Libérer le potentiel mondial de la géothermie : les technologies de nouvelle génération ouvrent de nouvelles voies pour un déploiement à grande échelle.

Débloquer le potentiel mondial de l'énergie géothermique : les technologies de nouvelle génération ouvrent de nouvelles voies pour un déploiement à grande échelle

L'énergie géothermique connaît un tournant historique. Cette énergie propre, autrefois limitée à des ressources géologiques spécifiques, affiche désormais un immense potentiel mondial, grâce aux progrès des techniques de forage issus de la révolution du schiste aux États-Unis. Selon une étude récente de la Carnegie Endowment for International Peace, le potentiel mondial des technologies géothermiques de nouvelle génération n'est désormais dépassé que par celui de l'énergie solaire, devenant ainsi la deuxième source d'énergie renouvelable. Cet article, basé sur cette étude, analyse les percées technologiques, les perspectives de marché et les voies politiques.

Contexte du secteur : de la périphérie au centre

L'énergie géothermique est utilisée depuis plus d'un siècle pour produire de l'électricité à partir de la chaleur interne de la Terre. En 1904, l'Italie a été le premier pays à utiliser la vapeur géothermique pour produire de l'électricité ; par la suite, les États-Unis, la Nouvelle-Zélande, le Japon et d'autres pays ont emboîté le pas. La crise énergétique des années 1970 a poussé l'Islande à développer massivement la géothermie pour se prémunir contre les chocs pétroliers. Fin 2022, la capacité géothermique installée dans le monde était d'environ 16 gigawatts, couvrant au moins 30 pays sur six continents, mais ne représentant qu'environ 0,34 % du mix électrique mondial.

Pendant longtemps, le développement de la géothermie a fortement dépendu des ressources hydrothermales, c'est-à-dire des réservoirs naturels présentant à la fois chaleur, fluide et perméabilité. Cette rareté a concentré les projets géothermiques principalement dans les zones de frontières de plaques, comme la ceinture géothermique du Pacifique ou la vallée du Grand Rift est-africain. Parallèlement, depuis les années 1990, la baisse rapide des coûts du gaz naturel, de l'éolien et du solaire a rendu la géothermie moins compétitive, entraînant une croissance lente des nouvelles installations et des difficultés à réaliser des économies d'échelle dans la fabrication des équipements.

Dynamique actuelle : l'émergence des technologies géothermiques de nouvelle génération

Le tournant vient de l'application transversale des techniques de forage de l'industrie pétrolière et gazière. La maturation de la fracturation hydraulique et du forage horizontal permet désormais de créer artificiellement des réservoirs de chaleur dans les roches chaudes sèches (hot dry rock) : c'est ce qu'on appelle les systèmes géothermiques améliorés (EGS). En outre, les systèmes en boucle fermée (AGS) font circuler un fluide caloporteur dans des puits scellés, sans nécessiter de fluide externe, élargissant encore le champ d'application de la géothermie.

Au cours des années 2010, le Département de l'énergie des États-Unis a accru son soutien à ce domaine, en fournissant des financements de recherche et des terres publiques comme terrains d'essai. Actuellement, les EGS et les systèmes en boucle fermée en sont aux premières phases de démonstration commerciale, avec les premières installations prévues pour être mises en service vers 2026. La technologie géothermique supercritique (superhot rock), qui vise des sources de chaleur profondes au-delà de 375 °C, peut produire par puits plus de dix fois plus d'électricité que la géothermie conventionnelle, mais elle en est encore à un stade précoce de recherche et de développement.

