Gradient géothermique
Augmentation de la température avec la profondeur dans la croûte terrestre, d’environ 25 à 30 °C par kilomètre en moyenne loin des limites de plaques tectoniques.
La chaleur s’échappe de l’intérieur de la Terre, issue de la chaleur primordiale résiduelle et de la désintégration radioactive de l’uranium, du thorium et du potassium de la croûte, avec un flux moyen mondial d’environ 87 mW/m² (Davies et Davies 2010). Dans la croûte supérieure, le profil de température suit la loi de Fourier :
où q est le flux de chaleur (W/m²) et k la conductivité thermique de la roche (W/m·K). Avec des valeurs continentales typiques, q ≈ 65 mW/m² et k ≈ 2,5 W/m·K, le gradient avoisine 26°C/km.
Fourchettes typiques :
- Boucliers continentaux stables : 10–20°C/km
- Croûte continentale moyenne : 25–30°C/km
- Bassins sédimentaires à couverture isolante (Bassin parisien, bassin pannonien, fossé rhénan) : 35–60°C/km
- Zones volcaniques et de rift (Islande, rift kényan, Nouvelle-Zélande, Indonésie) : plus de 100°C/km, avec des réservoirs à 250–350°C entre 1 et 3 km
Le gradient fixe la profondeur à atteindre pour une température donnée, et le coût du forage grimpe vite avec la profondeur. Avec 30°C/km en moyenne, il faut descendre à environ 5 km pour trouver les 150°C nécessaires à la production d’électricité ; dans un champ volcanique, moins de 1 km peut suffire. La géothermie hydrothermale électrogène se concentre donc aux limites de plaques, tandis que les régions à faible gradient misent sur les réseaux de chaleur alimentés à profondeur moyenne, les pompes à chaleur géothermiques près de la surface ou la géothermie stimulée.
Termes associés
Tous les termes →- Géothermie stimulée (EGS)
Réservoir géothermique créé en stimulant une roche chaude peu perméable, le plus souvent par fracturation hydraulique ou cisaillement, pour faire circuler de l’eau entre des puits pour en extraire la chaleur.
- Centrale géothermique à cycle binaire
Centrale géothermique où la saumure chaude chauffe un fluide de travail distinct, à bas point d’ébullition, qui entraîne la turbine : on peut ainsi produire à partir de ressources d’environ 100 à 180 °C.
- Pompe à chaleur géothermique (sol-eau)
Pompe à chaleur qui échange de la chaleur avec le sol par des capteurs enterrés ou des sondes verticales, et profite de la température stable du sous-sol pour un rendement saisonnier élevé.
- Réseau de chaleur
Réseau de canalisations isolées qui distribue de l’eau chaude ou de la vapeur produite par des sources centrales vers de nombreux bâtiments, pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
- Facteur de charge
Rapport entre l’énergie réellement produite par une centrale sur une période et celle qu’elle aurait produite en fonctionnant à pleine puissance nominale pendant toute cette période.