Moones Alamooti, University of North Dakota
À mesure que la consommation d’énergie augmente et que la planète se réchauffe, vous avez peut-être rêvé d’une source d’énergie qui fonctionne 24h/24 et 7j/7, de pluie ou de brillance, alimentant tranquillement des maisons, des industries et même des villes entières sans les hauts et les bas du solaire ou du vent – et avec peu de contribution au changement climatique.
La promesse de nouvelles techniques d’ingénierie pour la géothermie – la chaleur de la Terre elle-même – a attiré des niveaux croissants d’investissement vers cette source d’énergie fiable et à faibles émissions qui peut fournir de l’électricité continue presque partout sur la planète. Cela inclut des moyens d’exploiter l’énergie géothermique à partir de puits de pétrole et de gaz inactifs ou abandonnés. Au premier trimestre 2025, les installations géothermiques nord-américaines ont attiré 1,7 milliard de dollars de financement public – contre 2 milliards $ pour l’ensemble de l’année 2024, ce qui a été une augmentation importante par rapport aux années précédentes, selon une analyse de l’industrie de la société de conseil Wood Mackenzie.
En tant que géophysicien de l’exploration et ingénieur en énergie, j’ai étudié le potentiel de ressources et les compromis opérationnels des systèmes géothermiques. D’après les progrès technologiques et les progrès technologiques que je vois, je crois que la géothermie est sur le point de devenir un contributeur important au mix énergétique aux États-Unis et dans le monde, en particulier lorsqu’elle est intégrée à d’autres sources renouvelables.
Une évaluation de mai 2025 par les États-Unis. Geological Survey a constaté que les sources géothermiques situées juste dans le Grand Bassin, une région qui englobe le Nevada et certaines parties des États voisins, ont le potentiel de répondre à jusqu’à 10% de la demande d’électricité de l’ensemble de la nation – et plus encore à mesure que la technologie exploite les progrès de la géothermie. Et l’Agence internationale de l’énergie estime que d’ici 2050, la géothermie pourrait fournir jusqu’à 15% des besoins mondiaux en électricité.
Pourquoi la géothermie est unique
L’énergie géothermique puise dans la chaleur sous la surface de la Terre pour produire de l’électricité ou fournir un chauffage direct. Contrairement au solaire ou au vent, il ne s’arrête jamais. Il fonctionne autour de l’horloge, fournissant une puissance constante et fiable avec des systèmes d’eau en boucle fermée et peu d’émissions.
La géothermie est capable de fournir des quantités importantes d’énergie. Par exemple, le projet de la station Cape de Fervo Energy dans l’Utah serait en voie de fournir 100 mégawatts de charge de base, une énergie géothermique sans carbone d’ici 2026. C’est moins que la quantité d’énergie générée par la centrale à charbon moyenne aux États-Unis, mais plus que la centrale de gaz naturel moyenne produit.
Mais le projet, estimé à $1,1 milliard, n’est pas terminé. Une fois terminée en 2028, la station devrait livrer 500 mégawatts d’électricité. Ce montant est de 100 mégawatts de plus que son objectif initial sans forage supplémentaire, grâce à diverses améliorations techniques depuis que le projet a percé.
Et la géothermie devient économiquement compétitive. D’ici 2035, selon l’Agence internationale de l’énergie, les progrès techniques pourraient signifier que l’énergie provenant de systèmes géothermiques améliorés pourrait coûter aussi peu que 50 $ le mégawattheure, un prix compétitif avec d’autres sources renouvelables.
Types d’énergie géothermique
Il existe plusieurs façons d’obtenir de l’énergie au plus profond de la Terre.
Les systèmes hydrothermaux puisent dans l’eau chaude souterraine et la vapeur pour produire de l’électricité. Ces ressources sont concentrées dans des zones géologiquement actives où la chaleur, l’eau et la roche perméable coïncident naturellement. Aux États-Unis, c’est généralement la Californie, le Nevada et l’Utah. À l’échelle internationale, la plupart de l’énergie hydrothermale se trouve en Islande et aux Philippines.
Certaines installations hydrothermales, comme Larderello en Italie, fonctionnent depuis plus d’un siècle, prouvant la viabilité à long terme de la technologie. D’autres en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis ont couru depuis la fin des années 1950 et le début des années 1960.
Les systèmes géothermiques améliorés créent efficacement des processus hydrothermaux générateurs d’électricité, à peu près n’importe où sur la planète. Dans les endroits où il n’y a pas assez d’eau dans le sol ou où la roche est trop dense pour déplacer la chaleur naturellement, ces installations forent des trous profonds et injectent du liquide dans les roches chaudes, créant de nouvelles fractures et ouvrant celles existantes, un peu comme la fracturation hydraulique pour la production de pétrole et de gaz.
Un système comme celui-ci utilise plus d’un puits. Dans l’un d’eux, il pompe l’eau froide vers le bas, qui recueille la chaleur des roches, puis est pompé à travers un autre puits, où la chaleur entraîne des turbines. Au cours des dernières années, la recherche universitaire et d’entreprise a considérablement amélioré la vitesse de forage et réduit les coûts.
Les pompes à chaleur de source terrestre ne nécessitent pas de perçages aussi profonds, mais profitent plutôt du fait que la température de la Terre est relativement stable juste en dessous de la surface, même à seulement 6 ou 8 pieds de moins (1,8 à 2,4 mètres) – et il fait plus chaud que des centaines de pieds plus bas.
