Que sont les équipements de géothermie profonde haute enthalpie ?
La géothermie profonde haute enthalpie exploite la chaleur du sous-sol à grande profondeur (3 000 à 5 000 m, parfois 6 000 m) où les températures atteignent 150 à 200 °C, voire 250 °C dans les contextes géologiques exceptionnels (failles d'Islande, magmas volcaniques). Deux approches techniques sont déployées en France métropolitaine : 1) Géothermie hydrothermale classique (extraction d'eau chaude naturellement présente dans aquifères profonds type Trias ou Dogger du Bassin Parisien), température 70-150 °C, débits 50-300 m³/h, applications chaleur urbaine et serres. 2) Géothermie EGS Enhanced Geothermal System (création artificielle d'un réservoir par stimulation hydraulique et chimique des fractures rocheuses du socle cristallin Alsace ou Limagne), température 150-200 °C, application production électricité via turbine ORC Organic Rankine Cycle (rendement 8-12 %) et cogénération chaleur. Le projet pionnier Soultz-sous-Forêts 67 (Bas-Rhin) a démontré l'EGS en Europe dès 1987 (consortium franco-allemand BRGM + GFZ Potsdam, centrale 1,5 MWe depuis 2008).
En France, la filière géothermie profonde est portée par plusieurs acteurs spécialisés. Fonroche Géothermie (Roquefort 47 Lot-et-Garonne, ex-Fonroche Énergie, 50 salariés) est leader privé EGS avec plusieurs projets en Alsace : Rittershoffen 67 (cogénération chaleur 24 MWth fournissant amidonnerie Roquette Beinheim 67 depuis 2016), Reichshoffen 67, et le projet Vendenheim 67 mis en pause après séismes induits de magnitude 3,6 en novembre 2020 et 3,3 en décembre 2020 (forages stoppés par préfecture). ES Géothermie (filiale Électricité de Strasbourg ES groupe EDF, Strasbourg 67, 30 salariés) opère la centrale historique Soultz-sous-Forêts 67 (1,5 MWe + chaleur depuis 2008) et le projet Illkirch-Graffenstaden 67 (cogénération). Storengy (Bois-Colombes 92, filiale Engie, 1 200 salariés, principal stockage gaz France 12 sites souterrains 11 Mds Nm³) opère géothermie basse enthalpie Bassin Parisien (Dogger). CFG Services (Orléans 45, Compagnie Française de Géothermie filiale BRGM créée 1971, 50 salariés) est bureau d'études et opérateur géothermie. Le BRGM Bureau de Recherches Géologiques et Minières (Orléans 45, 1 100 salariés, établissement public) pilote la recherche géothermie France.
Spécifications techniques et procédés de production
Principales technologies et installations de géothermie profonde en France :
Familles de produits et caractéristiques
| Type géothermie | Profondeur | Température | Application et acteur français |
|---|---|---|---|
| Hydrothermale basse enthalpie Dogger | 1 500-2 000 m | 70-85 °C | Réseau chaleur urbain (Île-de-France ~50 doublets, Storengy) |
| Hydrothermale moyenne enthalpie Trias | 2 500-3 500 m | 100-150 °C | Chaleur industrielle et serres (Bassin Parisien) |
| EGS Enhanced Geothermal System Alsace | 4 000-5 000 m | 150-200 °C | Cogénération électricité + chaleur (Soultz 67, Rittershoffen 67) |
| Géothermie volcanique haute enthalpie | 1 000-2 500 m | 200-300 °C | Production électricité turbine vapeur (Bouillante Guadeloupe 971, 15 MWe) |
| Stockage thermique ATES Aquifer | 200-1 000 m | 10-40 °C | Stockage saisonnier chaud/froid bâtiments tertiaires |
| PAC géothermie nappe phréatique | 30-200 m | 10-15 °C | PAC géothermique résidentiel/tertiaire (faible profondeur) |
Grades et conditionnements commerciaux
- Centrale EGS Soultz-sous-Forêts 67 (Bas-Rhin) : pionnier européen géothermie EGS depuis 1987 (consortium franco-allemand BRGM + GFZ Potsdam), 3 puits 5 000 m profondeur, eau extraite 200 °C, centrale ORC 1,5 MWe en production commerciale depuis 2008 opérée ES Géothermie.