L'étude de la Carnegie Endowment for International Peace a utilisé les données GeoMap™ de Project InnerSpace pour évaluer systématiquement les ressources, les bases industrielles, les politiques et les environnements de marché de 30 pays pays. L'étude montre qu'en plus des pays géothermiques traditionnels comme l'Allemagne, l'Indonésie, le Kenya, le Mexique et la Turquie, l'Australie, la Roumanie, la Colombie et le Vietnam pourraient devenir une deuxième vague d'adoptants ; tandis que la Malaisie, l'Arabie saoudite, la Tanzanie et l'Argentine présentent un potentiel de développement à long terme.Coût : actuellement, le LCOE (coût actualisé de l’électricité) de l’EGS est d’environ 100 à 240 dollars par MWh, proche du niveau des nouvelles centrales nucléaires. Mais selon l’analyse, il pourrait tomber à 80 dollars d’ici 2030, puis à 50 dollars d’ici 2035, où il serait comparable à la production thermique et se situerait entre l’éolien terrestre et l’éolien offshore. Le taux d’apprentissage des premiers projets EGS a déjà atteint 35 %, dépassant même celui des batteries lithium-ion (environ 30 %) et du photovoltaïque (environ 24 %), ce qui indique une marge de réduction des coûts considérable.

Les coûts actuels des systèmes en boucle fermée varient considérablement, allant de 105 dollars par MWh dans les régions à gradient de température élevé à 321 dollars dans les zones moins favorisées. Toutefois, avec une production spécialisée, ils pourraient tomber à 64-160 dollars. Il convient de noter que les systèmes en boucle fermée présentent un avantage unique dans le chauffage urbain : une efficacité thermique pouvant atteindre 90 %, et l’absence de turbine, ce qui permet de réduire les coûts des projets de 30 à 50 %, offrant ainsi une solution alternative aux marchés tels que l’Europe, qui se montrent prudents vis-à-vis de la fracturation hydraulique.

L’impact sur le système énergétique : une flexibilité non négociable

La valeur la plus essentielle de la géothermie réside dans son caractère « flexible et fiable ». Contrairement à l’éolien et au photovoltaïque, affectés par les aléas météorologiques, l’EGS et les systèmes en boucle fermée peuvent fournir une production pilotable 24/7, offrant au réseau une charge de base stable et une capacité de pointe. Cela est particulièrement crucial dans les systèmes à forte proportion d’énergies renouvelables, car cela réduit efficacement la dépendance du système au stockage et à l’ajustement au gaz naturel.

En ce qui concerne la sécurité énergétique, la répartition des ressources géothermiques est bien plus large que celle du pétrole et du gaz ; presque tous les pays disposent de chaleur souterraine exploitable. Cela contribue à réduire la dépendance aux importations d’énergie et à renforcer l’autonomie énergétique. Parallèlement, les projets géothermiques peuvent stimuler la transformation du secteur des services pétroliers et gaziers, offrant des débouchés durables aux chaînes d’approvisionnement existantes comme le forage et la fracturation.

Du point de vue de la chaîne industrielle, le déploiement à grande échelle de la géothermie favorisera l’émergence de la fabrication d’équipements spécialisés, des services sur site, de l’exploration géologique, et stimulera la formation d’ingénieurs. En matière de réduction des émissions de carbone, la géothermie a des émissions sur l’ensemble du cycle de vie extrêmement faibles, et son empreinte au sol est bien inférieure à celle des parcs éoliens et solaires, contribuant ainsi à la décarbonation tout en préservant les ressources foncières.

Les défis à relever : multiples épreuves, de la technique aux institutions

Malgré des perspectives prometteuses, le déploiement mondial de la géothermie de prochaine génération se heurte encore à de nombreux obstacles.

Limites liées aux ressources et à la localisation : Bien que les ressources en roches chaudes sèches soient bien plus abondantes que les systèmes hydrothermaux, elles ne sont pas disponibles partout. L’EGS nécessite des conditions de perméabilité rocheuse spécifiques, et la plupart des ressources à très haute température sont enfouies à de grandes profondeurs, hors d’atteinte des équipements de forage actuels.

