La géothermie de surface dans l’attente d’un plan ambitieux

La géothermie dite de « surface » aidera-t-elle à atteindre l’objectif de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) en France, à savoir 38 % de chaleur consommée d’origine renouvelable en 2030 ? Alors que cette part atteignait difficilement les 23 % fin 2020, cette solution méconnue, coûteuse au départ en investissement, faisait encore récemment figure de vilain petit canard de la transition énergétique. Elle pourrait pourtant prendre son envol dans un contexte de renchérissement des prix du gaz et de l’électricité. L’énergie géothermique offrirait en effet un potentiel quasi illimité et non intermittent grâce à l’exploitation des calories renfermées dans le sous-sol, jusqu’à 200 m de profondeur.
Symbole du retour en grâce de cette technologie, le palais de l’Élysée a annoncé récemment que ses murs seraient bientôt chauffés grâce à cette ressource. Depuis la rentrée 2022, le Gouvernement affirme sa volonté d’encourager davantage la géothermie de surface. La ministre de la Transition énergétique, Agnès Pannier-Runacher, a annoncé le 5 décembre dernier devant les députés, un plan national et plusieurs amendements au projet de loi relatif à l’accélération de la production d’énergies renouvelables en sa faveur. Il faut dire que la version initiale du texte actuellement examiné par les parlementaires, ne faisait pas référence à la géothermie… À travers ce plan national, les pouvoirs publics comptent actionner tous les leviers à leur disposition pour booster la filière : adapter l’offre de formation, mobiliser le Fonds Chaleur, bonifier les certificats d’économie d’énergie (CEE), etc. En mars dernier, l’État a d’ailleurs porté les dotations du Fonds Chaleur de 340 à 520 millions d’euros pour 2022.

De la surface à la grande profondeur
Les crises énergétiques demeurent favorables à la géothermie. Le premier choc pétrolier de 1973, puis celui de 1979 avaient ainsi marqué une accélération des projets de géothermie. Cette géothermie dite « profonde », principalement concentrée en Île-de-France, se distingue par la dimension de ses forages. Ces derniers atteignent entre 400 et 2 500 m. Par ailleurs, cette technologie valorise uniquement les calories présentes dans des aquifères, des formations rocheuses perméables dans lesquels circule de l’eau. À l’heure actuelle, ces réseaux de chaleur géothermique « historiques » délivrent chauffage et eau chaude sanitaire à environ 220 000 équivalents logements en région parisienne. La troisième catégorie de géothermie dite « de grande profondeur » est expérimentée en Alsace. Elle repose sur des forages de 4 000 à 6 000 m, où la température de la roche atteint les 200 °C. La récupération de cette énergie permet de produire de l’électricité et du chauffage. Mais cette technologie est confrontée à des problématiques de sismicité.

Une arme puissante

Le 11 octobre, le Haut-commissariat avait annoncé la couleur en dévoilant un rapport intitulé « La géothermie de surface une arme puissante ». Le document évoque « un gisement quasi-inépuisable d’énergie » compatible avec les besoins en matière de chauffage collectif ou individuel, mais aussi de climatisation. « Ce gisement est sous nos pieds : il est contenu dans le sous-sol de nos villes et de nos campagnes, il est gratuit, inépuisable, sans aucune pollution, et il peut à court terme compléter avantageusement ou même se substituer à tous les autres systèmes de production de chaleur ou de froid, en générant de très importantes économies de fonctionnement », détaille François Bayrou, président du Haut-commissariat au plan.
Le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) estime que la géothermie de surface pourrait générer 100 TWh par an d’ici vingt ans. C’est un peu plus que la consommation annuelle française de gaz russe en 2021 et environ un cinquième des besoins du secteur résidentiel dans l’Hexagone. À titre de comparaison, les pompes à chaleur (PAC) géothermiques (PACg) en service en France produisent à l’heure actuelle 4,8 TWh de chaleur renouvelable par an. Astrid Cardona-Maestro, ingénieure à l’Ademe en charge du Fonds Chaleur, est convaincue du potentiel de la géothermie de surface : « Cette technologie bénéficiait déjà d’un regain d’intérêt avant l’avènement de la crise énergétique. Les acteurs de la construction l’avaient identifiée comme une solution capable de les aider à atteindre les objectifs de la réglementation environnementale RE2020. Les professionnels du tertiaire y voient pour leur part un moyen de répondre au dispositif Éco Énergie Tertiaire qui impose un calendrier de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre ». Et de résumer : « La géothermie de surface apparaît comme une technologie éprouvée et mâture aujourd’hui. Les enjeux se situent davantage au niveau de sa massification ».

