Le noyau terrestre est brûlant, autour de 5 000 °C ou plus, et cette chaleur s’échappe en continu vers l’extérieur, entretenue par la désintégration radioactive. Sous nos pieds, la température grimpe en général de 25 à 30 °C par kilomètre. Dans les régions volcaniques comme l’Islande, le Kenya, l’Indonésie ou la Nouvelle-Zélande, cette chaleur affleure presque, et on en tire de l’électricité depuis plus d’un siècle. La chaleur du sous-sol peu profond, elle, peut s’exploiter quasiment partout grâce aux pompes à chaleur. Et une nouvelle génération de techniques de forage pourrait rendre la chaleur profonde accessible bien au-delà des zones volcaniques. Ce guide passe en revue ces trois facettes.
Les ressources géothermiques : toute une gamme de températures
| Ressource | Température | Profondeur | Usage habituel |
|---|---|---|---|
| Sous-sol superficiel | 8–15 °C | 1–200 m | PAC géothermiques pour chauffer et rafraîchir |
| Aquifères basse énergie | 30–100 °C | 0,5–3 km | Réseaux de chaleur, serres, thermalisme, chaleur industrielle |
| Moyenne énergie | 100–180 °C | 1–4 km | Centrales à cycle binaire, cogénération |
| Haute énergie (volcanique) | 180–350 °C+ | 0,5–3 km | Centrales à vapeur flash et à vapeur sèche |
| Roche chaude sèche / EGS | 150–300 °C | 3–7 km | Géothermie stimulée (émergente) |
| Très haute température / supercritique | >374 °C | 2–10 km | Recherche (Iceland Deep Drilling Project) |
Dans la croûte continentale, le gradient géothermique est en moyenne de 25 à 30 °C/km, mais il peut dépasser 50 à 100 °C/km dans les zones volcaniques et de rift. On atteint parfois 150 °C à 2 km en Islande, quand il faut descendre à 5 km dans une grande partie de l’Europe.
Les centrales géothermiques
La première électricité tirée de la vapeur géothermique a été produite à Larderello, en Italie, en 1904. Trois grands types de centrales sont en service aujourd’hui :
- Vapeur sèche : la vapeur du réservoir entraîne directement les turbines. Ces ressources sont rares : Larderello en est une, les Geysers en Californie, le plus grand complexe géothermique du monde, en est une autre.
- Vapeur flash : de l’eau chaude sous haute pression (au-delà de ~180 °C) se vaporise brutalement quand la pression chute. C’est le type le plus répandu.
- Cycle binaire (ORC) : une eau à température modérée (100–180 °C) chauffe un second fluide au point d’ébullition plus bas, qui entraîne la turbine. Le circuit est fermé, les émissions très faibles, et c’est le type qui progresse le plus vite.
Puissance électrique = puissance thermique × rendement de conversion (≈ 8–15% binaire, 15–20% flash)
Exemple : saumure 80 kg/s, 160 °C → 70 °C, c_p ≈ 4.2 kJ/kg·K Thermique : 80 × 4.2 × 90 = 30,240 kW ≈ 30 MW_th Électrique à 12% (binaire) : ≈ 3.6 MW_e
La thermodynamique bride le rendement de conversion (à ces températures, la limite de Carnot n’est que de 20 à 30 %), mais le combustible ne coûte rien. Les centrales géothermiques tournent avec des facteurs de charge de 70 à 95 %, parmi les plus élevés toutes sources confondues, et fournissent une électricité renouvelable pilotable en base.
La puissance installée dans le monde
D’après les données de l’IRENA et de l’AIE, la puissance géothermique installée atteint environ 16–17 GW. Elle produit à peu près 95 à 100 TWh par an, moins de 0,5 % de l’électricité mondiale.
| Pays | Puissance approx. | Part / remarques |
|---|---|---|
| États-Unis | ~3,9 GW | Premier parc ; surtout en Californie et au Nevada |
| Indonésie | ~2,6 GW | Plus gros potentiel au monde (~24 GW estimés) |
| Philippines | ~1,9 GW | ~10 % de l’électricité |
| Turquie | ~1,7 GW | Forte croissance dans les années 2010 |
| Nouvelle-Zélande | ~1,0 GW | ~18–20 % de l’électricité |
| Kenya | ~0,9–1,0 GW | Environ 40–45 % de l’électricité ces dernières années |
| Mexique, Italie, Islande, Japon | 0,4–1,0 GW chacun | L’Islande tire de la géothermie ~30 % de son électricité et ~90 % de son chauffage |
Puissances approximatives (IRENA / ThinkGeoEnergy, 2024–2025). Les centrales sont visibles une par une sur la carte des centrales électriques.
