Fracking pour la chaleur géothermique au lieu du gaz

L'utilisation de la fracturation hydraulique a libéré de vastes nouvelles réserves de gaz naturel. À présent haute roche , une startup basée à Seattle, développe une technologie qui pourrait faire de même pour les ressources géothermiques, transformant une source d'énergie marginale en une source majeure d'électricité et de chaleur sans carbone aux États-Unis.

Rock On: Un puits géothermique au volcan Newberry dans l'Oregon où une nouvelle technologie de fracturation de la roche a été testée.

Plus tôt cette année, près du volcan Newberry dans l'Oregon, Alta Rock a fait la démonstration d'un élément clé de cette technologie, un processus semblable à la fracturation hydraulique. Tout comme la fracturation hydraulique consiste à pomper un liquide à haute pression dans des formations de schiste souterraines pour libérer le gaz naturel et le pétrole qui y ont été piégés, la nouvelle technologie pourrait libérer la chaleur piégée profondément sous terre. Contrairement à l'énergie solaire et éolienne, cette chaleur serait disponible 24 heures sur 24 et par tous les temps.

Les centrales géothermiques fournissent désormais une infime fraction des besoins énergétiques mondiaux. Aux États-Unis, l'un des plus grands producteurs d'énergie géothermique au monde, la capacité géothermique totale représente environ 1 % de la capacité électrique au charbon du pays.

Le principal problème est que les centrales géothermiques conventionnelles reposent sur une rare combinaison de caractéristiques géologiques. La roche chaude doit être accompagnée de grandes quantités d'eau chaude ou de vapeur qui peuvent facilement être pompées à la surface, où elles entraîneraient des turbines à vapeur pour produire de l'électricité. La formation rocheuse doit être suffisamment poreuse pour que l'eau puisse être continuellement recirculée et réchauffée pour maintenir une centrale électrique en marche. (Les pompes géothermiques sont parfois utilisées pour chauffer et climatiser les maisons, mais elles sont insuffisantes pour produire de l'électricité car elles fonctionnent à des températures beaucoup plus basses.)

Bien que de telles formations soient rares, la quantité de chaleur souterraine est en réalité énorme (voir Abundant Power from Universal Geothermal Energy ). Il y a suffisamment de chaleur piégée sous les États-Unis à une distance de forage (jusqu'à 10 kilomètres de profondeur) pour répondre à ses besoins énergétiques pendant des milliers d'années. AltaRock est l'une des nombreuses entreprises qui tentent de comprendre comment accéder à plus de cette chaleur (voir Cracking Rock to Get More from Geothermal Fields and Using CO2 to Extract Geothermal Energy ).

L'idée de base est de modifier la roche pour permettre à l'eau de s'écouler à travers elle (les chercheurs appellent les réservoirs résultants des systèmes géothermiques améliorés, ou EGS). Cela implique de pomper de l'eau froide dans la roche de la bonne manière pour déclencher les fractures existantes dans la roche pour se dilater et permettre à l'eau de s'écouler. Cela a été essayé à plusieurs reprises dans le passé, avec des efforts qui remontent à des décennies. Mais il a été difficile de faire couler suffisamment d'eau chaude pour justifier les dépenses liées au forage d'un puits et à la construction d'une centrale électrique.

La solution d'AltaRock emprunte une pièce à l'industrie du gaz naturel. L'une des principales avancées qui ont permis aux entreprises de produire des quantités économiques de gaz naturel à partir de roche de schiste est la capacité de fracturer la roche en plusieurs points le long d'un même puits, ce qui réduit le nombre de puits à forer. Ils le font en bouchant temporairement une partie d'un puits afin qu'ils puissent appliquer une pression hydraulique à une section, puis passer à une autre partie.

On sait depuis longtemps que faire la même chose pourrait augmenter la production d'eau chaude d'un puits géothermique. Mais il n'est pas possible d'utiliser les mêmes techniques utilisées dans la fracturation hydraulique pour boucher le puits. Les puits géothermiques sont généralement plus chauds et doivent être conçus pour des débits d'eau plus élevés.

AltaRock a essentiellement inventé une nouvelle prise. Dans un puits près du volcan Newberry, il a démontré qu'il est possible de boucher temporairement un puits géothermique avec un polymère spécial. Le matériau se dégrade après avoir été enfoncé dans la roche chaude pendant un certain temps, permettant à l'entreprise de passer à une autre partie du puits. L'entreprise a fracturé trois zones distinctes d'un puits à l'aide de cette technique. Dans un futur projet commercial, il pourrait en faire sept ou plus par puits, ce qui pourrait réduire considérablement le coût, explique Susan Petty, présidente et directrice de la technologie chez AltaRock. Elle dit que la technologie pourrait être la clé pour rendre EGS compétitif par rapport au charbon.

Mais alors que la technologie AltaRock est une avancée clé, il est encore tôt pour l'énergie géothermique. La technologie d'AltaRock est importante, mais ce n'est qu'une partie du puzzle, dit Testeur de Jefferson , professeur de systèmes énergétiques durables à l'Université Cornell. Il dit qu'il reste plusieurs défis d'ingénierie et que leur résolution nécessitera un financement soutenu, non seulement pour le projet sur lequel AltaRock travaille, mais aussi pour plusieurs autres. Il dit qu'il faut une masse critique de manifestations pour prouver aux entreprises que les centrales géothermiques sont un bon investissement. Il estime qu'il faudra des décennies pour que la géothermie représente même 10 pour cent de la puissance totale aux États-Unis.

Petty dit que le site de Newberry pourrait produire de l'électricité dès 2016, mais beaucoup de travail reste à faire. La prochaine étape pour AltaRock consiste à forer un autre puits à proximité qui recoupera la roche poreuse qu'elle a créée avec sa technique de fracturation. Les ingénieurs pomperont de l'eau dans le premier puits, qui circulera à travers la roche et se réchauffera. Ensuite, il sera pompé du deuxième puits et utilisé pour produire de la vapeur dans une centrale électrique.

Dans les projets EGS antérieurs, plusieurs problèmes sont apparus à ce stade. Parfois, l'eau s'écoule trop vite d'un puits à l'autre et ne chauffe donc pas assez. À d'autres moments, l'eau disparaît dans des crevasses inconnues de la roche, pour ne plus jamais être vue. Pour résoudre ces problèmes, AltaRock développe de nouvelles technologies de surveillance de l'écoulement de l'eau.

AltaRock travaille également avec GE sur un processus amélioré d'utilisation de l'eau chaude pour produire de l'électricité. Il s'agit d'améliorer le transfert de chaleur de l'eau chaude vers un fluide de travail qui entraîne une turbine. L'approche pourrait augmenter encore plus la puissance de sortie d'un site géothermique.

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