L'énergie géothermique permet d'exploiter la chaleur naturellement présente dans le sous-sol terrestre. Cette ressource renouvelable offre de multiples applications, du chauffage urbain à la production d'électricité, avec un potentiel estimé à 320 TW selon l'AIE. Son développement constitue un enjeu majeur de la transition énergétique.
Les différents types de ressources géothermiques
Les ressources géothermiques se caractérisent par leur température et leur profondeur d'extraction. La chaleur du sous-sol terrestre présente des gradients thermiques variables selon les zones géographiques et la profondeur atteinte.
Les différents niveaux de température
Dès 10 mètres de profondeur, la température du sol reste stable entre 10 et 16°C toute l'année, indépendamment des conditions climatiques en surface. Les gisements géothermiques présentent des températures très variables, de 15°C à plus de 250°C selon leur profondeur. Les aquifères sédimentaires, jusqu'à 3 kilomètres de profondeur, constituent un potentiel énergétique considérable estimé à 320 TW d'après l'Agence Internationale de l'Énergie en 2024.
Géothermie de surface
La géothermie de surface ou très basse énergie exploite la chaleur des premiers mètres du sol, généralement jusqu'à 100 mètres de profondeur. Elle capte les calories présentes naturellement dans le terrain à des températures inférieures à 30°C. Cette ressource permet principalement le chauffage et le rafraîchissement des bâtiments via des pompes à chaleur géothermiques.
Caractéristiques techniques
- Profondeur d'exploitation : 0-100 mètres
- Température : < 30°C
- Applications : chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation
Géothermie profonde
La géothermie profonde exploite des ressources situées à plusieurs centaines ou milliers de mètres. On distingue trois catégories selon la température :
| Type | Température | Profondeur | Usage principal |
| Basse énergie | 30-90°C | 500-2000m | Chauffage direct |
| Moyenne énergie | 90-150°C | 2000-3000m | Chauffage + électricité |
| Haute énergie | >150°C | >3000m | Production électrique |
Production et conversion en énergie utilisable
La production d'énergie géothermique a débuté en 1904 en Italie avec la première centrale expérimentale, suivie en 1913 par une installation de 250 kW à Larderello. Cette technologie s'est depuis largement développée pour devenir une source d'énergie renouvelable.
Capacités de production actuelles
En 2023, les capacités électriques installées atteignaient 15 GW au niveau mondial. La production associée s'élevait à près de 100 TWh, représentant 0,3% de la production mondiale d'électricité et environ 1% de la production électrique d'origine renouvelable. La majorité de l'énergie géothermique (79%) est utilisée directement sous forme de chaleur, tandis que 21% est convertie en électricité.
Technologies de conversion énergétique
Les centrales géothermiques utilisent plusieurs procédés selon la température des ressources :
- La technologie à vapeur sèche : exploitation directe de la vapeur naturelle
- Le système à vaporisation instantanée : utilisation d'eau sous pression transformée en vapeur
- Le cycle binaire : transfert de chaleur via un fluide intermédiaire pour les températures moyennes
Objectifs de développement
La France s'est fixé des objectifs ambitieux pour les énergies renouvelables dans le mix énergétique. La part des énergies renouvelables dans la production de chaleur, qui était de 21,3% fin 2017, doit atteindre 38% d'ici 2030. La géothermie contribue à cet objectif grâce à ses deux modes d'exploitation : la production d'électricité par les centrales géothermiques profondes et la production directe de chaleur.
Perspectives d'évolution
Les techniques de prospection et de prélèvement progressent, notamment pour les forages profonds et offshore. Les doublets géothermaux et les pompes à chaleur permettent d'exploiter des ressources à des températures plus basses. Ces avancées technologiques, soutenues par les financements publics, favorisent l'expansion de cette source d'énergie renouvelable.
Les applications actuelles en France
La France dispose d'un potentiel géothermique substantiel, notamment dans le Bassin parisien et le fossé rhénan alsacien. L'exploitation de cette ressource s'est développée progressivement depuis les années 1980, avec des applications variées allant du chauffage urbain à la production d'électricité.
