Une centrale géothermique produit de l’électricité en exploitant la chaleur naturelle du sous-sol. Le principe repose sur un cycle simple : l’eau souterraine, chauffée par la croûte terrestre, remonte en surface sous forme de vapeur et actionne une turbine reliée à un générateur. Cette technologie transforme une ressource locale et stable en énergie électrique.
Le principe de base : transformer la chaleur en électricité
Une centrale géothermique fonctionne comme n’importe quelle centrale thermique. La différence ? Au lieu de brûler du charbon ou d’utiliser un réacteur nucléaire, c’est la chaleur naturelle de la Terre qui fournit l’énergie nécessaire.
L’eau ou la vapeur géothermique remplace la chaudière. Elle alimente une turbine qui, en tournant, entraîne un alternateur pour produire un courant électrique. Le fluide refroidi est ensuite réinjecté dans le sous-sol pour maintenir l’équilibre du réservoir.
Les quatre étapes du processus
L’infiltration et l’accumulation de l’eau. L’eau de pluie ou de mer s’infiltre dans les fractures de la croûte terrestre. Elle s’accumule dans des réservoirs souterrains appelés nappes aquifères, où elle atteint des températures comprises entre 150 et 350 °C sous l’effet de la chaleur interne du globe.
Le forage et le pompage. Des forages profonds, parfois jusqu’à 2 500 mètres, permettent de puiser cette eau chaude. Pendant sa remontée, la pression diminue progressivement. L’eau se transforme alors en vapeur, un phénomène appelé détente.
L’activation de la turbine. La vapeur sous pression arrive à la surface et est dirigée vers une turbine. La force de la vapeur fait tourner les pales de la turbine à grande vitesse, générant une énergie mécanique.
La production d’électricité. La turbine est couplée à un alternateur qui convertit l’énergie mécanique en courant électrique alternatif. Un transformateur élève ensuite la tension pour permettre le transport via les lignes à haute tension.
Les trois types de centrales géothermiques
Le choix du type de centrale dépend directement de la température et de la nature de la ressource géothermique disponible. Plus la ressource est chaude, moins il faut extraire de fluide pour produire de l’électricité.
Les centrales à vapeur sèche
Ces installations utilisent directement la vapeur naturelle qui remonte du sous-sol. La vapeur traverse la turbine sans transformation préalable. Ce type de centrale nécessite des températures d’au moins 150 °C et une vapeur déjà présente naturellement.
C’est le modèle le plus ancien. La première centrale de ce type a été construite en 1904 en Italie. Le complexe de The Geysers en Californie, le plus grand au monde, fonctionne selon ce principe avec une capacité de 1,5 GW.
Ces centrales restent rares. Elles exigent des conditions géologiques très spécifiques, avec de la vapeur sèche disponible directement dans le réservoir.
Les centrales à vapeur flash
C’est le type le plus répandu actuellement. L’eau chaude sous pression est pompée puis dirigée vers un séparateur. La baisse de pression provoque une vaporisation instantanée d’une partie de l’eau.
La vapeur produite actionne la turbine, tandis que l’eau restante peut subir une seconde détente dans un ballon basse pression pour générer de la vapeur supplémentaire. Ce système à double détente optimise le rendement.
Ces centrales nécessitent des températures minimales de 180 °C. En France, la centrale de Bouillante en Guadeloupe fonctionne sur ce principe. Avec ses deux unités, elle produit 15,5 MW et couvre environ 6 % de la consommation électrique de l’île.
Les centrales à cycle binaire
Ces installations exploitent des ressources à température plus basse, dès 57 °C. Elles utilisent un fluide intermédiaire avec un point d’ébullition très bas, comme l’isobutane ou le pentane.
L’eau géothermique cède sa chaleur à ce fluide via un échangeur thermique. Le fluide se vaporise, actionne la turbine, puis est condensé et recyclé en circuit fermé. L’eau géothermique est réinjectée sans jamais entrer en contact avec le fluide intermédiaire.
Ce système ouvre la voie à l’exploitation de gisements moins chauds. Les centrales à cycle binaire représentent l’avenir de la géothermie dans les zones à gradient géothermique modéré.
Où installer une centrale géothermique ?
La géothermie haute température nécessite des conditions géologiques particulières. Toutes les régions ne disposent pas de ressources exploitables à des températures suffisantes.
Les zones volcaniques offrent le meilleur potentiel. L’activité magmatique réchauffe les nappes aquifères à proximité, créant des réservoirs à très haute température. En France, la Guadeloupe, la Martinique, La Réunion et Mayotte présentent un fort potentiel.
Les fossés tectoniques constituent également des zones favorables. Le fossé rhénan en Alsace permet d’atteindre des températures de 160 °C à 2 500 mètres de profondeur. La centrale de Soultz-sous-Forêt produit 1,7 MW grâce à cette configuration géologique. Le projet ECOGI à Rittershoffen alimente une bioraffinerie industrielle depuis 2017.
Le gradient géothermique varie selon les régions. En moyenne, la température augmente de 1 °C tous les 30 mètres de profondeur. Dans les zones favorables, ce gradient peut atteindre 5 à 10 °C tous les 100 mètres, rendant la production d’électricité viable.
Avantages et limites de cette technologie
Une centrale géothermique fonctionne en continu, 24 heures sur 24. Contrairement aux énergies solaire ou éolienne, elle produit une électricité stable et prévisible. Cette production de base complète parfaitement les sources intermittentes.
Les émissions de CO2 restent faibles : 122,7 g par kWh en moyenne, soit huit fois moins qu’une centrale à charbon. L’énergie provient d’une source locale, sans importation de combustible, ce qui renforce l’indépendance énergétique.
Les limites sont principalement géographiques. La rentabilité d’une installation dépend entièrement des conditions géologiques locales. En France métropolitaine, seule l’Alsace réunit les caractéristiques nécessaires.
Les coûts de forage représentent un investissement initial élevé, entre 5 et 10 millions d’euros par puits selon la profondeur. Les projets de géothermie stimulée (EGS), qui consistent à fracturer les roches pour améliorer la circulation du fluide, peuvent générer des microséismes. Ces risques imposent une surveillance constante et freinent certains développements.
Une technologie mature aux applications ciblées
La géothermie haute température reste une technologie de niche, adaptée aux territoires disposant des bonnes conditions géologiques. En France, le développement se concentre sur les DOM-TOM, où le potentiel est réel. La Guadeloupe pourrait couvrir plus de 30 % de sa consommation électrique grâce à cette ressource d’ici quelques années. En métropole, l’Alsace explore des applications industrielles prometteuses via la géothermie profonde.
