La compétitivité de l’énergie géothermique face aux autres énergies renouvelables et aux combustibles fossiles

L’énergie géothermique propre – la chaleur sous nos pieds – a le potentiel d’être compétitive par rapport aux autres énergies renouvelables et même aux combustibles fossiles si nous parvenons à forer suffisamment profondément pour accéder au filon de la ressource. C’est ce qu’a déclaré un orateur lors d’une conférence sur la géothermie organisée le mois dernier par la Society of Petroleum Engineers (SPE). D’autres intervenants ont abordé l’intérêt croissant du secteur pétrolier et gazier pour ce domaine, les principaux défis auxquels il est confronté et les solutions permettant de les relever.

Géothermie 2023 : Realising the Ambition a été organisée par la section d’Aberdeen, en Écosse, de la SPE. Kirsten Pasturel, fondatrice et directrice de ZeGen Energy et organisatrice de la conférence, a noté que l’événement lui-même était un signe de l’intérêt croissant pour le marché de la géothermie, puisqu’il s’est déroulé sur deux jours au lieu d’un seul en 2022. Ann Robertson-Tait, présidente de GeothermEx, est d’accord, ajoutant qu’une tendance qu’elle a remarquée au cours de l’année dernière est que davantage de compagnies pétrolières et gazières ont commencé à « creuser vraiment dans l’espace géothermique« .

Pourquoi ? « On peut dire que le secteur du pétrole et du gaz est plus pertinent pour la géothermie que n’importe quel autre secteur des énergies renouvelables. Il suffit d’y penser : exploration, géosciences, puits, complétions… tout est là« , a déclaré M. Pasturel. Le pétrole et le gaz n’ont pas toutes les réponses pour développer avec succès la géothermie, mais ils peuvent sans aucun doute apporter de nombreuses pièces du puzzle.

Vers le Saint Graal

L’énergie géothermique stockée sous nos pieds dépasse d’un milliard de fois la demande énergétique annuelle de notre planète, a déclaré Matt Houde, intervenant à la conférence et cofondateur de Quaise Energy, une start-up spécialisée dans la géothermie.

Toutefois, à l’heure actuelle, nous ne pouvons pas forer assez profondément pour découvrir le filon principal de la ressource, qui se trouve à une profondeur de deux à douze miles sous la surface de la Terre. La roche y est si chaude (les températures dépassent 374 degrés C, ou 704 degrés F) que si l’eau pouvait être pompée dans la région, 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, à son tour, peut 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 peut être pompée en surface vers des turbines qui la convertissent en électricité. Cela pourrait conduire à « une amélioration de la production d’énergie par rapport à un puits hydrothermal traditionnel », a déclaré M. Houde. « Le potentiel est donc énorme, mais [l’accès à la géothermie profonde] est financièrement prohibitif. Les technologies de forage conventionnelles ne peuvent pas résister aux conditions qui règnent à des kilomètres de profondeur.« 

C’est pourquoi « un certain nombre de projets se sont concentrés ces dernières années sur l’amélioration du forage« , a déclaré Catherine Hickson, PDG d’Alberta No. 1 et oratrice principale de la conférence. Ce sont les coûts de forage qui font de la géothermie une proposition très onéreuse si l’on vise la géothermie profonde et des températures plus élevées. »

Comment y parvenir ?

Plusieurs intervenants de la conférence ont abordé la question du forage. Une session, par exemple, s’est concentrée sur le pétrole et le gaz « en mouvement » dans le forage géothermique, où des représentants de Roemex, Adrilltech et Expro ont décrit une variété d’approches pour réduire les coûts.

M. Houde, de Quaise Energy, a rejoint Tony Pink, vice-président de Sub Surface Energy Technology chez NOV, dans une session distincte intitulée « What’s Hot in Geothermal ? » (Qu’est-ce qui est chaud dans la géothermie ?) Les deux hommes ont discuté des nouvelles technologies de forage développées par leurs entreprises respectives.