- Cogénération Rittershoffen 67 Fonroche : 2 puits 2 500 m profondeur, eau 165 °C, puissance thermique 24 MWth en cogénération depuis 2016, alimente l'amidonnerie Roquette Beinheim 67 (économie 16 000 t CO2/an).
- Centrale Bouillante Guadeloupe 971 : géothermie volcanique haute enthalpie 250 °C, capacité 15 MWe (centrale Bouillante 1 et 2), exploitée Géothermie Bouillante SA (filiale Storengy), fournit 6 % électricité Guadeloupe.
- Doublet géothermique Dogger Bassin Parisien : ~50 doublets installés Île-de-France depuis 1970, profondeur 1 700-1 800 m, eau 65-85 °C, débit 200-300 m³/h, alimente réseaux chaleur urbains (Chevilly-Larue, Champigny-sur-Marne, Bondy 93).
- Projet Vendenheim 67 Fonroche : 2 puits 5 000 m profondeur, démarrage prévu 2020 pour cogénération électricité + chaleur réseau Strasbourg, mis en pause définitivement après séismes induits magnitude 3,6 (4 novembre 2020) et 3,3 (4 décembre 2020), démantèlement en cours.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables à la géothermie profonde :
- Code minier français (Livre Ier Titre VII) : permis de recherche minier géothermie haute température (> 150 °C) et permis exclusif de recherche concession géothermie basse température (< 150 °C).
- ICPE 2920 : Installations de production géothermie haute énergie soumises à autorisation environnementale préfectorale (étude impact, étude dangers, enquête publique).
- Décret n° 2015-15 du 8 janvier 2015 relatif à la sécurité des stockages souterrains de gaz, applicable géothermie EGS par analogie (sismicité induite).
- API Standard 5CT : Specification for Casing and Tubing, normes tubages puits géothermie profonde (acier API J55, K55, L80, N80, P110 selon profondeur).
- ISO 13628 : Petroleum and natural gas industries - Design and operation of subsea production systems, applicable géothermie profonde (équipements wellhead).
- Recommandations BRGM 2021 : Protocoles de surveillance microsismique géothermie EGS (suite séismes Vendenheim 67, capteurs sismiques temps réel, seuils alerte mag 1,5 et arrêt mag 2,0).
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles d'un projet de géothermie profonde haute enthalpie :
Études préalables et permis
Études géologiques et géophysiques (sismique réflexion 2D/3D, magnétotellurique, gravimétrie), modélisation réservoir géothermique, dépôt permis de recherche minier (Préfecture + BRGM), durée 3-5 ans pour obtenir permis.
Forage puits production injection
Forage par derricks pétroliers (Saipem, KCA Deutag, Bauer ou ENGIE Saipem JV) de 2 à 3 puits déviés 3 000-5 000 m profondeur, tubages acier API K55/L80, ciment classe G, durée 4-6 mois par puits, coût 8-15 M€ par puits.
Stimulation réservoir EGS si nécessaire
Si EGS : stimulation hydraulique à haut débit (10-50 L/s sous 10-50 bars surpression) pour ouvrir fractures naturelles, ou stimulation chimique acide (HCl 15 %, HF mud acid) pour dissoudre carbonates, augmentation perméabilité réservoir.
Tests de production et boucle
Tests de production puits (débit 50-300 m³/h selon perméabilité), bouclage entre puits producteur et puits injecteur (eau réinjectée à 60-80 °C après refroidissement), surveillance microsismique continue capteurs réseau.
Échangeurs et turbine ORC
Échangeur de chaleur primaire titane (résistance corrosion eau saumure sulfurée), boucle secondaire fluide organique (pentane, ammoniac, R245fa) en cycle ORC Organic Rankine Cycle, turbine ORC (Turboden Italie ou Ormat Israël) 1-5 MWe rendement 8-12 %.
Production électrique chaleur cogénération
Production électrique injectée réseau RTE (tarif achat géothermie 250-310 €/MWh garanti 15 ans selon décret 2017) ou consommée site industriel, cogénération chaleur (60-120 °C) valorisée en réseau chaleur urbain ou process industriel.
