Géothermie · Glossaire

La géothermie est l'exploitation technique de la chaleur du sous-sol. En dessous des 10 à 20 premiers mètres, cette chaleur provient surtout du flux de chaleur issu de l'intérieur de la Terre. Il est en grande partie alimenté par la désintégration d'éléments radioactifs naturels présents dans la roche. Dans les premiers mètres, en revanche, le rayonnement solaire, la température de l'air et l'eau d'infiltration déterminent la température du sol. Dans le système énergétique, la géothermie fournit surtout du chauffage des locaux, de l'eau chaude et de la chaleur de process. Elle peut aussi servir au refroidissement. L'électricité ne peut être produite de façon rentable que là où l'eau thermale extraite ou la roche exploitée est assez chaude.

Dans le langage courant, les mots géothermie et chaleur de la Terre sont souvent employés comme synonymes. Sur le plan technique, la chaleur de la Terre est la source de chaleur naturelle. La géothermie est son exploitation technique au moyen de forages, de sondes, de puits, d'échangeurs de chaleur, de pompes, de centrales ou de réseaux de chaleur. La loi allemande d'accélération de la géothermie (Geothermie-Beschleunigungsgesetz) décrit la chaleur de la Terre comme l'énergie stockée sous forme de chaleur sous la surface solide de la Terre.

Géothermie de surface, de moyenne profondeur et profonde

En Europe centrale, la température du sous-sol augmente en moyenne d'environ 3 °C par 100 mètres de profondeur. Cette augmentation s'appelle le gradient géothermique. Il varie nettement selon les régions. Dans le fossé rhénan, par exemple, il est plus élevé. Selon la règle empirique courante, il règne environ 160 °C à 5 000 mètres de profondeur. En Allemagne, la limite de 400 mètres fait référence : jusqu'à 400 mètres, on parle de géothermie de surface, au-delà de géothermie profonde. Le GeoBG utilise la même limite. Dans la pratique, on distingue souvent plus finement. Les forages entre 400 et environ 1 000 à 2 500 mètres relèvent de la géothermie de moyenne profondeur, avec grosso modo 20 à 60 °C. On parle de géothermie profonde au sens strict généralement à partir d'environ 1 000 mètres de profondeur et pour des températures supérieures à 60 °C.

La géothermie de surface utilise des capteurs géothermiques horizontaux, des sondes géothermiques ou des puits de nappe phréatique. À environ 100 mètres de profondeur, le sous-sol est chaud toute l'année, à environ 10 à 12 °C. Jusqu'à 400 mètres, la température monte à environ 25 °C au maximum. Pour que cette chaleur suffise au chauffage, une pompe à chaleur la porte au niveau de température nécessaire. Le bon fonctionnement d'une installation dépend de la nature du sol, de la nappe phréatique, de la surface disponible, de la profondeur de forage, de l'espacement des sondes et du bâtiment. Si une maison mal isolée doit être chauffée avec une température de départ élevée, la pompe à chaleur consomme plus d'électricité que dans un bâtiment équipé d'un chauffage par surface. En été, le sous-sol peut servir au refroidissement passif. La chaleur ainsi évacuée contribue en même temps à régénérer le sol.

La géothermie profonde exige davantage d'infrastructures. La forme la plus répandue est la géothermie hydrothermale. Elle fonctionne le plus souvent avec un doublet composé d'un forage de production et d'un forage d'injection. L'eau thermale chaude est extraite d'une couche rocheuse aquifère, cède sa chaleur via un échangeur de chaleur et est réinjectée refroidie dans la même couche. La réinjection soutient la pression dans le réservoir et limite l'atteinte portée au bilan hydrique. L'exploitation hydrothermale donne accès à de l'eau thermale d'environ 40 à bien au-delà de 100 °C. En Bavière, les gisements typiques se situent à 2 000 à 4 000 mètres de profondeur, à environ 100 à 150 °C. Il existe en outre des systèmes fermés comme les sondes géothermiques profondes. Il existe aussi des procédés pétrothermaux, dans lesquels une roche chaude et peu perméable est exploitée artificiellement. Si l'eau n'est pas assez chaude, des pompes à chaleur de grande puissance portent la température au niveau d'un réseau de chaleur.

Grandeurs caractéristiques et unités

La puissance thermique d'une installation s'exprime en kilowatts ou en mégawatts thermiques. Elle indique la quantité de chaleur que l'installation peut fournir à un instant donné. La quantité de chaleur fournie sur une période se mesure en kilowattheures, en mégawattheures ou en gigawattheures. Pour la production d'électricité s'ajoutent la puissance électrique et l'énergie électrique produite. La puissance thermique d'une installation hydrothermale découle surtout de deux grandeurs : le débit d'extraction et la différence de température entre l'eau extraite et l'eau réinjectée. C'est pourquoi une température de retour basse dans le réseau raccordé est si précieuse. Un forage à haute température mais à faible débit d'eau peut fournir moins de puissance qu'un site à température modérée mais à débit durablement élevé. Pour la rentabilité comptent en outre les heures de fonctionnement par an et les besoins en électricité des pompes.

