Une démonstration majeure permet à Quaise Energy de continuer à alimenter le monde en énergie géothermique

Elizabeth A. Thomson, correspondante pour Quaise Energy

Quaise Energy est sortie du laboratoire pour se lancer sur le terrain avec la première démonstration de sa nouvelle technique de forage sur une plate-forme pétrolière à grande échelle située juste à l’extérieur de Houston. Selon Carlos Araque, PDG et cofondateur de Quaise, cette entreprise créée il y a seulement sept ans est en passe de prouver que l’énergie géothermique propre et renouvelable pourrait alimenter le monde entier.

« L’énergie géothermique est disponible partout à grande échelle », a déclaré M. Araque. « Si vous combinez toutes les énergies fossiles, nucléaires et autres formes d’énergies renouvelables, elles ne représentent même pas un millionième d’un millionième des réserves d’énergie thermique présentes sous la surface de la Terre. C’est ahurissant, et pour l’obtenir, il suffit de descendre de deux à douze miles. C’est à cela que nous sommes de l’énergie propre infinie, où que vous soyez dans le monde. »

M. Araque s’exprimait le 21 mai lors de la première démonstration de la technologie de forage de l’entreprise sur une plate-forme pétrolière à grande échelle appartenant à Nabors, l’une des plus grandes sociétés de forage pétrolier et gazier au monde. Parmi la cinquantaine de participants, qui comprenaient des journalistes, des investisseurs potentiels et même des clients potentiels de Quaise, se trouvait William Restrepo, directeur financier de Nabors et membre du conseil d’administration de Quaise. Lauren Boyd, directrice du bureau des technologies géothermiques du département américain de l’Énergie, était également présente.

Super chaud, super profond

L’énergie géothermique, c’est-à-dire la chaleur sous nos pieds, existe depuis longtemps, mais elle ne contribue guère au mix énergétique actuel. « C’est parce que la véritable ressource géothermique, celle qui compte, n’est pas très accessible. Son exploitation dépasse les moyens économiques des outils conventionnels utilisés pour le pétrole et le gaz », a ajouté M. Araque.

Le filon principal de l’énergie géothermique se trouve à environ 3 à 19 km sous la surface de la Terre, où la roche est si chaude que si de l’eau pouvait être pompée dans cette zone, elle deviendrait supercritique, une phase semblable à la vapeur que la plupart des gens ne connaissent pas. (Les phases familières sont l’eau liquide, la glace et la vapeur qui forme les nuages). L’eau supercritique peut quant à elle transporter 5 à 10 fois plus d’énergie que l’eau chaude ordinaire, ce qui en fait une source d’énergie extrêmement efficace si elle pouvait être pompée vers des turbines en surface capables de la convertir en électricité.

Aujourd’hui, nous ne pouvons pas accéder à ces ressources, sauf dans des endroits comme l’Islande où elles sont relativement proches de la surface. Le problème numéro un : nous ne pouvons pas forer assez profondément. Les foreuses utilisées par les industries pétrolières et gazières ne peuvent pas résister aux températures et aux pressions redoutables qui règnent à des kilomètres de profondeur sans devenir exponentiellement plus coûteuses avec la profondeur.

Quaise s’efforce de remplacer les trépans conventionnels qui brisent mécaniquement la roche par de l’énergie à ondes millimétriques (apparentées aux micro-ondes que beaucoup d’entre nous utilisent pour cuisiner). Ces ondes millimétriques font littéralement fondre puis vaporisent la roche pour créer des trous toujours plus profonds.

Des progrès constants

La démonstration de mai dans les installations de Nabors n’est que la dernière d’une longue série dans ce que M. Araque appelle un calendrier ambitieux visant à prouver l’efficacité de cette technologie. L’objectif ultime, selon lui, est de fournir une source d’énergie renouvelable équivalente au pétrole et au gaz. « Cette entreprise n’a pas été créée pour développer un gadget de forage sympa. Notre objectif est de devenir un développeur géothermique. Notre produit n’est pas un trépan. Notre produit est une chaleur et une énergie propres, abondantes, fiables et abordables à l’échelle mondiale », a commenté M. Araque.

La technique générale qui sous-tend l’approche de forage de Quaise a été mise au point au MIT il y a environ 15 ans. Les scientifiques de cet institut ont démontré que les ondes millimétriques pouvaient effectivement percer un trou dans le basalte (le basalte et le granit constituent la majeure partie des roches à grande profondeur). Cette technique était prometteuse en partie parce que le gyrotron qui produit l’énergie des ondes millimétriques n’est pas nouveau. Il est utilisé depuis environ 70 ans dans la recherche sur la fusion nucléaire comme source d’énergie.

Quaise a développé cette technique pour forer des trous de plus en plus profonds. Les trous forés au MIT mesuraient 5 cm de diamètre et 5 cm de profondeur. Au début de l’année, à l’extérieur du laboratoire Quaise à Houston, les ingénieurs ont réussi à forer un trou de 10 cm de diamètre et 3 mètres de profondeur (voir la vidéo).

Andres Calabressi, responsable de la fabrication chez Quaise, a animé la démonstration Quaise à l’aide d’un micro afin de couvrir le bruit constant des puissants équipements. Il a expliqué qu’à partir du mois de mars, l’entreprise a descendu des colonnes de granit d’environ 23 cm de diamètre dans un trou foré de manière conventionnelle sous la plate-forme. Ensemble, ces colonnes ont formé un noyau d’environ 24 mètres de long qui se trouve à l’intérieur d’un boîtier métallique. Ce dernier est équipé de ports permettant de surveiller des paramètres tels que la chaleur et la pression, données qui permettent à l’équipe de tester des recettes pour un forage optimal.

