Des kilomètres sous nos pieds : la source d’énergie super chaude qui pourrait tout changer

Les ressources renouvelables ont le potentiel de révolutionner notre système énergétique.

Signe de l’intérêt croissant porté au Saint Graal de l’énergie géothermique – exploiter les roches extrêmement chaudes à des kilomètres sous nos pieds – 18 articles sur le sujet ont été présentés au cours de plusieurs sessions lors d’une récente grande conférence sur l’industrie géothermique dans son ensemble.

« En réduisant les coûts et en rendant l’énergie géothermique à grande échelle disponible presque partout, l’énergie Superhot Rock a le potentiel de perturber et de révolutionner le système énergétique. » C’est ce qui ressort d’une description des sessions sur les avancées technologiques, techniques et géologiques dans la géothermie super chaude présentées lors de la conférence 2023 Geothermal Rising qui s’est tenue sur quatre jours en octobre.

«Pour moi, l’un des points forts de Geothermal Rising 2023 a été l’accent accru mis sur la géothermie par roches superchaudes à travers de multiples présentations du monde entier», explique Matt Houde, co-fondateur et chef de projet chez Quaise Energy.

Houde est co-auteur de deux articles présentés lors de la conférence. Tous deux font état de recherches montrant que la géothermie à très haute température « peut être viable », dit-il. L’un des articles décrit les travaux menés par des chercheurs européens sur les premières simulations informatiques d’un réservoir de système géothermique amélioré (EGS) très chaud, capable d’acheminer l’énergie depuis plus de 10 à 20 km de profondeur, là où les roches peuvent atteindre des températures de plus de 10 km. que 752 degrés Fahrenheit (400^oC).

L’autre article décrit les travaux menés par des chercheurs de TEVERRA, LLC, sur la stabilité d’un puits géothermique s’étendant sur des kilomètres dans la Terre, où les températures extrêmement élevées sont abondantes. Il aborde certains des défis associés au forage et à la production d’énergie géothermique à de telles profondeurs.

Houde a souligné que même si les deux articles « valident certaines de nos hypothèses sur le potentiel d’un réservoir très chaud », des recherches supplémentaires sont nécessaires. « Nous avons besoin de davantage de données expérimentales pour déterminer pleinement la viabilité de la ressource. »

L’énergie en profondeur

Le filon mère de l’énergie géothermique se trouve à environ 2 à 12 miles sous la surface de la Terre, là où la roche est si chaude que si l’eau pouvait être pompée vers la zone, elle deviendrait supercritique, une phase semblable à de la vapeur que la plupart des gens ne connaissent pas. (Les phases familières sont l’eau liquide, la glace et la vapeur qui forme les nuages.) L’eau supercritique, à son tour, peut transporter 5 à 10 fois plus d’énergie que l’eau chaude ordinaire, ce qui en fait une source d’énergie extrêmement efficace si elle pouvait être pompée au-dessus. du sol vers des turbines qui pourraient le convertir en électricité.

Aujourd’hui, nous ne pouvons pas accéder à ces ressources. Le problème numéro un : nous ne pouvons pas approfondir assez loin. Les foreuses utilisées par les industries pétrolières et gazières ne peuvent pas résister aux températures et pressions formidables que l’on retrouve à des kilomètres de profondeur sans devenir exponentiellement plus coûteuses avec la profondeur.

Quaise s’efforce de remplacer les forets conventionnels qui brisent mécaniquement la roche avec l’énergie des ondes millimétriques (cousins ​​des micro-ondes avec lesquels beaucoup d’entre nous cuisinons). Ces ondes millimétriques fondent littéralement puis vaporisent la roche pour créer des trous toujours plus profonds.

À mesure que l’entreprise développe la technologie, elle finance également la recherche fondamentale pour mieux comprendre la dynamique et les conditions associées à l’exploitation de la chaleur profondément sous nos pieds. Carlos Araque, PDG de Quaise, déclare : « Nous ne voulons pas simplement percer un trou aveuglément et espérer le meilleur. Nous voulons nous assurer que nous utilisons les meilleures connaissances et compréhensions humaines pour savoir à quoi nous attendre.

Premières simulations

L’article sur les premières simulations d’extraction de chaleur à des profondeurs de 10 à 25 km a été présenté par son premier auteur, Samuel Scott de l’Institut des sciences de la Terre de l’Université d’Islande. Outre Houde, d’autres auteurs étaient Alina Yapparova de l’Institut de géochimie et de pétrologie de l’ETH Zurich et Philipp Weis du Centre de recherche allemand en géosciences GFZ Potsdam.

Bien que la portée de la présentation de Scott soit limitée car l’article est actuellement en cours de révision par une revue scientifique, il a décrit les fonctionnalités de base des modèles derrière les simulations ainsi que quelques résultats.

Par exemple, a-t-il déclaré, « nos modèles montrent que les systèmes géothermiques améliorés par des roches très chaudes peuvent atteindre une puissance élevée avec une petite empreinte spatiale », ou la quantité de terrain nécessaire au sommet du trou. Plus précisément, a-t-il déclaré, « nous avons constaté que des systèmes hypothétiques impliquant un doublet ou un triplet de puits peuvent fournir une puissance thermique de >100 à 120 MW par puits sur des périodes de plusieurs décennies ». Cela représente 5 à 10 fois plus d’énergie que celle généralement produite aujourd’hui à partir d’un système géothermique conventionnel moins profond, dit Houde, et cette amélioration de la densité d’énergie pourrait rendre la géothermie compétitive par rapport au pétrole et au gaz.

Scott note que ces résultats dépendent des hypothèses du modèle, notamment de l’efficacité de la stimulation hydraulique à de telles profondeurs. En conséquence, lui et ses collègues poursuivent leurs recherches pour affiner les modèles avec davantage de données et de contraintes sur le comportement des roches. Ils se concentrent sur trois paramètres clés : le débit d’eau dans les trous, ou puits de forage ; les réactions chimiques attendues dans le réservoir ; et la mécanique et les fractures des roches à ces profondeurs et températures.

Stabilité du puits de forage

L’article sur la stabilité des puits de forage a été présenté par Jerjes Porlles de TEVERRA, LLC. Ses coauteurs, outre Houde, sont Andrew Madyarov, Joseph Batir et Hamed Soroush, tous de TEVERRA.

Plus précisément, Porlles et ses collègues ont exploré la stabilité d’un puits de forage aux profondeurs ciblées par Quaise pour la production d’énergie géothermique à roches très chaudes. Selon Porlles, « dans cet article, nous avons exploré certaines des dynamiques derrière l’écoulement des fluides et les interactions eau froide-roche dans un forage hypothétique, et aucun des modèles ne montre de problèmes de stabilité du forage ». Cela dit, il a souligné la nécessité de disposer de données supplémentaires, par exemple sur le type de roche et les propriétés des matériaux associés, ainsi que de tests supplémentaires sur les propriétés des matériaux développés au cours du processus de forage à ondes millimétriques développé par Quaise.

Les travaux sur ces deux articles ont été soutenus par Quaise Energy.