Importance pour l'approvisionnement en chaleur et le système électrique

En Allemagne, le plus grand potentiel de la géothermie se situe dans le secteur de la chaleur. Le Bundesverband Geothermie, une association professionnelle, estime le potentiel de la géothermie profonde à au moins 100 à 300 TWh par an. Ce serait plus d'un quart des besoins annuels de chaleur. De telles valeurs de potentiel ne sont pas une prévision du développement effectif. Lorsque la chaleur géothermique remplace le gaz ou le fioul, leur consommation diminue. Avec la géothermie de surface, la consommation d'électricité augmente certes du fait de la pompe à chaleur. Mais la chaleur fournie dépasse nettement l'énergie électrique utilisée. Ce rapport sur une année s'appelle le coefficient de performance annuel. Il est d'autant plus favorable que la température de départ nécessaire est basse et que la température de la source est stable. Le sol est plus chaud que l'air extérieur en hiver. C'est là que réside l'avantage d'efficacité par rapport aux pompes à chaleur air-eau.

La géothermie joue aussi un rôle pour la flexibilité. Les pompes à chaleur à sondes géothermiques peuvent être exploitées de façon décalée dans le temps avec un stockage de chaleur. Les installations de géothermie profonde au sein d'un réseau de chaleur sont les plus rentables lorsqu'elles fonctionnent le plus grand nombre d'heures possible par an. Elles couvrent alors la chaleur de base constante. Les stockages et les chaudières pour la charge de pointe absorbent les journées froides et les fluctuations quotidiennes.

L'électricité géothermique est souvent qualifiée de pilotable en base. Le mot charge de base induit en erreur si on le comprend comme signifiant qu'une installation devrait fonctionner en permanence à pleine puissance, indépendamment de la demande. La géothermie ne dépend pas de la météo et peut produire de façon très régulière. La manière judicieuse de l'exploiter dépend toutefois des prix de l'électricité, du débit de chaleur, de la maintenance, de l'électricité de pompage et des limites techniques. Aux températures modérées habituelles en Allemagne, le rendement électrique est faible. Une installation de cogénération répartit alors la chaleur entre la production d'électricité et le réseau de chaleur. Une installation n'est pas utile au système du seul fait qu'elle fonctionne régulièrement. Elle le devient lorsque son exploitation est adaptée à la demande, aux congestions du réseau, aux stockages et aux règles du marché.

Idées reçues courantes

La géothermie serait disponible partout de la même façon : il y a de la chaleur partout dans le sous-sol, mais pas partout sous une forme techniquement et économiquement exploitable. Pour la géothermie profonde, la température, la perméabilité de la roche, la circulation de l'eau et la chimie de l'eau thermale doivent concorder. L'exploration et la connaissance du site sont donc la condition de tout projet.
La géothermie serait sans risque parce qu'elle est renouvelable : des installations de surface mal planifiées peuvent endommager la nappe phréatique, mettre en communication des couches aquifères ou affecter des installations voisines. La géothermie profonde peut déclencher des événements sismiques perceptibles, surtout lorsque les conditions de pression dans le sous-sol changent. Cela vaut tout particulièrement pour les procédés pétrothermaux avec stimulation. L'autorisation, la surveillance, la technique de forage et la conduite d'exploitation font donc partie intégrante de l'installation.
La chaleur serait gratuite : la source ne coûte rien, mais son exploitation coûte cher. Pour la géothermie profonde, les coûts élevés interviennent au départ, pour l'exploration, les forages, les tests, la construction de l'installation et le raccordement au réseau. S'y ajoute le risque géologique : une grande partie de l'investissement est dépensée avant que l'on sache quelle puissance est durablement atteignable. Si le projet réussit, les coûts courants sont faibles. Il faut toutefois de l'électricité de pompage.
La géothermie serait automatiquement sans émissions : en fonctionnement, les émissions de CO₂ sont généralement très faibles. Le bilan climatique inclut cependant aussi les forages, les matériaux de construction, l'électricité de pompage, le fluide frigorigène de la pompe à chaleur et les gaz pouvant être dissous dans l'eau thermale. Pour la géothermie de surface, le bilan dépend en outre du mix électrique et de l'efficacité de la pompe à chaleur.