Le chauffage urbain en Île-de-France
L'Île-de-France constitue la région française la plus active en matière de géothermie profonde. Elle exploite le DOGGER, un aquifère situé entre 1500 et 2000 mètres de profondeur, dont la température varie de 55 à 85°C. Depuis 1980, plus de 50 installations géothermiques alimentent des réseaux de chaleur, desservant plusieurs dizaines de milliers de logements. Le système le plus étendu se trouve à Paris et sa proche banlieue, où 40 doublets géothermiques fournissent du chauffage et de l'eau chaude sanitaire.
Les pompes à chaleur géothermiques
Les pompes à chaleur géothermiques présentent un coefficient de performance (COP) moyen de 4, signifiant que pour 1 kWh d'électricité consommé, elles restituent 4 kWh de chaleur, dont 3 kWh d'origine renouvelable. En 2024, la France compte plus de 200 000 pompes à chaleur géothermiques installées, principalement dans l'habitat individuel et le petit collectif.
Objectifs nationaux et accompagnement institutionnel
La Programmation Pluriannuelle de l'Énergie 2019-2028 fixe des objectifs ambitieux pour la géothermie : augmentation de 40% de la production de chaleur géothermique d'ici 2028. L'ADEME soutient financièrement les projets via le Fonds Chaleur, tandis que le BRGM assure l'expertise technique et la cartographie des ressources géothermiques. En Alsace, deux centrales géothermiques produisent de l'électricité : Soultz-sous-Forêts (1,7 MW) et Rittershoffen (24 MW thermiques).
| Région | Nombre d'installations | Puissance installée (MW) |
| Île-de-France | 50 | 200 |
| Alsace | 2 | 25,7 |
Perspectives de développement offshore
La géothermie offshore émerge comme une nouvelle frontière pour l'exploitation de l'énergie géothermique, notamment grâce aux avancées technologiques des forages en eaux profondes. Cette perspective prometteuse pourrait multiplier les capacités de production d'énergie renouvelable à l'échelle mondiale.
Le développement de la géothermie en mer
Les zones de fracture des plaques lithosphériques sous-marines présentent un potentiel géothermique considérable, avec des températures pouvant atteindre 350°C à des profondeurs relativement accessibles. Les dorsales océaniques, où la croûte terrestre est plus fine, constituent des sites privilégiés pour l'exploitation géothermique offshore. Les États-Unis étudient actuellement la faisabilité de plusieurs projets pilotes le long de leurs côtes pacifiques.
Reconversion des infrastructures pétrolières
La reconversion des plateformes pétrolières et gazières en fin de vie en centrales géothermiques offshore constitue une piste prometteuse. En 2024, plus de 12 000 plateformes sont candidates à cette transformation aux États-Unis. Cette approche permet de réutiliser les infrastructures existantes tout en réduisant les coûts d'installation.
Production mondiale et pays leaders
En 2023, cinq pays dominent la production géothermique mondiale :
- United States : 3,7 GW
- Indonesia : 2,3 GW
- Philippines : 1,9 GW
- Turkey : 1,7 GW
- Iceland : 0,8 GW
Zones géographiques propices
Les zones de subduction du Pacifique, surnommées la "ceinture de feu", concentrent 80% du potentiel géothermique offshore mondial. La South Korea développe également des projets innovants d'exploitation géothermique en mer, avec des forages prévus jusqu'à 5 000 mètres de profondeur d'ici 2026. Les températures atteintes à ces profondeurs dépassent généralement 200°C, permettant une production électrique efficiente.
L'essentiel à retenir sur l'énergie géothermique
L'énergie géothermique présente un potentiel prometteur pour la transition énergétique. Le développement des techniques de forage et les projets innovants comme la géothermie offshore ouvrent de nouvelles perspectives. Les objectifs ambitieux de la France, notamment via la PPE 2019-2028, témoignent d'une volonté d'accélérer le déploiement de cette ressource renouvelable dans les années à venir.