Nos sources de géothermie épinglées sur une carte

Carte du potentiel géothermique (de profondeur moyenne à grande) et des puits géothermiques (naturels) en Belgique (photo : IRSNB, Estelle Petitclerc)
26/02/2016
Nos sources de géothermie épinglées sur une carte
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Reinout Verbeke

Nous pouvons chauffer nos maisons et produire de l’énergie grâce à la chaleur contenue dans le sous-sol. En Italie, en Islande et en Turquie, on emploie cette technique depuis de nombreuses années déjà. Qu’attend-on pour s’y mettre en Belgique ? À Mol et à Mons, où des projets pilotes sont en cours, des ingénieurs pompent déjà de l’eau chaude dans des réservoirs profonds. Pendant ce temps, des géologues de notre Institut sont occupés à cartographier et évaluer le potentiel géothermique de notre pays. « La géothermie pourrait devenir une source majeure d’énergie durable », explique la géologue Estelle Petitclerc (IRSNB).

Sur le site Balmatt à Mol (province d’Anvers), une équipe de spécialistes a déjà foré à plus de 3,8 kilomètres de profondeur, jusqu’à atteindre des couches de 350 millions d’années. Les premiers résultats très récents indiqueraient qu’ils pourraient pomper une eau à une température de 138°C.. Cette eau servira à produire de l’électricité et ensuite à chauffer les bâtiments de l’Institut flamand pour la recherche technologique (VITO) qui chapeaute le projet pilote. La géothermie est également un sujet brûlant à  l’Institut royal des Sciences naturelles de Belgique. Nos géologues sont occupés à sonder le potentiel géothermique profond et superficiel  de notre pays sur base, de données géologiques et hydrogéologiques.

Un cadeau de notre Terre

La géothermie est l’énergie contenue sous forme de chaleur dans notre Terre. Une petite partie de cette chaleur nous provient du processus de création de notre planète. Il y a 4,5 milliards d’année, lors de la formation de la Terre, l’énergie cinétique libérée a été stockée dans les roches terrestres. Une partie de cette chaleur y est toujours conservée et représente environ 30 pour cent de l’énergie géothermique contenue dans le ventre de la Terre. Les 70 pour cent restants proviennent de la dégradation radioactive d’éléments chimiques comme l’uranium et le thorium.  Ce processus de dégradation fournit un apport continu de chaleur, qui est ensuite stockée dans différentes couches géologiques. Plus celles-ci se trouvent profondément enfouies, plus la température y est élevée. Elle augmente d’environ trois degrés Celsius par 100 mètres.

L’utilisation de la chaleur terrestre ne date pas d’hier : nos aïeux se chauffaient déjà grâce à l’aide de sources d’eaux chaudes. À la lumière du réchauffement climatique, la recherche de méthodes d’utilisation de cette chaleur omniprésente et constante en tant que source d’énergie durable est plus que jamais à l’ordre du jour.

Géothermie profonde

C’est à la fin du XIXsiècle que l’on a foré pour découvrir, près de Mons, les premières sources d’eau chaude naturelle de Belgique. Environ 70 ans plus tard, à quelques kilomètres de là à Saint-Ghislain, le Service géologique de Belgique a pratiqué un forage d’exploration et a atteint un réservoir calcaire à une profondeur de 2,5 kilomètres, où une eau artésienne à 73 °C y est exploitée depuis lors. C’est le premier puits géothermique de notre pays et son eau chauffe des ménages ainsi que des infrastructures communales. Une fois refroidie, cette eau chauffe encore quelques serres locales, puis passe par une station d’épuration des eaux avant de finir dans la rivière. De nouveaux forages dans ce réservoir calcaire hennuyere devraient permettre d’étendre fortement le réseau géothermique de cette région.

La Flandre, elle aussi, a du potentiel. Depuis les années 80, des scientifiques y cherchent des sources géothermiques. La région la plus adaptée serait la Campine, sous laquelle gîte une épaisse couche de calcaire carbonifère. En septembre 2015, le VITO a lancé un projet pilote dans la commune campinoise de Mol, sur le site Balmatt. Une tour de forage de 60 mètres de haut équipée d’outils de forage de haute technologie y a été installée en septembre 2015. Comme les géologues l’avaient prédit, les ingénieurs ont trouvé de l’eau chaude à environ 3,5 kilomètres sous terre. Un tel forage constitue une manœuvre délicate car il faut en permanence adapter le matériel à la pression et à la température du puits toujours plus profond.

