La quête d’une énergie renouvelable abondante et propre se heurte depuis longtemps à des limites techniques et économiques. Cependant, les avancées récentes du Laboratoire de mécanique expérimentale des roches (LEMR) de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) offrent une lueur d’espoir non négligeable. Cet ouvrage, publié dans Communications naturellesmontrent que même à des profondeurs supercritiques, où la roche devient visqueuse et semi-plastique, il est possible de fracturer des formations géologiques pour permettre à l’eau de circuler. Ce développement pourrait transformer l’énergie géothermique en une Source d’énergie capable de répondre aux besoins énergétiques mondiaux de manière propre et durable pendant des millions d’années.
Potentiel inexploité
La géothermie, bien que connue pour sa stabilité et sa propreté, reste aujourd’hui une Source d’énergie marginale, confinée à des zones géographiques précises comme les régions volcaniques. La principale limitation réside dans la profondeur à laquelle il faut forer pour atteindre les roches chaudes, une opération extrêmement coûteuse et technologiquement complexe. Cependant, sous la surface de la Terre se trouve une Source d’énergie presque infinie : la chaleur interne de la planète. L’exploitation de cette énergie à grande échelle pourrait contribuer à résoudre deux des plus grands défis mondiaux : la crise climatique et la pénurie d’énergie.
Cette ressource est dite supercritique lorsque, à plusieurs kilomètres de profondeur, l’eau atteint des températures supérieures à 400°C, devenant alors un fluide possédant à la fois les propriétés d’un liquide et d’un gaz. Ce fluide supercritique peut transférer beaucoup plus d’énergie que l’eau à des températures plus basses, ce qui pourrait décupler la production d’énergie des centrales géothermiques par rapport aux centrales électriques traditionnelles. Le principal défi réside toutefois dans le forage à ces profondeurs extrêmes.
Atteindre les profondeurs où l’eau devient supercritique est une entreprise gigantesque. Le record de forage actuel est d’environ 12 km, réalisés dans le cadre du puits Kola en Russie. Mais pour exploiter à grande échelle l’énergie géothermique supercritique, il faudrait pouvoir creuser encore plus profondément, souvent à des distances encore inaccessibles avec les technologies de forage actuelles. Si ce type de forage profond est perfectionné, des centrales géothermiques pourraient être installées presque partout sur Terre, par exemple sur des sites abandonnés de centrales au charbon. Ces installations disposent déjà d’infrastructures telles que des connexions au réseau et des turbines à vapeur.
Le rôle clé de la fracturation hydraulique
L’une des questions techniques majeures autour de la géothermie supercritique concerne la capacité à faire circuler l’eau dans des roches très profondes. Les formations rocheuses à ces profondeurs ne se comportent plus comme celles trouvées près de la surface. Au lieu d’être durs et cassants, ils deviennent plus ductiles et se déforment plastiquement. Cette ductilité des roches a longtemps fait penser aux géologues qu’il serait impossible de les fracturer, processus pourtant crucial pour augmenter la surface de contact entre l’eau et les roches.
C’est là que les travaux de l’EPFL, dirigés par Gabriel Meyer, apportent une révélation. En reproduisant en laboratoire les conditions extrêmes de température et de pression rencontrées à ces profondeurs, les chercheurs ont pu observer le comportement de la roche lorsqu’elle passe d’un état fragile à un état ductile. Ils ont utilisé des équipements sophistiqués, notamment un appareil à gaz triaxial et une imagerie 3D utilisant un synchrotron, pour analyser les échantillons de roche sous haute pression.
Les résultats sont surprenants : même si la roche devient plastique, elle conserve la capacité de se fracturer sous certaines conditions, un peu à la manière du « Silly Putty », un matériau à la fois liquide et solide. Si on le laisse reposer, il coule lentement comme un liquide, mais un choc rapide le brise comme du verre. Selon Meyer, «les géologues ont longtemps cru que la limite inférieure de la circulation de l’eau dans la croûte terrestre était le point de transition fragile-ductile. Mais nous avons montré que l’eau peut aussi circuler dans les roches ductiles.»
Perspectives d’avenir
Les découvertes de l’EPFL sont extrêmement prometteuses pour l’avenir de l’énergie géothermique. Des entreprises comme Quaise Energy, une start-up côtière, visent à démontrer qu’au lieu d’utiliser des forets qui se brisent facilement à de telles profondeurs lorsque les températures augmentent, il est possible de forer des super puits géothermiques. en profondeur grâce à la technologie d’accélérateur de particules créée pour le domaine de l’énergie de fusion.
Des entreprises comme Fervo Energy et Sage Geosystems ont déjà démontré l’efficacité de la fracturation hydraulique dans les centrales géothermiques traditionnelles. Avec ces nouvelles avancées, il est concevable que ces techniques puissent être appliquées à des projets de géothermie supercritique, augmentant ainsi de manière exponentielle la production d’énergie.
Par ailleurs, de nouveaux records ouvrent la voie à l’exploitation de l’énergie géothermique à grande échelle.
