Les "géothermies" d'Île-de-France

Par Gwénaël Guyonvarch, Directeur Régional de l’ADEME Ile de France, 18 septembre 2012.

Coupe lithostratigraphique du bassin parisien ©BRGM
2012 - Forage au néocomien du Plessis-Robinson ©BRGM
2009 - Forage au Dogger à la Porte d'Aubervilliers ©BRGM
2012 - Réhabilitation et extension du réseau de chaleur géothermique de Champigny, passage en triplet. A droite, centrale géothermique ©BRGM

Enjeux

=> Objectifs Grenelle : multiplier par 6 la production de chaleur géothermique en France !

La géothermie en Île-de-France représente :

  • près de 16% de la consommation énergétique française
  • 36 doublets géothermiques, avec un dynamisme retrouvé de la filière en géothermie profonde : 11 opérations aidées depuis 2007
  • en 2010, nous considérions un objectif de multiplication par 4 pour l’Île-de- France

L'intégration de la géothermie dans le Schéma Régional Climat Air Energie (SRCAE) afin d'affiner les objectifs pour la filière en Île-de-France a fait l'objet d'une étude mené par le BRGM (téléchargeable ci-dessous).

Etat des lieux de la géothermie en Île-de-France

Réseaux de chaleur géothermiques d'Ile-de-France, état des lieux à juillet 2012 © BRGM

  • Les réseaux de chaleur d’Île-de-France représente 50%  des réseaux de chaleur existants sur le territoire national
  • Production géothermique en Île-de-France est supérieur à 2/3 du total national, grâce au Dogger notamment
  • La région Ile-De-France dispose de la plus grande densité d’opérations au monde
  • Opérations de PAC sur aquifères et champs de sonde en croissance
  • 4 opérations sur les aquifères intermédiaires en fonctionnement
  • La géothermie aliment 187 000 équivalents logements en 2013 ce qui correspond à la substitution de plus de 100 000 tep, c'est à dire plus de 240 000 t CO2 évitées annuellement

Etat des lieux de la ressource géothermique en Ile-de-France

La ressource géothermale, une chance pour l’Île-de-France

 

Les ressources aquifères sont particulièrement importantes et étendues sur l’ensemble du territoire régional :

  • Aquifères « profonds » jusqu’à 2 000 mètres (Dogger, Trias, Lusitanien) : aquifère du Dogger accessible dans l’Est francilien, bien connu car exploité depuis des décennies.

Carte de l’exploitabilité du Dogger de la région Ile-de-France © BRGMLe contexte géologique favorable du bassin parisien a permis le développement, dès la fin des années 70, de réseaux de chaleur géothermiques, alimentés principalement à partir de la nappe du Dogger (calcaires du Jurassique moyen). Cette nappe, située dans le secteur où elle est exploitée en Ile-de-France, a une excellente productivité mais est fortement minéralisée. Elle est utilisée avec la technique du « doublet » : un forage de production et un forage de réinjection, afin d'avoir une boucle fermée. Un seul doublet peut alimenter entre 3 à 6 000 équivalents logements.

Le lusitanien, à 1 300 m de profondeur et à 50°C environ, est aujourd'hui encore mal connu.

De même, les grès du Trias situé entre 1800 à 2000 m, à une température supérieure à 80°C représentent une ressource potentielle importante. Des travaux afin de mieux connaitre cette ressource sont encore à mener.

  • Aquifères dits « intermédiaires » jusqu’à 750 mètres de profondeur (Albien, Néocomien).

Deux nappes coexistent en IDF à moyenne profondeur : l'Albien (vers 600 m de profondeur, entre 25°C et 30°C) et le Néocomien (750 m de profondeur, entre 35°C et 40°C) ; ces 2 aquifères alimentent ponctuellement des opérations géothermales, mais nécessitent l'installation de pompes à chaleur de grande puissance, la température de l'eau étant insuffisante pour être utilisée avec un simple échangeur.

Les sables de l'Albien sont très productifs, et peuvent alimenter, au moyen de pompes à chaleur du chauffage ou de la climatisation. Deux opérations exploitent cette nappe, représentant 4 400 équivalent logements. Aujourd'hui cette nappe est considérée comme une réserve stratégique d'eau potable par les pouvoirs publics qui en restreignent l'accès.

  • Aquifères superficiels : il peut exister jusqu'à 3 aquifères superposés entre 0 et 120 mètres de profondeur dans certaines zones.

De nombreuses nappes existent sur l'ensemble du bassin dans les formations quaternaires et tertiaires (sable, grès, craie, calcaire). Leur productivité est variable suivant les secteurs, mais peut atteindre voire dépasser 100 m3/h, ce qui permet de réaliser des opérations importantes avec des pompes à chaleur pour les bâtiments du tertiaire et de logements collectifs. Ces nappes servent à d'autres utilisations : AEP, industries, irrigation.