Pressions sur les coûts et le financement : Les investissements en exploration et en forage en phase amont sont considérables et les risques sont élevés. Malgré d’excellents taux d’apprentissage, la prime de risque exigée par les marchés de capitaux peut retarder la réalisation des projets. Le financement des premiers projets commerciaux nécessite le soutien des banques de développement et des institutions d’investissement vert.

Incertitudes politiques et réglementaires : De nombreux pays n’ont pas encore établi de cadre réglementaire pour les ressources géothermiques profondes, notamment en ce qui concerne les droits de propriété de l’espace souterrain, les normes environnementales et la responsabilité en cas de risque sismique. Certains pays européens sont très sensibles au risque sismique induit par la fracturation hydraulique, ce qui pourrait limiter le déploiement de l’EGS et ouvrir au contraire une fenêtre de politique publique pour les systèmes en boucle fermée.Ressources en eau et impacts environnementaux : Le processus de fracturation de l'EGS consomme beaucoup d'eau et peut se heurter à une concurrence sur les ressources hydriques dans les régions arides. Par ailleurs, bien que le risque de séismes induits soit extrêmement faible, une surveillance stricte et une communication avec le public sont nécessaires.

Maturité technologique : La durabilité à long terme des systèmes en boucle fermée, la résistance aux hautes températures des matériaux de fond de puits, ainsi que l'efficacité du forage à grande échelle doivent encore être validées. La géothermie supercritique, quant à elle, en est encore au stade du laboratoire et reste loin de la commercialisation.

Perspectives d'avenir : une nouvelle variable dans le paysage énergétique mondial

Les cinq à dix prochaines années constitueront une fenêtre critique pour le passage de la prochaine génération de géothermie de la phase de démonstration à celle du déploiement à grande échelle. Si le coût de l'EGS tombe comme prévu en dessous de 80 dollars par mégawattheure, sa compétitivité sera considérablement renforcée, en particulier dans les régions où les ressources éoliennes et solaires sont instables ou où les terres sont rares. Les systèmes en boucle fermée, eux, pourraient percer d'abord sur le marché européen du chauffage urbain, créant ainsi une niche de marché en boucle fermée.

Sur le plan des tendances d'investissement, les grandes sociétés de services pétroliers et gaziers entrent dans le secteur géothermique grâce à leur avantage technologique en matière de forage, et pourraient répliquer la courbe de baisse des coûts de la révolution du schiste. Le soutien des fonds publics (comme le Département de l'énergie des États-Unis) et des banques multilatérales de développement jouera un rôle de levier en réduisant les risques des projets à un stade précoce. Les recherches de la Carnegie recommandent aux pays d'améliorer la cartographie des ressources, de simplifier les procédures d'autorisation, de mettre en place des mécanismes de partage des risques et de favoriser le transfert de technologies par le biais de partenariats internationaux, à l'instar du partage de connaissances de l'Islande avec le Kenya à l'époque.

D'ici 2040, la prochaine génération de géothermie pourrait devenir une source d'électricité de base propre et incontournable dans le bouquet électrique mondial. Des institutions multilatérales comme l'Agence internationale de l'énergie (AIE) ont déjà intégré la géothermie dans les scénarios de neutralité carbone à long terme, et son attribut d'« électricité sans carbone 24/7 » continuera de gagner en valeur dans un système électrique où la part de l'éolien et du solaire ne cesse d'augmenter. Bien qu'il soit difficile de réaliser une expansion exponentielle comme celle du photovoltaïque, la géothermie, grâce à ses caractéristiques uniques, comblera les lacunes des énergies renouvelables et deviendra un élément clé de stabilité de la transition énergétique.

À court terme, l'Australie, la Roumanie, la Colombie, le Vietnam et d'autres pays pourraient constituer les prochains points de percée ; à long terme, à mesure que la technologie supercritique arrivera à maturité, la couverture mondiale de la géothermie s'élargira encore davantage. La révolution profonde du monde de l'énergie est en train de se produire silencieusement sous nos pieds.