Le marché français
Le marché français de la géothermie profonde est encore modeste (200 M€/an investissements + exploitation) comparé à l'éolien (5 Md€/an) ou solaire PV (3 Md€/an). La géothermie représente 1,7 TWh/an d'électricité (Bouillante Guadeloupe 15 MWe + Soultz 1,5 MWe + Rittershoffen 24 MWth chaleur), soit < 0,1 % de la production électrique France (522 TWh/an). La géothermie basse enthalpie (Dogger Bassin Parisien) alimente une cinquantaine de réseaux chaleur Île-de-France pour 1,5 TWh/an chaleur. Le potentiel théorique français en EGS est élevé (Alsace, Limagne, Bresse, Limousin) mais l'acceptabilité sociale est forte enjeu après les séismes induits Vendenheim 67 (2020-2021).
Fonroche Géothermie (Roquefort 47 Lot-et-Garonne, ex-Fonroche Énergie créé 2008 par Yann Maus, 50 salariés) est leader privé géothermie EGS France avec investissement 300 M€ depuis 2010 et 3 projets opérationnels ou en pause : Rittershoffen 67 (cogénération chaleur 24 MWth depuis 2016 amidonnerie Roquette Beinheim 67, succès commercial), Reichshoffen 67 (en pause), Vendenheim 67 (arrêté définitivement après séismes induits novembre-décembre 2020 magnitude 3,6 et 3,3, démantèlement en cours). ES Géothermie (filiale Électricité de Strasbourg ES, groupe EDF, Strasbourg 67, 30 salariés) opère la centrale historique Soultz-sous-Forêts 67 (1,5 MWe + chaleur depuis 2008, pionnier européen EGS) et le projet Illkirch-Graffenstaden 67 (cogénération en développement). Storengy (Bois-Colombes 92, filiale Engie, 1 200 salariés, principal stockage gaz France 12 sites souterrains 11 Md Nm³) opère géothermie basse enthalpie Bassin Parisien (Dogger) à travers ses filiales.
CFG Services (Orléans 45, Compagnie Française de Géothermie filiale BRGM créée 1971, 50 salariés) est bureau d'études et opérateur géothermie France (200+ projets référencés depuis 50 ans). Le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières, Orléans 45, 1 100 salariés, établissement public à caractère industriel et commercial EPIC sous tutelle Ministère Écologie + Recherche, budget 150 M€/an) pilote la recherche géothermie France avec laboratoire d'étude Géosciences à Orléans 45 et publications cartographiques potentiel géothermique. Géothermie Bouillante SA (filiale Storengy depuis 2016) opère la centrale Bouillante Guadeloupe (15 MWe, projet d'extension à 45 MWe étudié). Le marché européen de la géothermie haute enthalpie est dominé par l'Italie (Larderello Toscane, 800 MWe Enel Green Power), la Turquie (1 700 MWe), l'Islande (750 MWe), tandis que la France reste prudente après Vendenheim 67 (moratoire de fait sur nouveaux projets EGS Alsace 2021-2024).
Applications et débouchés industriels
Programmes publics soutenant la filière géothermie française :
- Décret n° 2017-530 du 12 avril 2017 + arrêté 13 décembre 2016 : tarifs d'achat électricité géothermie 250-310 €/MWh garantis 15 ans (très favorables pour rentabiliser investissements).
- Fonds Chaleur ADEME (350 M€/an) : soutien projets géothermie basse et moyenne enthalpie (réseaux chaleur urbains, industrie, agriculture), subvention 30-50 % CAPEX.
- France 2030 géothermie (50 M€) : volet R&D EGS et amélioration techniques forage, surveillance microsismique, protocoles d'acceptabilité.
- PPE Programmation Pluriannuelle de l'Énergie 2024-2033 : objectif 200 MWe géothermie 2030 (vs 15 MWe actuels Bouillante + Soultz), prudence accrue post-Vendenheim.
- Programme PIA4 Bpifrance : 30 M€ pour démonstrateurs géothermie EGS de nouvelle génération (réduction sismicité induite, fluides supercritiques).
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la géothermie profonde haute enthalpie ?
