Géothermie : définition, fonctionnement et enjeux pour la transition énergétique en France
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Face aux objectifs de neutralité carbone et à la nécessité de sécuriser l’approvisionnement énergétique, la chaleur renouvelable s’impose comme un enjeu stratégique. Dans ce contexte, la géothermie occupe une place particulière. Exploitant la chaleur naturellement présente dans le sous-sol, cette énergie renouvelable offre une production stable, locale et décarbonée, adaptée aussi bien aux bâtiments qu’aux réseaux de chaleur urbains ou à certains usages industriels. Encore parfois perçue comme une technologie de niche, la géothermie fait pourtant l’objet d’objectifs nationaux ambitieux dans le cadre de la transition énergétique en France. Définition, fonctionnement, niveaux de température et perspectives de développement : cet article décrypte les fondamentaux et les enjeux structurants de la filière géothermique pour les acteurs publics et privés.
Définition de la géothermie : une énergie renouvelable issue de la chaleur du sous-sol
La géothermie désigne l’exploitation de la chaleur contenue dans le sous-sol pour produire de l’énergie. Selon le ministère de la Transition écologique, il s’agit d’« une énergie renouvelable qui consiste à récupérer la chaleur naturellement présente dans le sous-sol » afin de couvrir des besoins de chauffage, de refroidissement ou de production d’électricité (Ministère de la Transition écologique, Politiques publiques).
Cette chaleur provient principalement de deux phénomènes : la désintégration naturelle d’éléments radioactifs dans les roches et la chaleur résiduelle issue de la formation de la Terre. Comme le rappelle IFP Energies Nouvelles (IFPEN), la température augmente avec la profondeur selon un gradient thermique moyen d’environ 3 °C tous les 100 mètres (IFPEN).
La géothermie présente une caractéristique stratégique majeure : elle est disponible en continu, indépendamment des conditions météorologiques. Contrairement aux énergies intermittentes, elle fournit une production stable, particulièrement pertinente pour les besoins thermiques constants des bâtiments, des réseaux de chaleur ou de certains procédés industriels.
Pour en savoir plus, consultez ce guide dédié à la géothermie.
Fonctionnement de la géothermie : technologies, profondeurs et production de chaleur ou d’électricité
L'Exploitation de la Géothermie : Une Source de Chaleur Souterraine
La géothermie exploite la chaleur du sous-sol grâce à des forages et des échangeurs thermiques. Le ministère de la Transition écologique classe cette ressource selon la température, distinguant plusieurs catégories :
- Géothermie très basse température (moins de 30 °C) : Généralement captée à moins de 200 mètres de profondeur, elle est surtout employée, via des pompes à chaleur, pour le chauffage et la climatisation des bâtiments.
- Géothermie basse température (entre 30 °C et 90 °C) : Exploitée jusqu'à environ 2 000 mètres, elle est principalement mobilisée pour alimenter les réseaux de chaleur urbains.
- Géothermie haute température (au-delà de 150 °C) : Réservée à la production d'électricité, elle nécessite des contextes géologiques spécifiques.
Systèmes d'Exploitation
La géothermie profonde repose sur un dispositif de doublet : de l'eau chaude est prélevée dans un aquifère profond via un premier forage, sa chaleur est récupérée par un échangeur thermique, puis l'eau refroidie est réinjectée dans le réservoir par un second forage. Ce principe de réinjection, essentiel pour la pérennité de la ressource, est central dans les projets de géothermie profonde.
Pour les applications en surface, la technologie utilise des capteurs (horizontaux enterrés ou sondes verticales) associés à des pompes à chaleur. Le sous-sol sert alors de réservoir thermique naturel, assurant le chauffage en hiver et, dans certains cas, le rafraîchissement en été.
Conditions de Viabilité
L'IFPEN souligne qu'avant toute exploitation, une phase d'exploration et de caractérisation géologique approfondie est indispensable. La faisabilité technique et économique d'un projet géothermique dépend en effet de la qualité, de la perméabilité et de la température du réservoir (IFPEN).
Enjeux et objectifs de la géothermie : un levier stratégique pour la décarbonation de la chaleur en France
La géothermie au cœur de la transition énergétique
La chaleur représente une part significative de la consommation énergétique finale en France. Dans ce contexte, la géothermie constitue un levier stratégique pour la décarbonation des usages thermiques. Le ministère souligne que cette énergie contribue à « réduire les émissions de gaz à effet de serre et la dépendance aux énergies fossiles » (Ministère de la Transition écologique, Géothermie).
Son caractère renouvelable, local et disponible en continu en fait une solution particulièrement adaptée aux réseaux de chaleur urbains. ENGIE Solutions rappelle que la géothermie permet de sécuriser l’approvisionnement énergétique tout en maîtrisant l’empreinte carbone des collectivités et des entreprises.
Objectifs de développement de la géothermie en France (PPE 2028)
La Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) fixe des objectifs précis pour la filière. D’après le ministère de la Transition écologique, la production de chaleur issue de la géothermie profonde doit passer d’environ 2,9 TWh en 2023 à un niveau compris entre 4 et 5,2 TWh en 2028.
Concernant la production d’électricité, la capacité installée en métropole demeure plus limitée, avec un objectif d’environ 24 MW à l’horizon 2028. La stratégie nationale met donc principalement l’accent sur le développement de la géothermie de chaleur.
Le ministère indique également que l’État accompagne la filière via des dispositifs de soutien financier et un encadrement réglementaire adapté, notamment pour la « géothermie de minime importance », afin de faciliter le déploiement des installations de surface.
Défis techniques, économiques et réglementaires de la filière géothermique
Malgré ses atouts, la géothermie présente plusieurs défis. Les coûts initiaux liés aux forages profonds sont significatifs et comportent un risque géologique. Le ministère précise que des mécanismes d’assurance et des fonds de garantie existent pour sécuriser les projets.
IFPEN souligne également que la réussite d’un projet dépend fortement de la qualité de la caractérisation du sous-sol. L’exploration, la modélisation des réservoirs et la maîtrise des phénomènes physiques (circulation des fluides, gestion thermique) sont déterminantes pour assurer la performance à long terme.
Enfin, l’acceptabilité locale constitue un enjeu pour certains projets profonds, notamment dans les zones où des interrogations ont émergé concernant la sismicité induite. Les autorités ont ainsi publié des guides de bonnes pratiques pour encadrer les opérations et sécuriser le développement de la filière.