« Chez Quaise, notre solution consiste à remplacer le processus de forage mécanique par une interaction énergie-matière que nous appelons le forage par ondes millimétriques« , a déclaré M. Houde. Ces ondes millimétriques, qui s’apparentent aux micro-ondes avec lesquelles nous cuisinons, voyagent dans un tuyau métallique pour littéralement faire fondre et vaporiser la roche en profondeur.

Dans le même temps, la roche fondue dans l’anneau extérieur du trou se refroidit et se solidifie pour former un revêtement de verre solide « qui peut assurer la stabilité du trou de forage pendant que nous forons« , a déclaré M. Houde. Cela pourrait remplacer les tubages en acier et en ciment plus conventionnels, qui peuvent rencontrer des difficultés dans les conditions extrêmes des profondeurs.

La technologie Quaise tire également parti des technologies de forage conventionnelles. Celles-ci seront utilisées pour forer les couches superficielles jusqu’aux profondeurs du sous-sol. « Nous passons ensuite au forage par ondes millimétriques… lorsque nous constatons une diminution des rendements des opérations de forage conventionnelles« , a déclaré M. Houde.

M. Pink a décrit les approches de NOV pour forer en profondeur. Il s’agit notamment de modifier la technologie du trépan, par exemple en rendant le diamant du trépan plus épais. NOV étudie également des technologies non traditionnelles telles que la foreuse à impact de particules. En collaboration avec Particle Drilling, ils tirent des grenailles d’acier de deux millimètres à partir d’un trépan au rythme de 12 millions par minute. La grenaille « descend dans le trou, s’accélère hors du trépan, puis revient à la surface et est recyclée« , a déclaré M. Pink.

Réduire les coûts

Selon M. Houde, le processus des ondes millimétriques Quaise est en grande partie indépendant de la profondeur, de sorte que les coûts de forage vont augmenter de façon linéaire en fonction de la profondeur plutôt que de façon exponentielle, comme c’est le cas avec les technologies conventionnelles. Combiné au potentiel énergétique des puits géothermiques à forte chaleur, nous pensons pouvoir atteindre un coût de l’énergie nivelé (LCOE) inférieur à 40 dollars le mégawattheure dans les cas les plus prudents, où nous visons ces températures à une profondeur de 10 à 20 kilomètres.

Il a suggéré que d’autres facteurs, tels que le forage à des températures très élevées à des profondeurs moindres, pourraient faire baisser le LCOE à moins de 20 ou 30 dollars par mégawattheure. À ce stade, « il devient incroyablement compétitif par rapport à l’infrastructure énergétique actuelle, ainsi qu’à l’infrastructure énergétique à venir – principalement éolienne et solaire – qui sera mise en service dans le cadre de la transition énergétique« .

Houde et Pink sont tous deux optimistes quant à l’avenir. M. Pink a rappelé qu’en 2006, il fallait 80 à 90 jours pour forer des puits de pétrole dans le bassin permien. Aujourd’hui, ils sont forés en 15 jours. « Nous l’avons fait pour les énergies non conventionnelles, nous pouvons le faire à nouveau pour la géothermie.« 

Légende image 1 / l’énergie géothermique – la chaleur qui se trouve sous nos pieds – pourrait être compétitive par rapport aux autres énergies renouvelables et même aux combustibles fossiles si nous pouvions forer suffisamment profondément pour accéder au filon de la ressource. Quaise Energy développe une technologie permettant d’y parvenir grâce à l’énergie des ondes millimétriques (voir la représentation d’artiste en or et noir). Le forage commencerait par une technologie conventionnelle (représentation de l’artiste en gris et violet) qui passerait ensuite aux ondes millimétriques.

Légende image 2 / L’énergie géothermique – la chaleur qui se trouve sous nos pieds – pourrait être compétitive par rapport aux autres énergies renouvelables et même aux combustibles fossiles si nous pouvions forer suffisamment profondément pour accéder au filon principal de la ressource. Quaise Energy met au point une technologie permettant d’y parvenir grâce à l’énergie des ondes millimétriques (voir la représentation d’artiste en or et noir). Le forage commencerait par une technologie conventionnelle (représentation d’artiste en gris et violet) qui passerait ensuite aux ondes millimétriques.

CRÉDIT/ Quaise Energy