L’énergie géothermique – la chaleur sous nos pieds – a le potentiel de « transformer le paysage énergétique américain », selon le ministère américain de l’Énergie. Mais il y a des défis en cours de route. Crédit : Quaise Energy
L’exploitation de la chaleur sous nos pieds comme forme d’énergie propre et renouvelable suscite une attention croissante à mesure que le monde s’oriente vers des alternatives aux combustibles fossiles dans la lutte contre le changement climatique. Un rapport de 58 pages publié le 18 mars par le Département américain de l’Énergie se concentre sur « le potentiel de l’énergie géothermique de nouvelle génération pour transformer le paysage énergétique américain ».
Mais il y a du travail à faire.
Dans un article présenté le mois dernier (février) à l'Université de Stanford, un scientifique en géothermie avec 16 ans d'expérience dans le domaine a décrit les lacunes en matière de recherche et de développement qui doivent être comblées avant que cette ressource puisse potentiellement alimenter la planète. Cela dit, « les outils nécessaires pour résoudre les défis scientifiques et techniques sont disponibles. C'est une question de collaboration internationale et multidisciplinaire, d'intégration de systèmes et de projets de démonstration », a déclaré Trenton T. Cladouhos.
Cladouhos, qui a récemment rejoint Quaise Energy en tant que vice-président du développement des ressources géothermiques, a co-écrit l'article avec Owen A. Callahan d'En Échelon Geosolutions. L'œuvre a été présentée au 49ème Stanford Geothermal Workshop, un rassemblement annuel d'experts en géothermie du monde entier, qui, selon Cladouhos, était « le plus grand jamais organisé ».
Il a poursuivi : « L'industrie s'efforce de libérer le potentiel de la géothermie à toutes températures et dans tous les lieux. Cela n’a jamais été un meilleur moment pour travailler dans l’industrie géothermique.
Énergie de roche superchaude
Les remarques de Cladouhos se sont concentrées sur les défis associés à l'extraction de la chaleur loin sous terre, où se trouvent des roches très chaudes à des températures supérieures à 707 degrés. Fahrenheit (375 °C). L’eau acheminée dans ces zones deviendrait supercritique. Cette phase semblable à de la vapeur 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 acheminée vers des turbines qui la convertissent en électricité.
« La récupération de seulement 2 % de l'énergie thermique stockée dans des roches chaudes situées entre 3 et 10 km (2 à 12 miles) sous la zone continentale des États-Unis équivaut à 2 000 fois la consommation d'énergie primaire des États-Unis » par an, écrivent lui et Callahan dans leur article.
L’un des principaux problèmes à cette fin est simplement d’y parvenir. Les foreuses utilisées par les industries pétrolières et gazières ne sont pas conçues pour résister aux températures et aux pressions extrêmes, à des kilomètres de là où se trouve le filon mère de l'énergie géothermique. C'est pourquoi Quaise travaille sur une toute nouvelle façon de forer en utilisant l'énergie des ondes millimétriques (cousines des micro-ondes avec lesquelles beaucoup d'entre nous cuisinons) qui peuvent littéralement faire fondre et vaporiser la roche. L'approche hybride de Quaise utiliserait des technologies de forage conventionnelles près de la surface (ce pour quoi elles ont été optimisées), suivies d'ondes millimétriques pour traverser le socle rocheux en dessous.
Mais puiser dans le rock super chaud n’est que le premier défi. Extraire la chaleur est un casse-tête au moins aussi difficile que d'y parvenir, a déclaré Cladouhos.
Des chercheurs du monde entier travaillent sur des systèmes géothermiques techniques (EGS), essentiellement des radiateurs ou échangeurs de chaleur souterrains, qui visent exactement cela. Il existe diverses approches développées et utilisées sur le terrain par des sociétés telles que Eavor et Fervo Energy, mais aucune n'a été démontrée à des températures supérieures à environ 200 °C. °C.
« Si nous voulons vraiment que la géothermie change la donne, nous devons fonctionner à des températures extrêmement élevées, soit au-dessus de 375°C. °C », a déclaré Cladouhos.
Combler les lacunes en matière de R&D
Entre en jeu la nécessité d’adaptations aux systèmes EGS existants ou même d’approches complètement nouvelles. Le discours de Cladouhos a abordé 14 lacunes en matière de recherche et de développement qui doivent être comblées pour y parvenir. Ceux-ci sont organisés en trois catégories : science fondamentale, outils et infrastructures, et technologie de stimulation et de réservoir.
L’une des principales lacunes réside dans le besoin de disposer de davantage de données sur la mécanique des roches à des profondeurs et des pressions extrêmes. Ces données permettront à leur tour aux scientifiques géothermiques de mieux modéliser ces systèmes. Heureusement, « nous pouvons apprendre en observant des roches qui étaient autrefois écroulées dans ces conditions extrêmement chaudes, mais qui sont maintenant exposées à la surface ou dans des mines », a déclaré Cladouhos.
Un autre exemple concerne la conception de la stimulation ou la manière de créer le système le plus économique pour déplacer l’eau à travers des roches très chaudes afin de capter leur énergie. Par exemple, certains des systèmes géothermiques peu profonds utilisés aujourd’hui impliquent la création de fractures dans la roche, ce qui crée une plus grande surface de transfert de chaleur. Mais fracturer la roche à des profondeurs et à des températures extrêmement élevées « est une autre inconnue », a déclaré Cladouhos.
Une troisième lacune concerne la complétion des puits ou la manière de stabiliser les puits exposés aux conditions ultra difficiles associées à la ressource. Les puits forés à des températures très élevées dans des pays comme l’Islande, le Japon, les États-Unis et l’Italie ont tous fini par échouer.
Un processus itératif
Cladouhos a souligné que les investisseurs doivent comprendre que le chemin pour accéder à la roche super chaude sera itératif. «Le premier projet EGS de roches superchaudes comblera de nombreuses lacunes dans les connaissances et en révélera probablement de nouvelles. Atteindre nos objectifs commerciaux nécessitera un processus itératif de développement technologique et de tests sur le terrain », a-t-il déclaré.
Néanmoins, Callahan et lui sont optimistes quant au succès : « Bien que la géothermie à roches très chaudes repoussera les limites de nombreux outils souterrains et dépasse les limites des projets hydrothermaux et EGS actuels, il convient de noter que les humains utilisent régulièrement et en toute sécurité des équipements qui contiennent des matériaux au-dessus de la surface. 375 °C. Les centrales électriques au charbon brûlent à 550 °C, centrales nucléaires à 700 °C, et fours à pizza à 400 °C… Nous pouvons concevoir des équipements pour accéder, contenir et extraire l’énergie de la ressource mondiale (roches superchaudes) – les ingénieurs et les scientifiques ont besoin d’incitations pour le faire.
L'article de Stanford a été commandé par le Clean Air Task Force et comprend les contributions de Terra Rogers et Bruce Hill du CATF.