La géothermie profonde haute enthalpie exploite la chaleur du sous-sol à grande profondeur (3 000 à 5 000 m) où les températures atteignent 150 à 200 °C. Deux approches : 1) Hydrothermale (extraction d'eau chaude naturellement présente dans aquifères profonds Trias ou Dogger), 70-150 °C, applications réseaux chaleur. 2) EGS Enhanced Geothermal System (création artificielle d'un réservoir par stimulation hydraulique des fractures du socle cristallin), 150-200 °C, production électricité via turbine ORC Organic Rankine Cycle (rendement 8-12 %) et cogénération chaleur. Le projet pionnier Soultz-sous-Forêts 67 (Bas-Rhin) a démontré l'EGS en Europe dès 1987 (consortium franco-allemand BRGM + GFZ Potsdam), centrale 1,5 MWe en production depuis 2008. La France dispose d'un potentiel théorique élevé en Alsace, Limagne, Bresse, Limousin, mais l'acceptabilité sociale est forte enjeu après les séismes induits Vendenheim 67 (2020-2021).
Pourquoi le projet Vendenheim 67 a-t-il été arrêté ?
Le projet de géothermie EGS Vendenheim 67 (Bas-Rhin, banlieue nord Strasbourg), porté par Fonroche Géothermie (Roquefort 47) avec investissement 80 M€, prévoyait une cogénération électricité (4 MWe) + chaleur (40 MWth) pour le réseau chaleur Eurométropole Strasbourg à partir de 2 puits 5 000 m profondeur. Les forages et stimulation hydraulique ont déclenché plusieurs séismes induits dans les nappes phréatiques et le socle cristallin alsacien, dont 2 événements majeurs : magnitude 3,6 le 4 novembre 2020 (ressenti largement par population, dégâts mineurs) et magnitude 3,3 le 4 décembre 2020. La préfecture du Bas-Rhin a ordonné l'arrêt définitif du projet en décembre 2020 et le démantèlement complet (encore en cours 2024). Le sinistre a coûté ~20 M€ à Fonroche (assurances + procédures judiciaires plaintes habitants), provoqué un moratoire de fait sur les nouveaux projets EGS en Alsace, et conduit le BRGM à renforcer les protocoles de surveillance microsismique (capteurs temps réel, seuils alerte magnitude 1,5 et arrêt magnitude 2,0).
Qui sont les acteurs français de la géothermie profonde ?
Fonroche Géothermie (Roquefort 47 Lot-et-Garonne, 50 salariés) est leader privé EGS France avec investissement 300 M€ depuis 2010 et 3 projets en Alsace : Rittershoffen 67 (cogénération 24 MWth opérationnelle depuis 2016, amidonnerie Roquette Beinheim 67), Reichshoffen 67 (en pause), Vendenheim 67 (arrêté définitivement après séismes 2020). ES Géothermie (filiale Électricité de Strasbourg ES groupe EDF, Strasbourg 67, 30 salariés) opère la centrale historique Soultz-sous-Forêts 67 (1,5 MWe depuis 2008, pionnier européen EGS) et le projet Illkirch-Graffenstaden 67. Storengy (Bois-Colombes 92, filiale Engie, 1 200 salariés, principal stockage gaz France) opère géothermie basse enthalpie Bassin Parisien et la centrale Bouillante Guadeloupe (15 MWe géothermie volcanique). CFG Services (Orléans 45, Compagnie Française de Géothermie filiale BRGM, 50 salariés) est bureau d'études et opérateur géothermie. Le BRGM (Orléans 45, 1 100 salariés, EPIC) pilote la recherche géothermie France.
Quel est le potentiel français en géothermie profonde et le tarif d'achat ?
Le potentiel théorique français en géothermie EGS est élevé : fossé rhénan Alsace (1 500 MWe potentiels), Limagne Auvergne (500 MWe potentiels), Bresse Bourgogne (300 MWe), Limousin Massif Central (200 MWe), mais ce potentiel est largement non exploité (15 MWe actuels Bouillante + Soultz). Les tarifs d'achat électricité géothermie sont très favorables (décret n° 2017-530 du 12 avril 2017 + arrêté 13 décembre 2016) : 250-310 €/MWh garantis 15 ans (vs 50-70 €/MWh éolien terrestre, 65-80 €/MWh solaire PV) pour rentabiliser les investissements lourds (15-30 M€ par MWe installé). Pour la géothermie basse enthalpie (chaleur réseaux urbains Dogger Bassin Parisien), le Fonds Chaleur ADEME (350 M€/an) finance 30-50 % CAPEX. Le PPE Programmation Pluriannuelle de l'Énergie 2024-2033 fixe un objectif modeste de 200 MWe géothermie 2030 (vs 15 MWe actuels), reflétant la prudence accrue post-Vendenheim 67. La filière emploie environ 2 000 personnes en France 2024.