 

Naissance de France Géoénergie

La profession s’est d’ores-et-déjà mise en ordre de marche. Le Salon des maires et des collectivités locales (SMCL) a vu la naissance le 22 novembre dernier de France Géoénergie, un collectif qui rassemble l’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG), le BRGM, Celsius Energy, Equans, Engie Solutions, Vinci Construction, l’Ademe, la Direction générale de l’énergie et du climat (DGEC) et le Cerema. « France Géoénergie entend jouer un rôle clé dans l’effort de planification énergétique du Gouvernement sur le modèle de l’association France hydrogène. Notre collectif réunit des professionnels du secteur, mais également des maîtres d’ouvrage, des collectivités, des institutions, des foncières immobilières ou encore des majors de la construction. Il est indispensable de jouer collectif pour que la géothermie change d’échelle en France et rattrape le retard pris sur la Suisse ou la Suède », analyse Cindy Demichel, présidente de France Géoénergie. Il faut dire que cette solution est pleine de promesses. Alors que les PACg ne représentent aujourd’hui que 2 % du parc de pompes à chaleur, elles sont plus efficaces que leurs concurrentes aérothermiques (PACa) qui présentent un champ d’utilisation limité. Les PACa sont en effet pénalisées lors des périodes de grand froid, car elles extraient la chaleur de l’air à l’extérieur du bâtiment.

Stockage de chaleur

Par ailleurs, les PACa rejettent de l’air chaud dans l’air ambiant, entraînant une potentielle montée en température des zones urbaines, un phénomène susceptible d’alimenter les îlots de chaleur urbains. « À l’inverse, la géothermie de surface est capable de stocker le surplus de chaleur dans le sous-sol et d’y prélever du froid pour rafraîchir le bâtiment en été. La recharge géothermique qui allie des besoins chauds en hiver et des besoins froids en été permet d’optimiser les performances et le coût de l’installation. Il est aussi possible de réaliser du stockage d’énergie calorifique en couplant des sondes géothermiques avec des panneaux solaires thermiques ou tout autre source de chaleur que l’on viendrait réinjecter dans le sous-sol », indique Christophe Luttmann, vice-président géothermie de surface à l’AFPG.

L’Ademe ouvre dès à présent le chantier de la démocratisation de cette technologie. « Nous allons renforcer l’accompagnement des maîtres d’ouvrage en déployant des animateurs géothermie en région. Six régions sont d’ores et déjà couvertes. Nous voulons également sensibiliser le vivier des bureaux d’études thermiques. En effet, ces acteurs demeurent d’importants prescripteurs. Or tous ne sont pas à l’aise avec la géothermie », remarque l’ingénieure de l'Ademe en charge du Fonds Chaleur.

Une géothermie de surface, plusieurs technologies
À moins de 200 m, la température moyenne du sous-sol est de l’ordre de 12 à 18 °C. La chaleur prélevée nécessite donc, pour être valorisée, que son niveau de température soit relevé, d’où l’emploi de pompes à chaleur géothermiques (PACg). Lorsqu’il s’agit d’alimenter des maisons individuelles, la chaleur est extraite à moins de 10 m de profondeur via des capteurs enterrés horizontaux ou des murs géothermiques verticaux. Pour le résidentiel collectif ou le tertiaire, les solutions géothermiques impliquent la réalisation de forages permettant d’atteindre les 200 m. Deux technologies se partagent le marché. La PACg « sur eau de nappe » et la PACg « sur champ de sondes ». La première permet d’exploiter la chaleur d’un aquifère superficiel. Elle repose sur un forage de production qui achemine l’eau jusqu’à un échangeur thermique. Un second forage, dit de « réinjection », renvoie l’eau dans le sous-sol. En l’absence d’aquifère exploitable, la seconde technologie s’appuie sur des capteurs enterrés ou « champs de sondes ». Elle consiste à faire circuler, en circuit fermé, un liquide caloporteur dans plusieurs sondes verticales, en vue d’échanger l’énergie et de l’acheminer jusqu’à la PAC.

Compétitivité accrue

Si le renchérissement du prix des énergies améliore la compétitivité de la géothermie de surface, les réticences des investisseurs doivent encore être levées. « Auparavant, le retour sur investissement d’une installation géothermique avoisinait dix à quinze ans. Dans les conditions actuelles du marché de l’énergie, ce délai a été divisé par deux. C’est encore trop élevé pour de nombreux professionnels de la construction. Or, il faut considérer le bilan de la géothermie dans son ensemble, dans sa composante énergétique, mais aussi dans sa composante carbone », avertit Emmanuel Gales, directeur du département hydrogéologie de la société Fondasol. Astrid Cardona-Maestro imagine le déploiement d’une offre géothermique en contrat de leasing auprès des particuliers dans laquelle « des tiers financeurs pourraient réaliser l’investissement de départ en contrepartie d’un loyer, sur le modèle de ce qui se fait déjà en matière de chaleur renouvelable dans l’industrie ou les collectivités territoriales ».

