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Année Scolaire 2020/2021 Ministère l’enseignement supérieur et de la recherche

Année Scolaire 2020/2021 Ministère l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université abbes laghrour khenchela Faculté des sciences et technologies Energie Géothermique Réaliser par l’étudiant : Proposer par Dr : KHALFAOUI Aymen BEICHA Contenu : Introduction…………………………………………………………………………………….3 L'origine de la chaleur …………………………………………………………………......4 Du bain de boue à la turbine ………………………………………………………………4 1. L’énergie géothermique ………………………………………………..………………….5 2. Principe de la géothermie.………………………..………………………………………...5 2.1 La géothermie privilégiée …………………………………………………………….5 2.2 La géothermie de basse énergie…….…………………………………………………6 2.3 La géothermie de la très basse énergie………………………………………………..6 3. Les atouts de la géothermie ……………………………………………………………….6 3.1 La géothermie est partout…………..……………………………………………...…...6 3.2 La géothermie est renouvelable ……...………………………………………………..7 3.3 La géothermie est écologique ………………………………………………………….7 4. Géothermie très basse énergie (température inférieure à 30°C)............................................7 4.1 Capteurs horizontaux …………..……………………………………………...……....8 4.2 Capteurs verticaux (ou sondes géothermiques) ……...………………………………..8 4.3 Les champs de sonde géothermique …………..……………………………...…...…...9 4.4 Les PAC aqua thermiques ……...……………………………………………………...9 5. Géothermie basse et moyenne énergie (température entre 30 et 90 C)………………..…10 5.1 Réseaux de chaleur et doublets géothermiques ……………………………………....10 6. Géothermie haute énergie …...………………………………………………………...….10 Conclusion…………………………………………………………………..………………..11 2 Introduction L'humanité s'est développée, depuis des millénaires, dans un équilibre fragile et évolutif avec les milieux physiques - eau, air, sol, sous-sol -. Le développement extraordinairement rapide des sociétés humaines au cours de l'ère industrielle a largement bénéficié de l'exploitation - de plus en plus intensive - des ressources énergétiques fossiles. Il est devenu clair que les réserves d’énergies fossiles ne sont pas infinies et que leur combustion à marche forcée engendre des problèmes écologiques insurmontables et de plus en plus graves. La concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a augmentée de 50 % en un siècle et la situation deviendra rapidement insoutenable si les pays en voie de développement adoptent le mode de vie « énergivore » actuel des pays riches Il est grand temps de remettre en cause cette option non durable et d’adopter des formes d’énergies renouvelables* (soleil, vent, courant d’eau, biomasse ou chaleur naturelle) a fois moins énergivores qui ne rejettent pas de gaz à effet de serre. Parmi celles-ci, la géothermie, Renouvelable, propre et sans rejets, la géothermie est présente sur tous les continents. Elle se consomme sur place et offrant une large gamme de températures et de profondeurs, elle n'est pas tributaire des conditions climatiques et offre un coût d'exploitation faible, associée à une Pompe à Chaleur, elle sert au chauffage et au refroidissement des habitations. Fig. Unité de production d'électricité géothermale Par turbine à l'Imperial Valley en Californie. 3 L'origine de la chaleur: La chaleur dégagée par notre globe n'a pas pour principal responsable le refroidissement de son noyau, mais la désintégration des éléments radioactifs présents dans ses roches : uranium, thorium, potassium, etc. 90% de l'énergie dissipée provient de ce mécanisme. Du bain de boue à la turbine: Les premières traces d'utilisation de la géothermie par l'homme remontent à près de 20 000 ans. Tout au long de l'histoire des civilisations, par la pratique des bains thermaux. Alors que le premier réseau moderne de chauffage par géothermie a été installé en 1930 à Reykjavik en Islande. Aujourd'hui 95% des habitations de l'île sont chauffées au moyen de 700 km de conduites isolées qui Transportent l'eau chaude. 4 1. L’énergie géothermique : Du grec géo (terre) et thermos (chaud), la géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe ainsi que les processus industriels qui visent à l'exploiter, pour produire de l'électricité et/ou de la chaleur. L'énergie géothermique désigne l'énergie provenant de la chaleur contenue dans la croûte terrestre et dans les couches superficielles de la terre. Selon la température du sous-sol et de la profondeur du forage on distingue trois types de géothermie : La géothermie très basse énergie (température inférieure à 30 C) ayant recours aux pompes à chaleur; La géothermie basse énergie (température entre 30 et 90 C), gisements situés entre 1 500 et 2500 mètres de profondeur; La géothermie haute énergie (température supérieure à 150 C) profondeurs allant de 2 000 à 4000 mètres 2. Principe de la géothermie : • Le principe constitue à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Il