Usage direct : la chaleur géothermique
Utiliser directement la chaleur géothermique est bien plus efficace que de la transformer en électricité. Selon la revue mondiale de Lund et Toth, l’usage direct atteignait environ 1 020 PJ (près de 280 TWh) par an en 2019, plus du double de l’électricité géothermique, dont plus de la moitié grâce aux PAC géothermiques. Les principaux usages :
- Réseaux de chaleur. Reykjavik chauffe environ 90 % de ses bâtiments à l’eau géothermale. La région parisienne puise dans l’aquifère du Dogger depuis les années 1970 et chauffe aujourd’hui ainsi plus de 250 000 logements, et Munich veut que son réseau de chaleur fonctionne en grande partie à la géothermie d’ici 2040.
- Serres et agriculture (Pays-Bas, Kenya, Islande).
- Chaleur industrielle pour le séchage, l’agroalimentaire et la pâte à papier.
- Bains et thermalisme, historiquement le premier usage.
Les PAC géothermiques : la géothermie à la portée de tous
À strictement parler, la chaleur du sous-sol superficiel est surtout de l’énergie solaire stockée, mais on range généralement les pompes à chaleur géothermiques dans la géothermie. À quelques mètres de profondeur, le sol reste toute l’année proche de la température moyenne annuelle de l’air, environ 8 à 12 °C en Europe centrale. Une PAC reliée à une sonde verticale ou à un capteur horizontal y puise de la chaleur en hiver (et peut y rejeter de la chaleur pour rafraîchir en été), avec un SCOP de 3,5 à 4,8.
| Type de capteur | Puissance d’extraction habituelle | Coût d’installation (Europe) |
|---|---|---|
| Sonde verticale (50–200 m) | 40–70 W par mètre | 40–80 € par mètre foré |
| Capteur horizontal (1,2–2 m de profondeur) | 10–35 W par m² de terrain | Plus faible, mais exige beaucoup de surface |
| Pieux énergétiques / fondations | 20–60 W par mètre | Intégrés aux bâtiments neufs |
Une maison type de 10 kW demande environ 150 à 200 m de sonde. Dimensionnez la vôtre avec le calculateur de PAC géothermique et comparez avec les solutions aérothermiques grâce au calcul pompe à chaleur. La Suède, la Suisse et l’Allemagne ont les marchés résidentiels de PAC géothermiques les plus denses.
Les coûts
| Indicateur | Fourchette habituelle |
|---|---|
| Coût installé, centrale électrique | 3 000–6 000 $/kW (IRENA ; davantage pour les petits projets ou les EGS) |
| Part du forage dans le coût | 30–50 % |
| Profondeur et coût d’un puits | 1,5–4 km ; 3–10 millions de $ par puits |
| LCOE, géothermie conventionnelle (moyenne mondiale IRENA, années récentes) | ~0,06–0,07 $/kWh |
| LCOE, EGS (démonstrateurs actuels) | Plus élevé ; objectifs de 0,05–0,07 $/kWh d’ici 2035 (Enhanced Geothermal Shot du DOE : 45 $/MWh) |
| Facteur de charge | 70–95 % |
Le risque d’exploration est le principal obstacle. Un développeur peut dépenser 10 à 30 millions de dollars en puits d’exploration avant de savoir si le réservoir produira. Des mécanismes de partage du risque, comme la Geothermal Risk Mitigation Facility en Afrique de l’Est, aident à franchir le cap. Comparez les coûts avec le calculateur de LCOE.
Les systèmes géothermiques stimulés, une percée possible
La géothermie conventionnelle exige trois conditions réunies au même endroit : de la chaleur, des fractures naturelles et de l’eau. L’EGS fabrique les deux dernières. On fore des puits dans la roche chaude, on y pompe de l’eau sous pression pour ouvrir des fractures, puis on fait circuler un fluide entre puits d’injection et puits de production. Les avancées récentes :
- Le forage horizontal et la stimulation en plusieurs étapes, tous deux empruntés à l’industrie du gaz de schiste, ont fortement réduit la durée et le coût des forages. Le Project Red de Fervo Energy, au Nevada, a commencé à fournir de l’électricité en 2023, et son projet Cape Station de 500 MW dans l’Utah vise une première production vers 2026.
- Le laboratoire de terrain FORGE du DOE américain, dans l’Utah, a relié des puits forés dans du granite à ~230 °C.
- Les « systèmes géothermiques avancés » en boucle fermée font circuler un fluide dans des puits étanches et se passent de toute stimulation.
L’étude GeoVision du DOE américain estime qu’avec de meilleures technologies, la géothermie pourrait fournir 60 GW aux États-Unis d’ici 2050 (environ 8,5 % de la production). Le rapport 2024 de l’AIE avance que la géothermie de nouvelle génération pourrait couvrir jusqu’à 15 % de la hausse de la demande mondiale d’électricité d’ici 2050, si les coûts baissent comme prévu. Un « si » de taille.
Votre région s’y prête-t-elle ?