Etat des lieux de la filière géothermique en Ile-de-France

Une exploitation engagée et à développer

  • Opérations sur aquifères profonds, et notamment sur l’aquifère du Dogger : mises en service il y a une trentaine d’années, en plein renouveau depuis 2008. Une trentaine d’opérations actuellement en service.
  • Pompes à Chaleur sur aquifères superficiels et sur champs de sondes dans le résidentiel collectif et tertiaire : une centaine d’opérations étaient en fonctionnement à la fin 2010.
  • Opérations sur aquifères « intermédiaires » : moins présentes, deux opérations en fonctionnement, deux en cours de travaux.

Etude du potentiel de développement de la géothermie à l'horizon 2020.

L’étude du potentiel de développement de la géothermie s’est faite en comparant de manière géolocalisée :

  • les ressources géothermales disponibles,
  • les besoins thermiques des utilisateurs en surface (déterminés à partir de données de consommations estimées et géolocalisées pour l’année 2020 (étude Center).

Les besoins considérés accessibles sont uniquement le chauffage et d’ECS (Eau Chaude Sanitaire), excluant les consommations assurées par l’électricité et les énergies renouvelables.

Potentiel des opérations de géothermie profonde

  • Extension des réseaux de chaleur géothermiques existants : évolution linéaire permettant une production supplémentaire de 37 ktep/an en 2020.
  • « Géothermisation » de réseaux de chaleur existants alimentés par des énergies fossiles : sur les 127 réseaux de chaleur actuels, une dizaine peuvent faire l’objet d’un changement de système, substituant 35 ktep/an en 2020.
  • Création de nouveaux réseaux de chaleur : développement potentiel de réseaux de chaleur géothermique sur une cinquantaine de communes. (pas de réseau de chaleur actuel, bonne ressource géothermale au Dogger et consommation dans le résidentiel étendu supérieure à 50 000 MWh pour le scénario 2020). Ces nouveaux réseaux permettraient de substituer 185 ktep/an en 2020.

Potentiel des pompes à chaleur sur échangeurs verticaux

  • Pour les sondes géothermiques, le potentiel a été déterminé lorsque les besoins ne pouvaient être couverts par un aquifère.
  • Les contraintes techniques et réglementaires ont également été prises en compte et une limite liée à l’espace minimum nécessaire pour l’implantation des sondes a été considérée.

=> Le potentiel technico-économique des pompes à chaleur sur échangeurs verticaux ainsi obtenu pour 2020 est de 37 ktep/an.

Potentiel de développement des pompes à chaleur sur aquifères superficiels

Le potentiel technico-économique ainsi défini pour 2020 est de plus de 1 600 ktep/an.

Ce potentiel fluctue en fonction du prix des énergies fossiles.

Potentiel technico-économique des PAC sur aquifère en IDF © BRGM

Comment atteindre les objectifs du Grenelle ?

L’étude du BRGM confirme que la géothermie profonde complétée par la géothermie sur sonde peut alimenter 3 à 4 fois plus d’équivalents logements (700 000) d’ici 2020

Le soutien à la filière doit être maintenu pour atteindre l’objectif

L’étude du BRGM nous enseigne que le potentiel de la géothermie sur nappe superficielle est considérable, et pourrait en théorie concerner plus de 2 millions d’équivalents logements. Pour réaliser une part notable de ce potentiel :

  • Analyser les opérations existantes (retour d’expérience)
  • Développer et diffuser la connaissance
  • Sensibiliser les maîtres d’ouvrage
  • Estimer le besoin en soutiens
  • Etudier au cas par cas la compétition avec le bois-énergie et les conflits d’usage (étude multi-énergies)

La température du Dogger

La percée thermique devait survenir après 20 ans d'exploitation...Elle attendra !

En 1985, les spécialistes de l'exploitation du Dogger prédisait qu'en 2005, les premières particules froides issues de l'exploitation du réservoir du Dogger se ferait sentir et entrenerait à court terme la fermeture des réseaux de chaleur géothermiques. Ces modélisations, aujourd'hui considérées comme pessimistes, sous-estimaient le rôle des épontes.

Exemples de  modèles conceptuels appliqués à l’échelle du doublet © BRGM 2012

30 ans plus tard, les études menées par le Centre Technique montre que les réseaux de chaleur alimentés par géothermie ont encore de nombreux jours devant eux. En effet, hormis le cas d'Alfortville où une baisse de 3°C a été constatée, la décroissance thermique ne devrait pas se faire sentir avant les années 2028 voir après 2040 suivant les simulations.

Ces travaux repose sur les relevés mensuels de température du réservoir du Dogger effectués par les exploitants de réseaux de chaleur géothermiques d’Ile-de-France et sur des modélisations.

Modélisation de l'évolution de la température au puits de production © BRGM 2012