Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Prof. Lahcen Benaabidate Faculté des Sciences et Techniques, Fès Département de

Prof. Lahcen Benaabidate Faculté des Sciences et Techniques, Fès Département de l’Environnement Email: benaabidate@gmail.com Cours de Géothermie Pour produire son énergie, l’Homme utilisait préférentiellement les roches fossiles jusqu’à la fin du XXe siècle. Aujourd’hui, leurs stocks s’épuisent et leur utilisation excessive depuis l’ère industrielle a fortement participé au bouleversement climatique conduisant à un réchauffement important de la planète. L’Homme dispose de deux autres sources d’énergie naturelle : le Soleil et la Terre. L’énergie issue de la Terre relève de la géothermie. Introduction On considère que les prélèvements d’énergie géothermique par l’Homme sont infimes par rapport à la quantité totale d’énergie produite par la Terre. C’est donc une forme d’énergie exploitable et inépuisable. Aujourd’hui, la géothermie ne représente que 2,8 % de l’électricité produite dans le monde. De nombreuses études sont en cours, notamment dans les bassins sédimentaires et dans les régions volcaniques ainsi que dans les zones de subduction où le gradient géothermique peut atteindre jusqu’à 1000 °C pour 100 m de profondeur. Un bassin hydrogéothermique est une entité géologique (composée de roches) dont les paramètres principaux sont l’eau et la température avec leurs répartitions dans le temps et dans l’espace. Le bassin est limité, côté amont, naturellement par des aires d’alimentation en eaux météoriques "zone de Recharge". Ce sont des zones topographiquement hautes. La zone avale représente l’exutoire des aquifères profonds qui existent dans le bassin. Cette zone avale est souvent caractérisée par l’existence de sources thermales; exemple le Couloir sud rifain. Définitions 1- Bassin hydrogéothermique 5 Schéma de fonctionnement géothermique 6 Schéma de fonctionnement géothermique 7 Localisation des points de captage des eaux chaudes 8 ( Combe, 1968 ) Coupe géologique schématique du Couloir sud rifain, Maroc Le gradient géothermique ou encore gradient de température est synonyme de la vitesse de croissance de la température en fonction de la profondeur. Il est exprimé en degrés Celsius (°C) par unité de profondeur ou bien en degré Fahrenheit (°F) par pieds: 1 °F = 32 + 1,8 °C 1 pied = 0,3048 m A/ Définitions 2- Gradient géothermique La conductivité thermique (K) est la quantité de chaleur transmise par unité de longueur pendant une unité de temps, par un flux unitaire soumis à un gradient de 1°C. Elle caractérise la propagation du flux de chaleur dans les formations géologiques. En relation avec l’unité de flux, elle est exprimée par µcalories-centimètre et par degré Celsius (cm-1s-1°C-1). 2- Conductivité thermique Le flux de chaleur (Q) est défini comme la quantité de chaleur qui traverse une surface unitaire au cours de l’unité de temps. Il s’exprime en milliwatts par m2 ou en µcalories par cm2. Cette dernière unité est appelée HFU (Heat Flow Unit). 1.10-6 cal/cm2/s = 41,8.10-3 w/m2 Le flux moyen (Q) sur terre est de 1,4 HFU ou 60 mw/m2. Il est lié au gradient géothermique par la relation: Q = K. grad T GradT est le gradient géothermique, K est la conductivité thermique. 3- Flux de chaleur La notion d’anomalie géothermique désigne tout écart notable de température (positif ou négatif) par rapport la tendance moyenne régionale, Une anomalie peut se manifester tant à l’échelle verticale (sur un profil d’enregistrement thermique qu’à l’échelle latérale sur les cartes géothermiques. Cette anomalie est repérable par des flexions sur les profils et les courbes fermées sur les cartes géothermiques. Une anomalie géothermique peut être aussi définie par rapport à la moyenne mondiale admise (3°C/100m pour le gradient géothermique et 60mw/m2 pour le flux de chaleur). 4- Anomalie géothermique 13 En fonction du mode d’utilisation et de la température du fluide géothermal, différents types de géothermie sont distingués: Elle est caractérisée par des températures de 150 à 300 °C. Ce type d’énergie peut se développer dans des zones particulières où les phénomènes de convection magmatique entraîne le réchauffement des aquifères superficiels, La vapeur d’eau extraite par forage est envoyée directement dans des turbines pour la production de l’électricité. Historiquement, la première application de cette énergie a vu le jour en Italie (Larderello) en 1904. B/ Les différents types de géothermie 1- Géothermie haute énergie Ce type d’énergie est caractérisé par des températures de 90 à 150°C. Cette géothermie exploite des nappes profondes dans des régions à gradient normal ou légèrement anormal. Après extraction de la chaleur, les eaux tièdes de rejet sont réinjectées dans l’aquifère est assurent ainsi son alimentation en eau (Recharge artificielle). Le fluide n’est pas à une température suffisante pour permettre la conversion directe en électricité. 