Le potentiel géothermique dépend de la profondeur à atteindre pour trouver des températures utiles, de la perméabilité de la roche et de la présence d’eau. Quelques repères :
| Contexte | Exemples | Usages géothermiques réalistes |
|---|---|---|
| Arcs volcaniques et rifts | Islande, Kenya (rift est-africain), Indonésie, Philippines, Nouvelle-Zélande, Amérique centrale, Japon | Centrales conventionnelles flash et binaires, chaleur directe |
| Bassins d’extension et aquifères sédimentaires chauds | Bassin pannonien (Hongrie, ouest de la Roumanie), fossé rhénan supérieur, Bassin parisien, molasse bavaroise, ouest de la Turquie | Réseaux de chaleur, centrales binaires, cogénération |
| Croûte continentale stable à gradient modéré | Majeure partie du Royaume-Uni, Scandinavie, est des États-Unis | PAC géothermiques ; chaleur profonde pour les réseaux de chaleur ; EGS à l’avenir |
| Partout | – | PAC géothermiques et stockage saisonnier peu profond |
Les services géologiques nationaux publient des cartes du flux de chaleur et des températures en profondeur, et beaucoup de pays proposent des outils en ligne pour les autorisations de forage et l’aptitude des terrains à la géothermie de surface. Avant de s’engager sur un puits d’exploration pour un projet profond, on réalise en général une étude de faisabilité qui croise les données des forages pétroliers et gaziers existants, les campagnes sismiques et la géochimie. La Hongrie, par exemple, affiche l’un des flux de chaleur les plus élevés d’Europe continentale et chauffe plusieurs villes à l’eau thermale. En Roumanie, Oradea alimente son réseau de chaleur à l’eau géothermale depuis les années 1990.
Pour un particulier, la décision est plus simple. Presque tout jardin assez grand pour une sonde ou un capteur horizontal peut accueillir une PAC géothermique, sous réserve des autorisations locales et des règles de protection des nappes.
Les impacts environnementaux
Émissions. Les centrales binaires n’émettent quasiment rien en fonctionnement. Les centrales flash et à vapeur sèche relâchent des gaz incondensables issus du réservoir, surtout du CO₂ et de l’hydrogène sulfuré. Les émissions d’exploitation se situent généralement entre 5 et 100 g CO₂/kWh, mais certains champs aux réservoirs riches en carbonates, comme dans une partie de l’ouest de la Turquie, dépassent 400 g/kWh. Sur l’ensemble du cycle de vie, les médianes tournent autour de 30–40 g CO₂e/kWh (GIEC). En Islande, le projet CarbFix réinjecte le CO₂ et le H₂S dans le sous-sol, où ils se minéralisent en roche.
Sismicité induite. La plupart des secousses sont trop faibles pour être ressenties, mais des projets EGS ont provoqué des séismes perceptibles : Bâle (2006, M3,4, projet abandonné) et Pohang, en Corée du Sud (2017, M5,5, imputé au projet par une enquête gouvernementale). Les projets actuels misent sur une surveillance en temps réel et des protocoles « feux tricolores » qui réduisent l’injection dès que l’activité sismique s’accélère.
Sol et eau. La géothermie occupe peu de terrain, à peu près autant que le nucléaire par unité d’énergie, voire moins. Les centrales binaires refroidies par air consomment peu d’eau. Certains champs ont connu des affaissements de terrain et des dégâts sur les sources chaudes et les geysers (Wairakei, Nouvelle-Zélande).
Ce qu’il faut retenir
La géothermie est la seule renouvelable qui fournit une production régulière jour et nuit, presque partout sur Terre, mais elle n’est rentable que là où la chaleur est à portée de forage. Pour l’électricité, elle reste une niche, concentrée dans les pays volcaniques. Pour la chaleur, c’est déjà une source majeure dans des endroits comme l’Islande ou la région parisienne, et les PAC géothermiques appliquent le même principe à n’importe quelle maison. Si la géothermie stimulée atteint ses objectifs de coût, elle pourrait devenir une source importante d’électricité propre et pilotable. Voyez quels pays mènent la danse sur la carte mondiale de l’énergie, et simulez la géothermie de surface pour votre logement avec le calculateur de PAC géothermique.
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Questions fréquentes
Quelle part de l’électricité vient de la géothermie ?
La géothermie est-elle une énergie renouvelable ?
Quelle différence entre électricité géothermique et pompe à chaleur géothermique ?
Que sont les systèmes géothermiques stimulés (EGS) ?
La géothermie provoque-t-elle des séismes ?
Combien coûte l’électricité géothermique ?
Sources et références
- AIE (IEA) (2024). The Future of Geothermal Energy
- IRENA : Renewable Power Generation Costs in 2024
- U.S. DOE (2019). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet
- NREL : recherche sur la géothermie et Annual Technology Baseline
- Lund, J. W. & Toth, A. N. (2021). Direct utilization of geothermal energy 2020 worldwide review. Geothermics 90
Les chiffres de ce guide sont des fourchettes habituelles tirées des sources ci-dessus ; les vôtres dépendent du lieu, des prix et du matériel. Utilisez les calculateurs proposés pour une estimation propre à votre site.