Pour sa part, le vice-président de l’AFPG appelle de ses vœux des solutions hybrides dans le tertiaire et le résidentiel : « les forages représentent l’essentiel du surcoût à l’investissement d’une installation. Les maîtres d’ouvrage peuvent maîtriser ce delta en ne traitant qu’une partie de leurs besoins thermiques par la géothermie et en y associant une solution d’appoint : gaz, PAC air-eau, panneaux solaires, etc. Installer 30 à 40 % de la puissance en géothermie permet de couvrir l’essentiel des besoins d’un bâtiment tertiaire. Cette formule bivalente permet d’assurer une bonne empreinte carbone avec un investissement maîtrisé ». Pour rendre cette solution compétitive, l’AFPG promeut les systèmes de boucle d’eau tempérée à énergie géothermique (Beteg). Assimilable à un réseau de chaleur, cette boucle permet de mutualiser les besoins de plusieurs bâtiments, avec l’atout supplémentaire de pouvoir répondre facilement à des besoins de chaud comme de froid.

 

Former des foreurs

L’Association anime plusieurs groupes de travail, notamment sur la rehausse des seuils déclaratifs applicables à la géothermie de surface. En effet, une installation géothermique est soumise à un régime déclaratif (géothermie de minime importance) sous réserve de forer dans un secteur sans risque environnemental significatif, de soutirer une puissance inférieure à 500 kW, de réaliser des ouvrages limités à 200 m et de prélever un débit maximum de 80 m3/h (géothermie sur nappe). Au-dessus de ces seuils, l’installation est soumise à l’octroi d’un titre minier, ce qui est synonyme de coûts et de délais d’instruction plus importants.
Afin de développer davantage la géothermie de surface, l’AFPG souhaite que certains de ces seuils soient reconsidérés à la hausse. Le nombre de foreurs est-il suffisant pour accompagner cette montée en puissance ? Selon le Haut-commissariat au plan, 200 foreurs sont actuellement capables de telles opérations. Il en faudrait entre 1 700 et 2 400 pour atteindre les objectifs de la transition énergétique. En tenant compte des temps de formation, cet effectif pourrait être atteint en sept ans indique le Haut-commissariat. Or, il n’existe à l’heure actuelle aucun cursus dédié sur le territoire. Afin d’accélérer le mouvement, l’École française de forage située à Lescar (Pyrénées-Atlantiques), le BRGM et le Greta-CFA Midi-Pyrénées Ouest ont présenté début décembre 2022 une off re de formation spécialisée. « La grande majorité des sociétés de géothermie en France emploie environ dix salariés pour deux à trois machines de forage. Et on ne compte qu’une dizaine d’entreprises de taille plus conséquente. L’enjeu consiste à passer d’une ère artisanale à une ère de grande production. Or, les capacités en production, en ingénierie et en foreurs capables de faire de la géothermie dans les règles de l’art ne sont pas en ligne avec le marché tel qu’il est attendu dans les prochaines années », regrette le directeur du département hydrogéologie de Fondasol.

Entreprises en ordre de marche

Les entreprises se préparent cependant à accompagner le plan national préparé par le Gouvernement. Fondasol qui réalise l’ingénierie d’une quinzaine de projets de géothermie de surface par an, espère doubler voire tripler ce chiffre. DrillHeat, filiale du groupe Arverne dédiée à la géothermie de surface, se prépare quant à elle à doubler sa capacité industrielle actuellement de trois ateliers de forage. Enfin, pour fiabiliser les forages et optimiser les installations, une cartographie plus fine du territoire français est nécessaire selon le BRGM. Les analyses pourraient faire gagner de l’ordre de 15 % sur le coût d’une installation, estime-t-il. Les coûts en matière d’études et de formation ne sont pas anodins : l’exploration et de l’analyse des gisements de chaleur souterraine devraient mobiliser 12 à 20 M€, tandis que le développement de la formation est estimé à 60 M€. Mais pour atteindre l’objectif de la neutralité carbone en 2050, la solution de la géothermie de surface mérite d’être creusée.

Feuille de route ambitieuse
La marche à franchir pour atteindre l’objectif de 100 TWh par an de chaleur renouvelable grâce à la géothermie de surface est haute. En effet, Les 205 000 PAC géothermiques (PACg) actuellement en service en France représentent 4,8 TWh de chaleur renouvelable (Ademe 2020). Plus de trois-quarts de la puissance est installée dans des maisons individuelles, 16 % dans le résidentiel collectif et 8 % dans le tertiaire. Environ 3 000 PACg sont posées chaque année. La filière ambitionne dans un premier temps de déployer 2,2 TWh supplémentaires d’ici 2028. Mais le Haut-commissariat au plan fixe une feuille de route ambitieuse : « En démarrant l’effort en 2023, la filière peut être en mesure de passer de 3 000 à 200 000 PACg installées en 2030 ».