Ces systèmes ne produisent pas d’électricité mais circulent plutôt du liquide dans des tuyaux souterrains, échangeant de la chaleur avec le sol, extrayant de la chaleur du sol en hiver et transférant de la chaleur au sol en été. Ces systèmes sont similaires mais plus efficaces que les pompes à chaleur de source d’air, parfois appelées minisplits, qui se généralisent aux États-Unis pour le chauffage et le refroidissement. Les systèmes de pompe à chaleur géothermique peuvent desservir des maisons individuelles, des bâtiments commerciaux et même des développements de quartier ou d’affaires.
Les applications à usage direct ne produisent pas non plus d’électricité, mais utilisent plutôt directement la chaleur géothermique. Les agriculteurs chauffent les serres et les cultures sèches; les installations aquacoles maintiennent des températures optimales de l’eau; les opérations industrielles utilisent la chaleur pour déshydrater les aliments, guérir le béton ou d’autres processus à forte intensité énergétique. Dans le monde entier, ces applications fournissent désormais plus de 100.000 mégawatts de capacité thermique. Certains fluides géothermiques contiennent des minéraux précieux; les concentrations de lithium dans les eaux souterraines de la région de la mer de Salton en Californie pourraient potentiellement fournir des fabricants de batteries. Les juges fédéraux examinent une proposition pour faire exactement cela, ainsi que des contestations juridiques à ce sujet.
Les chercheurs trouvent également de nouvelles façons d’utiliser les ressources géothermiques. Certains utilisent des formations rocheuses souterraines pour stocker l’énergie car la chaleur lorsque la demande des consommateurs est faible et l’utilisent pour produire de l’électricité lorsque la demande augmente.
Certaines centrales géothermiques peuvent ajuster leur production pour répondre à la demande, plutôt que de fonctionner en continu à une capacité maximale.
Les sources géothermiques rendent également d’autres projets d’énergies renouvelables plus efficaces. L’association de la géothermie avec les ressources solaires et éoliennes et le stockage de la batterie augmentent la fiabilité de l’énergie renouvelable hors sol au Texas, entre autres.
Et la géothermie peut alimenter la production d’hydrogène propre ainsi que des efforts à forte intensité énergétique pour éliminer physiquement le dioxyde de carbone de l’atmosphère, comme cela se produit en Islande.
Potentiel de géothermie aux États-Unis et dans le monde
Actuellement, les États-Unis ont environ 3,9 gigawatts de capacité géothermique installée, principalement dans l’Ouest. C’est environ 0,4% de la production énergétique américaine actuelle, mais la quantité d’énergie disponible est beaucoup plus importante, selon les évaluations d’ingénierie fédérales et internationales.
Et la conversion des puits de pétrole et de gaz abandonnés pour des systèmes géothermiques améliorés pourrait augmenter considérablement la quantité d’énergie disponible et sa répartition géographique.
Un exemple est en train de se produire dans le comté de Beaver, dans la partie sud-ouest de l’Utah. Autrefois une communauté rurale en difficulté, elle héberge maintenant plusieurs centrales géothermiques qui sont en cours de développement pour démontrer le potentiel et pour fournir de l’électricité aux clients aussi loin que la Californie.
Ces projets comprennent la réutilisation de puits de pétrole ou de gaz inactif, ce qui est relativement simple: les ingénieurs identifient les puits qui atteignent des formations rocheuses profondes et chaudes et font circuler l’eau ou un autre fluide dans une boucle fermée pour capturer la chaleur pour produire de l’électricité ou fournir un chauffage direct. Cette méthode ne nécessite pas de forage de nouveaux puits, ce qui réduit considérablement les coûts de configuration et les perturbations environnementales et accélère le déploiement.
Il y a jusqu’à 4 millions de puits de pétrole et de gaz abandonnés à travers les États-Unis, dont certains pourraient passer d’une infrastructure de combustibles fossiles à des opportunités d’énergie propre.
Défis et compromis
L’énergie géothermique n’est pas sans obstacles techniques, environnementaux et économiques.
Le forage est coûteux et les systèmes conventionnels ont besoin de conditions géologiques spécifiques. Systèmes améliorés, utilisant la fracturation hydraulique, risquent de provoquer des tremblements de terre.
Les émissions globales sont faibles des systèmes géothermiques, bien que les systèmes puissent libérer du sulfure d’hydrogène, un gaz corrosif toxique pour l’homme et pouvant contribuer à une irritation respiratoire. Mais les plantes géothermiques modernes utilisent des systèmes de réduction qui peuvent capturer jusqu’à 99,9% du sulfure d’hydrogène avant qu’il n’entre dans l’atmosphère.
Et les systèmes utilisent de l’eau, bien que les systèmes en boucle fermée puissent minimiser la consommation.
La construction de centrales géothermiques nécessite des investissements importants, mais sa capacité à fournir de l’énergie à long terme peut compenser bon nombre de ces coûts. Des projets comme ceux entrepris par Fervo Energy montrent que les subventions gouvernementales ne sont plus nécessaires pour qu’un projet soit financé, construit et commence à générer de l’énergie.
Malgré ses défis, la fiabilité de l’énergie géothermique, les faibles émissions et l’évolutivité en font un complément vital au solaire et à l’éolien – et une pierre angulaire d’un avenir énergétique stable et à faible émission de carbone.
Moones Alamooti, Assistant Professor of Energy and Petroleum Engineering, University of North Dakota
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.