Cadre juridique en Allemagne (à la date de novembre 2026)

Selon l'article 3, alinéa 3, n° 2b de la loi fédérale sur les mines (BBergG), la chaleur de la Terre à partir de 400 mètres de profondeur est une ressource minérale libre (bergfreier Bodenschatz). Elle n'appartient donc pas au propriétaire du terrain. Quiconque veut la rechercher a en principe besoin d'un permis de recherche au titre de l'article 7 BBergG. Quiconque veut l'extraire a besoin d'une concession au titre de l'article 8 BBergG. S'y ajoutent des plans d'exploitation et souvent un suivi sismique. La chaleur de la Terre provenant de profondeurs moindres relève surtout du droit de l'eau, en règle générale examiné par l'autorité inférieure de l'eau. S'y ajoutent des exigences de droit de la construction et des prescriptions des Länder. Indépendamment de sa finalité, tout forage de plus de 100 mètres de profondeur doit être déclaré à l'autorité minière en vertu de l'article 127 BBergG. L'autorité minière peut exiger un plan d'exploitation au cas par cas. Le détail des procédures diffère selon le Land.

La loi d'accélération de la géothermie (GeoBG) s'applique depuis le 23 décembre 2025. Elle couvre l'autorisation des installations de géothermie profonde et de surface, des pompes à chaleur, des stockages de chaleur et des conduites de chaleur. Selon l'article 4, la construction et l'exploitation de ces installations relèvent, jusqu'à la neutralité en gaz à effet de serre visée en 2045, de l'intérêt public majeur. Elles doivent être prises en compte en priorité lors des pesées d'intérêts. La pesée face aux intérêts de la défense nationale et de la défense de l'alliance est exclue. La loi facilite en outre le début anticipé des travaux. L'opposition et le recours en annulation contre les autorisations n'ont pas d'effet suspensif. Le tribunal administratif supérieur (Oberverwaltungsgericht) statue en première instance sur les recours relatifs aux installations de géothermie profonde. Les propriétaires doivent tolérer les explorations sismiques au moyen de camions vibrateurs et sont indemnisés à ce titre. La règle spéciale de protection de la nature applicable à de telles mesures, à l'article 6, s'applique depuis le 22 juin 2026. La loi transpose des exigences de la directive européenne sur les énergies renouvelables (UE) 2023/2413. Elle accélère les procédures, mais ne remplace ni l'examen de la protection des eaux souterraines ni l'autorisation au titre du droit minier.

Mise en perspective communale et économique

Pour la planification communale de la chaleur, la géothermie est intéressante parce qu'elle exploite des sources de chaleur locales. Un réseau de chaleur alimenté par la géothermie peut approvisionner de nombreux bâtiments sans que chaque maison ait besoin de son propre forage ou de sa propre pompe à chaleur. Pour cela, la demande de chaleur doit être suffisamment dense dans la zone du réseau. Dans les zones peu denses, les pompes à chaleur décentralisées à sondes géothermiques sont souvent plus rentables. Dans les quartiers denses et chez de grands consommateurs comme les hôpitaux, les piscines ou l'industrie, la géothermie profonde peut former l'épine dorsale d'un réseau.

La comparaison avec d'autres sources de chaleur renouvelables aide aussi à situer la géothermie. La solaire thermique fournit une production fortement dépendante des saisons. La biomasse peut être stockée, mais elle est limitée par les surfaces et la concurrence d'usages. La chaleur fatale dépend de l'industrie, des centres de données ou des eaux usées. La géothermie peut être une source locale constante. Elle est toutefois liée au site, et la chaleur ne peut pas, contrairement à l'électricité, être transportée sur de longues distances avec peu de pertes. Pour une ville, un projet géothermique peut être très précieux, tandis qu'il ne joue guère de rôle pour la région voisine sans réseau adapté. La géothermie n'est donc pas une technique de substitution universelle, mais une famille de procédés. Sa valeur résulte de l'interaction entre sous-sol, demande, réseau, financement et exploitation.

Sources

Gesetz zur Beschleunigung des Ausbaus von Geothermieanlagen, Wärmepumpen, Wärmeleitungen und Wärmespeichern (Geothermie-Beschleunigungsgesetz – GeoBG) — Bundesministerium der Justiz / Bundesamt für Justiz (gesetze-im-internet.de); 2025-12-22. Fußnote zum Inkrafttreten; §§ 2–7, 9, 10
Geothermie — Regierungspräsidium Darmstadt (Bergbehörde Hessen); unbekannt. Abschnitt Was ist Geothermie und rechtliche Hinweise
UmweltWissen: Erdwärme – die Energiequelle aus der Tiefe — Bayerisches Landesamt für Umwelt; unbekannt. Abschnitte geothermischer Gradient und tiefe Geothermie
Tiefe Geothermie — Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen; unbekannt. Einleitung und Abschnitt Hydrothermale Nutzung
Wärmeversorgung mit Mitteltiefer und Tiefer Geothermie – Schritt für Schritt — Bundesverband Geothermie e. V.; 2026 (genaues Datum unbekannt). Einleitungsteil, Grafik zu Tiefenstufen

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 12.11.2026 05:05