Après en avoir extrait la chaleur, l’eau partiellement refroidie sera réinjectée dans le même réservoir., créant ainsi un circuit fermé. Dans un second temps, il est prévu également de produire de l’électricité verte à partir de l’eau pompée sous forme de vapeur, grâce à une turbine. Selon les résultats des études sismiques récentes, il semblerait que la couche de calcaire carbonifère du Limbourg (au moins à 2,9 kilomètres de profondeur) présente le potentiel nécessaire pour une exploitation de la géothermie profonde à plus grande échelle. Le VITO a pour objectif de construire 80 centrales géothermiques avant 2050 dans les provinces d’Anvers et du Limbourg, qui serviront à chauffer et à fournir l’électricité d’environ 800 000 ménages.

À la surface

Pourtant, il n’est pas nécessaire de creuser si profond pour pouvoir utiliser la chaleur de la Terre. On peut récolter la chaleur qui se trouve près de sa surface, que l’on appelle géothermie superficielle (ou à très faible enthalpie : <30°C), pour chauffer des ménages, des infrastructures communales, mais également pour l’agriculture en s’équipant une pompe à chaleur.

Nos géologues Estelle Petitclerc et Pierre-Yves Declercq (IRSNB) ont étudié le potentiel d’une géothermie très proche de la surface (jusqu’à 10 mètres de profondeur) dans notre pays. Le projet ThermoMap s’inscrit dans le cadre d’une étude européenne à laquelle ont participé 9 pays de l’Union. Les chercheurs ont rassemblé diverses sources de données disponibles sur la géothermie en une seule banque de données et en ont tiré un modèle de calcul permettant d’estimer le potentiel de la géothermie très superficielle. Selon cette étude, les opportunités de géothermie dépendent surtout de l’humidité et de la composition minéralogique du sol. Leurs estimations ont été comparées à des échantillons provenant de 14 endroits en Europe, avec succès. Desormais, à l’aide d’une application, les citoyens, les autorités et les industries belges peuvent savoir si ce type de géothermie (échangeurs horizontaux) constitue une option valable pour eux.

Le succès de ThermoMap a mené à la création d’un autre projet de recherche nommé BeTemper (financé par la Politique Scientifique Fédérale, BELSPO). Dans le cadre de celui-ci, nos scientifiques ont déterminé les propriétés thermiques des roches jusqu’à environ 150 mètres sous terre, la profondeur nécessaire à l’installation des pompes à chaleurs les plus utilisées dans notre pays : les sondes géothermiques verticales. Les géologues ont établi une table de la composition minéralogique et des propriétés thermiques de 400 échantillons de roche grâce à un « Thermal Conductivity Scanner » (scanner de conductivité thermique).

Bientôt aussi à Bruxelles ?

Les nouvelles constructions bruxelloises sont depuis peu équipées d’installations géothermiques. C’est ainsi que le nouveau bâtiment de Bruxelles Environnement est doté de quatre puits géothermiques de 80 mètres de profondeur, visant à chauffer le bâtiment en hiver et à le rafraîchir en été. L’étude géothermique et l’installation du matériel sont onéreuses et donc plutôt réservées à de grands projets immobiliers. L’idée consiste surtout à combler les besoins fondamentaux en chauffage et à les compléter par d’autres sources d’énergie durable comme des panneaux solaires. 

Les géologues de l’IRNSB et leurs partenaires de Bruxelles Environnement, de la VUB, de l’ULB et du CSTC s’attèlent en ce moment à cartographier le potentiel géothermique de Bruxelles. Ils étudieront de nouveaux échantillons prélevés à Bruxelles et conservés dans nos collections, ils mesureront à divers endroits la conductivité thermique dans notre ville ainsi que plusieurs paramètres sur les aquifères bruxellois. Ces données géologiques et hydrogéologiques rassemblées devraient permettre de créer une carte détaillée du potentiel géothermique jusqu’à 200 mètres de profondeur à Bruxelles pour les systèmes géothermiques ouverts (sur nappe d’eau souterraine) et fermés (sondes géothermiques verticales).

D’ici 2020, le projet BruGeoTherMap devrait fournir gratuitement toutes les informations nécessaires aux Bruxellois, grâce au soutien de la Région Bruxelles-Capitale et aux fonds européens FEDER. Ce projet devrait faciliter l’accès des données de base nécessaires à l’installation de pompes à chaleur géothermiques (données techniques mais aussi administratives) en cas de nouvelle construction ou de rénovation résidentielle, il permettera aussi promouvoir ce type d’energie renouvelable auprès des professionnels et des particuliers via des journées de sensibilisations, conférences, formations...

« En matière de géothermie, la Belgique est très en retard sur ses pays voisins », déclare la géologue Estelle Petitclerc. « Tous les regards se dirigent désormais sur le projet pilote à Mol. Son succès est d’une importance capitale pour le développement de la géothermie profonde dans notre pays. »

 

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Texte de Nadia Van Roosbroek

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