existe un flux géothermique nature à a la surface du globe, mais il est si faible qu’il ne peut être directement capté. En réalité on exploite la chaleur accumulée, stockée dans certaines parties du sous-sol (nappes d’eau). • Selon les régions, l’augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte. Ce gradient géothermique varie de 3°C par 100 m en moyenne jusqu’à 15°C ou même 30°. Les plus grands partis de la chaleur de la terre est produite par la radioactivité naturelle des roches qui constituent la croute terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium. - On distingue trois types de géothermie : • 2.1 La géothermie privilégiée avec des sources hydrothermales très chaudes, ou forage très profond principale utilisation : la production d’électricité. 5 • 2.2 La géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 et 100°C.principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain. • 2.3 La géothermie de la très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 et 30°C.principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle. • Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d’énergie quasi-continue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l’énergie. Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d’années. 3. Les atouts de la géothermie: 3.1 La géothermie est partout: Ces réserves ne sont pas situées dans quelques sites particuliers, éventuellement désertiques ou au fond des mers la chaleur du sous-sol est présente sur tous les continents. Zones propices au développement de la géothermie haute énergie (régions tectoniques et volcaniques actives émergées) Zones favorables à la géothermie basse énergie (bassins sédimentaires) Zones de socle cristallin peu propices Fig. Ressources mondiale de la géothermie 6 3.2 La géothermie est renouvelable: Contrairement aux réserves fossiles, la géothermie ne se vide pas de son réservoir, l'eau piégée ou transitant dans le sous- sol, se renouvelle soit naturellement par le ruissellement des eaux de surface, soit par l’option technologique de l’injection artificielle. Quant à la chaleur, elle est contenue dans la roche Fig. 3.3 La géothermie est écologique : Une exploitation géothermique produit peu de rejets. La Quantité moyenne de CO2 émise dans l'atmosphère par les Centrales géo-thermo-électriques dans le monde est de 55 g/kWh, alors qu'une centrale au gaz naturel en produit 10 fois plus. Ce niveau peut être ramené à des valeurs nulles par la réinjection des fluides géothermaux dans les réservoirs. 4. Géothermie très basse énergie (température inférieure à 30°C) Caractérisée par l’exploitation d’une ressource de température inférieure à 30C la géothermie très basse énergie ne permet pas une utilisation directe de la chaleur par simple échange. Elle nécessite donc la mise en œuvre de pompes à chaleur qui prélèvent cette énergie à basse température pour l’augmenter à une température suffisante pour le chauffage. Les pompes à chaleur géothermiques Elles valorisent les calories du sol ou de l’eau des nappes par le biais de réseaux de capteurs, de sondes ou de forages d’eau. Les capteurs étant installés à la profondeur requise pour que la température soit quasiment constante toute l’année, ce type de PAC est performant quelle que soit la température hivernale. 7 4.1 Capteurs horizontaux : Ils sont répartis et enterrées horizontalement à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20m) dans le terrain. Selon la technologie employée, de l’eau additionnée d’antigel* ou le fluide frigorigène de la pompe à chaleur circule en circuit fermé à l’intérieur de ces capteurs. Fig. 4.2 Capteurs verticaux (ou sondes géothermiques) : Ils sont installés dans un forage et scellés par du ciment. La profondeur peut atteindre jusqu’à 200 m où la température du sol est stable tout au long de l’année. On y fait circuler en circuit fermé de l’eau additionnée de liquide antigel. L’emprise au sol est minime par rapport à des capteurs horizontaux. Pour chauffer une maison de 120 m2 habitables, deux sondes géothermiques de 50 m de profondeur conviennent. Le captage vertical est plus couteux et nécessite une autorisation Fig. 8 4.3 Les champs de sonde géothermique: Pour chauffer des grands bâtiments ou un groupe de logements, il est aussi possible d’installer une série de sondes géothermiques verticales. De cette manière, on dispose d’un plus grand potentiel de chaleur terrestre. Pour un champ de sondes, on installe plusieurs sondes géothermiques à des profondeurs variant de 30 à 300 mètres et à intervalles réguliers. Les sondes sont rassemblées dans les conduites et raccordées à une ou plusieurs pompes à chaleur. Cette technique est utilisé aussi pour des raisons financiers afin d’éviter des forages de très grandes profondeurs. Fig. Système de captage géothermique vertical pour petites uploads/Geographie/ energie-geothermique.pdf