2- Géothermie moyenne énergie Avec des températures allant de 50 à 90°C, ce type d’énergie peut se développer dans des zones à gradient normal où on a des conditions géologiques favorables (porosité, perméabilité, épaisseur) se réunissent à des profondeurs suffisantes. Cette géothermie est utilisée pour le chauffage des logements, d’installation industrielles, etc… La réinjection du fluide (eau après extraction de la chaleur) est recommandée pour assurer une meilleure exploitation à long terme. Ce type d’énergie est le plus répandu dans le monde (France, Hongrie, Islande…). Il tend à se généraliser après le développement que prend cette forme économique de chauffage. Le Maroc contient des sources thermales qui émergent à des températures supérieures à 50 °C; exemple la source de Moulay Yacoub. 3- Géothermie basse énergie Ce type d’énergie est caractérisé par des températures allant de 20 à 50°C. Cette géothermie intéresse des profondeurs beaucoup plus faibles. Elle trouve son application en serre), en pisciculture et en chauffage des piscines. C’est la forme d’énergie la plus répandue au Maroc. Elle est utilisée ici pour la balnéothérapie. 4- Géothermie très basse énergie Cette technique consiste à fracturer les roches par injection de l’eau, puis à récupérer l’eau réchauffée dans la roche par un autre forage, Son principe repose sur la création d »un réservoir géothermique artificiel en forant (faire un forage) dans une zone convenablement chaude et en y créant un vide suffisant pour le transfert de la chaleur grâce aux techniques de la fracturation hydraulique. Cette technique est bien connue aux Etats Unis, à Los Alamos, et pourrait se développer dans l’avenir lorsque les réservoirs hydrogéothermiques seront excessivement exploités. 5- Géothermie des roches sèches Le modèle de champs géothermique est basé sur un centre de chaleur d’origine magmatique et sur la circulation convective du fluide d’origine superficielle. Ce centre va livrer de la chaleur qui va se dissiper par la suite et de façon irrégulière vers la surface de la Terre. En effet, à mesure que l’on s’approche de la surface de la Terre, la perméabilité des roches rend possible l’infiltration de quantités variables de fluide dans le sous sol. Ces fluides d’ont l’eau constitue le composant essentiel, se réchauffent en profondeur et tendent à remonter vers les couches superficielles. Dans la majeur partie des cas, ces eaux sont d’origines météorique. C/ Notion de champs géothermiques 21 Un système géothermique correspond à tout facteur pouvant engendrer une augmentation de la ressources géothermique, tels que: • L’eau qui percole profondément dans le sol et s’écoule vers le réservoir d’accumulation, • Le mouvement de la croûte terrestre et la formation d’intrusions chaudes, dykes, et anomalies de flux de chaleur, • La zone de haute perméabilité pour que les eaux chaudes et la vapeur puissent monter jusqu’à des profondeurs accessibles par forage. D/ Notion de systèmes et réservoirs géothermiques 1- Définition Sous des conditions favorables, les éléments susmentionnés vont aboutir à l’existence d’un réservoir géothermique. Par conséquent, le terme de réservoir correspond à la partie du système géothermique qui contient de l’énergie extractible. Selon les conditions géologiques, les réservoirs géothermiques présentent des caractéristiques fort différentes; ainsi, dans les grands bassins sédimentaires, ils sont de grande extension, alors que dans les régions plissés ou faillés, ils sont plus nombreux mais plus difficiles à connaitre avec précision. La couverture du réservoir doit être assez imperméable pour empêcher la dissipation de l’énergie thermique vers l’atmosphère. L’exploitation d’un réservoir géothermique peut se faire par un puits unique ou un doublet: • L’exploitation par puits unique: Ce type d’exploitation fait intervenir un seul puits, si l’eau extraite n’est pas salée, elle peut être rejetée après utilisation en surface, sans risque de pollution, cependant et pour que le réservoir ne s’épuise pas, il faut qu’il y est une intervention d’une réalimentation naturelle. • L’exploitation par doublet: Cette technique est basée sur l’existence d’un forage de production de l’eau thermale et un second pour la réinjection de cette eau après extraction des calories. Les deux puits doivent être opérés dans le même réservoir. Cette technique est nécessaire pour assurer l’exploitation du réservoir à long terme. 2- Mode d’exploitation du réservoir 25 26 La géothermie s’appuie sur la température comme paramètre de base pour la détermination des potentialités géothermiques dans une région donnée. Cette température peut être approchée et étudiée par des méthodes directes, à partir des sondages hydrogéologiques et ou pétroliers, ou indirectes à partir de la chimie des eaux souterraines jaillissants à la surface sous forme de sources thermales Etude des températures La mesure de la température dans les sondages pétroliers se fait de trois manières: •Dans les opérations de diagraphies, ce sont les températures de uploads/Geographie/ cours-partie-geothermie.pdf