Les ingénieurs de Quaise ont ensuite intégré la technologie des ondes millimétriques à la plate-forme. Lors de la démonstration du 21 mai, ils ont envoyé des ondes millimétriques dans la colonne de granit, approfondissant un trou de 10 cm de diamètre qu’ils avaient déjà foré à 3 mètres. (La semaine suivante, l’équipe a réussi à forer jusqu’à 9 mètres pour la première fois ; le prochain objectif de cette phase des travaux est de 12 mètres).

Au cours de la démonstration, Calabressi était entouré de trois grands écrans plats affichant différentes dimensions de l’œuvre. L’un d’eux suivait les paramètres clés tels que la température de la roche, tandis qu’un autre montrait une vidéo en gros plan des ondes millimétriques faisant fondre la roche. (Cette dernière avait été tournée précédemment dans le laboratoire Quaise, car ces interactions n’étaient pas visibles sur la plate-forme Nabors).

Araque a fait remarquer que la démonstration était « à taille réelle, mais pas en puissance ». Le gyrotron utilisé produisait 100 kilowatts de puissance. « C’est un dixième de la puissance qui sera commercialement pertinente, et cela équivaut à peu près à la puissance de la voiture que vous avez conduite pour venir à cette démonstration. »

Le mois prochain, Quaise attend la livraison d’un gyrotron beaucoup plus grand, capable de produire un mégawatt de puissance. « C’est commercialement pertinent. Nous visons à le mettre en service sur le terrain au cours des deux prochaines années », a encore dit M. Araque.

En attendant, l’entreprise se prépare pour une autre démonstration prévue en juillet à Marble Falls, au Texas. Là-bas, l’équipe a pour objectif de forer pour la première fois plusieurs trous de 130 mètres (environ 425 pieds) de profondeur dans un affleurement granitique réel. Henry Phan est vice-président de l’ingénierie chez Quaise. Il a expliqué que la plate-forme de Marble Falls sera plus petite, « ce qui nous permettra d’être plus agiles pour passer d’un trou à l’autre ».

Autres avancées

Quaise s’est également attaqué à d’autres défis scientifiques et techniques liés à l’exploitation de l’énergie provenant de roches extrêmement chaudes et profondes. Trenton Cladouhos, vice-président du développement des ressources géothermiques chez Quaise, a décrit plusieurs de ces défis et les progrès réalisés pour les résoudre lors d’une conférence donnée la veille de la démonstration de Quaise au Geothermal Transition Summit North America à Houston.

M. Cladouhos a indiqué que Quaise travaillait avec des fournisseurs et des universités « pour les inciter à envisager des températures de plus en plus élevées ». Par exemple, l’année dernière, une équipe de l’École polytechnique fédérale de Lausanne a publié de nouvelles conclusions sur ce qui se passe lorsque des roches extrêmement chaudes et profondes sont exposées à de l’eau qui peut finalement transférer la chaleur des roches à la surface. Ces travaux, soutenus en partie par Quaise, ont été publiés dans la revue Nature Communications. Ils ont confirmé des travaux de modélisation antérieurs également soutenus par Quaise.

En outre, M. Cladouhos a souligné que Quaise dispose d’un ingénieur interne qui travaille à la conception de centrales géothermiques à très haute température. Au début de l’année, Daniel Dichter, ingénieur mécanique senior, a présenté ses conclusions à ce sujet dans deux articles.

Vers l’avenir

M. Araque a conclu sa présentation lors de la démonstration en décrivant le projet de l’entreprise visant à développer une ressource géothermique à très haute température et très profonde disponible dans le monde entier. Ce projet consiste à diviser le monde en trois niveaux en fonction du gradient géothermique, c’est-à-dire de la proximité de la ressource par rapport à la surface. Le niveau 1, par exemple, se concentrera sur les roches à très haute température relativement accessibles. Cela signifie que la première centrale électrique de Quaise sera probablement située dans l’ouest des États-Unis, peut-être près du site du volcan Newberry dans l’Oregon. Newberry a une longue histoire d’exploration géothermique.

Bien qu’ils soient encore loin d’être réalisés, les sites de niveau III, qui nécessiteront des forages jusqu’à 19 km de profondeur, « détiennent la clé pour faire de la géothermie à très haute température une source d’énergie véritablement mondiale », selon une vidéo de Quaise. « Les sites de niveau III pourraient fournir de l’électricité à plus de 90 % de l’humanité. »

L’équipe Superhot

M. Araque a décrit l’objectif de Quaise, qui consiste à exploiter l’énergie superchaude et superprofonde pour le monde entier, comme « un projet ambitieux. Mais ce n’est pas un projet irréalisable ». Les personnes qui travaillent à « ouvrir la voie à cette approche transformatrice de l’énergie propre ont quitté leurs carrières dans les secteurs du pétrole, du gaz, de la fission nucléaire et de la fusion nucléaire », et toutes ont déjà fait leurs preuves.

Par exemple, plusieurs d’entre eux ont participé à l’invention et au développement de Manara, une solution de gestion de la production et des réservoirs mise au point chez Schlumberger afin d’augmenter considérablement la récupération du pétrole à partir de systèmes de production complexes. Parmi eux, les membres de l’équipe Quaise détiennent plusieurs brevets.

« Je suis donc convaincu qu’ensemble, nous pouvons y arriver », conclut M. Araque.

Source : CP / Quaise Energy