essentiel de relier plusieurs domaines de la physique, un thème récurrent tout au long du workshop.
Illustration d’un système géothermique montrant l’extraction de chaleur à partir d’un réservoir géothermique (< 250°C) et la zone plus en profondeur de roches superchaudes (> 400°C). Les systèmes conventionnels fonctionnent typiquement à des profondeurs moins importantes, tandis que les systèmes de roches superchaudes visent des profondeurs de plusieurs kilomètres (> 5 km) où les températures plus élevées augmentent la densité d’énergie et permettent d’atteindre un rendement par puits jusqu’à 10 fois plus élevé que celui des systèmes géothermiques traditionnels.
Le futur de la géothermie repose sur des systèmes couplés
En guise de réflexion sur l’avenir du secteur, les intervenants ont notamment insisté sur l’importance d’optimiser les “3 C” :
- Connectivité (circulation entre les puits)
- Conductivité (absorption de chaleur)
- Conformité (uniformité de l’écoulement)
Pour parvenir à optimiser, il est nécessaire de comprendre comment ces facteurs évoluent conjointement au fil du temps.
Les projets d’EGS actuels prennent déjà en compte la fracturation, l’extraction de chaleur, l’écoulement et le transport chimique. La température influence les contraintes mécaniques. Les contraintes mécaniques altèrent la perméabilité. La perméabilité modifie les voies d’écoulement et la récupération de chaleur, tandis que les phénomènes chimiques affectent la fracturation. Cette interdépendance, appelée couplage thermique-hydraulique-mécanique-chimique (THMC) est essentielle par rapport aux performances géothermiques à long terme et la transition vers un seuil de 400°C renforce cette interdépendance.
Couplage thermique–hydraulique–mécanique–chimique (THMC) pour des systèmes géothermiques. La performance du réservoir dépend de l’interaction continue entre la thermique, l’écoulement, les déformations mécaniques et les processus chimiques.
En ce sens, le secteur géothermique a de plus en plus besoin d’un quatrième « C » : le couplage, c’est-à-dire la capacité à évaluer des phénomènes physiques en interaction. La modélisation multiphysique dans un environnement unifié permet de réduire les incertitudes et de soutenir la recherche et développement en constante évolution.
La géothermie ne se contente pas de gagner en popularité. Elle se généralise de plus en plus et s’appuie davantage sur la connaissance de données, avec une approche multiphysique au coeur de la conception des systèmes. Les projets qui réussiront sauront associer diagnostic, optimisation et couplage multiphysique pour élaborer des solutions pérennes.
Pour en savoir plus
Découvez l’usage de la simulation multiphysique dans le secteur de la géothermie en consultant ces articles de blog:
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