La promesse de l'énergie géothermique

Alors que les coûts du carburant et de l'électricité augmentent, la géothermie a un avenir prometteur. La chaleur souterraine peut être trouvée n'importe où sur Terre, pas seulement là où le pétrole est pompé, le charbon est extrait, où le soleil brille ou où le vent souffle. Et il produit 24 heures sur 24, tout le temps, avec relativement peu de gestion nécessaire. Voici comment fonctionne l'énergie géothermique.

Peu importe où vous êtes, si vous percez la croûte terrestre, vous finirez par heurter une roche chauffée au rouge. Les mineurs ont d'abord remarqué au Moyen Âge que les mines profondes étaient chaudes au fond, et des mesures minutieuses depuis ce temps ont constaté qu'une fois que vous avez passé les fluctuations de surface, la roche solide se réchauffe progressivement avec profondeur. En moyenne, cela gradient géothermique est d'environ un degré Celsius pour 40 mètres de profondeur ou 25 ° C par kilomètre.

Mais les moyennes ne sont que des moyennes. En détail, le gradient géothermique est beaucoup plus élevé et plus bas à différents endroits. Les gradients élevés nécessitent l'une des deux choses suivantes: du magma chaud s'élevant près de la surface ou des fissures abondantes permettant aux eaux souterraines de transporter efficacement la chaleur à la surface. L'un ou l'autre est suffisant pour la production d'énergie, mais avoir les deux est préférable.

Le magma monte là où la croûte est étirée pour la laisser remonter - en zones divergentes. Cela se produit dans les arcs volcaniques au-dessus de la plupart des zones de subduction, par exemple, et dans d'autres zones d'extension crustale. La plus grande zone d'extension au monde est le système de crêtes du milieu de l'océan, où le célèbre, brûlant fumeurs noirs sont trouvés. Ce serait formidable si nous pouvions puiser la chaleur des crêtes qui s'étalent, mais cela n'est possible que dans deux endroits, l'Islande et le Salton Trough de Californie (et Jan Mayen Land dans l'océan Arctique, où personne ne vies).

Les zones de diffusion continentale sont la deuxième meilleure possibilité. De bons exemples sont la région du bassin et de la chaîne dans la grande vallée du Rift en Afrique de l'Ouest et de l'Est américain. Ici, il existe de nombreuses zones de roches chaudes qui recouvrent de jeunes intrusions de magma. La chaleur est disponible si nous pouvons y arriver par forage, puis commencez à extraire la chaleur en pompant l'eau à travers la roche chaude.

Les sources chaudes et les geysers à travers le bassin et la chaîne de distribution soulignent l'importance des fractures. Sans les fractures, il n'y a pas de source chaude, seulement un potentiel caché. Les fractures soutiennent les sources chaudes dans de nombreux autres endroits où la croûte ne s'étire pas. Les célèbres sources chaudes de Géorgie en sont un exemple, un endroit où aucune lave n'a coulé depuis 200 millions d'années.

Les meilleurs endroits pour exploiter la chaleur géothermique ont des températures élevées et des fractures abondantes. Profondément dans le sol, les espaces de fracture sont remplis de vapeur pure surchauffée, tandis que les eaux souterraines et les minéraux dans la zone plus froide au-dessus scellent la pression. Exploiter l'une de ces zones de vapeur sèche, c'est comme avoir une chaudière à vapeur géante à portée de main que vous pouvez brancher sur une turbine pour produire de l'électricité.

Le meilleur endroit au monde pour cela est hors limites - le parc national de Yellowstone. Il n'y a aujourd'hui que trois champs de vapeur sèche produisant de l'électricité: Lardarello en Italie, Wairakei en Nouvelle-Zélande et The Geysers en Californie.

D'autres champs de vapeur sont humides - ils produisent de l'eau bouillante ainsi que de la vapeur. Leur efficacité est inférieure à celle des champs de vapeur sèche, mais des centaines d'entre eux continuent de faire des bénéfices. Un exemple majeur est le champ géothermique de Coso dans l'est de la Californie.

Les centrales d'énergie géothermique peuvent être démarrées dans la roche sèche chaude simplement en la forant et en la fracturant. Ensuite, l'eau y est pompée et la chaleur est récupérée dans de la vapeur ou de l'eau chaude.

L'électricité est produite soit en faisant clignoter l'eau chaude sous pression en vapeur à des pressions de surface, soit en en utilisant un deuxième fluide de travail (comme l'eau ou l'ammoniac) dans un système de plomberie séparé pour extraire et convertir le chaleur. De nouveaux composés sont en cours de développement en tant que fluides de travail qui pourraient augmenter suffisamment l'efficacité pour changer le jeu.

L'eau chaude ordinaire est utile pour l'énergie même si elle n'est pas adaptée à la production d'électricité. La chaleur elle-même est utile dans les processus d'usine ou tout simplement pour chauffer des bâtiments. L'ensemble du pays islandais est presque entièrement autosuffisant en énergie grâce à des sources géothermiques, chaudes et chaudes, qui font tout, de la conduite des turbines au chauffage des serres.

Les possibilités géothermiques de toutes sortes sont présentées dans un carte nationale du potentiel géothermique publié sur Google Earth en 2011. L'étude qui a créé cette carte a estimé que l'Amérique a dix fois plus de potentiel géothermique que l'énergie dans tous ses lits de charbon.

L'énergie utile peut être obtenue même dans des trous peu profonds, où le sol n'est pas chaud. Les pompes à chaleur peuvent refroidir un bâtiment en été et le réchauffer en hiver, simplement en déplaçant la chaleur de l'endroit le plus chaud. Des plans similaires fonctionnent dans les lacs, où l'eau froide et dense se trouve au fond du lac. Le système de refroidissement par source du lac de l'Université Cornell en est un exemple notable.

En première approximation, la chaleur de la Terre provient de la désintégration radioactive de trois éléments: l'uranium, le thorium et le potassium. Nous pensons que le noyau de fer n'a presque rien de tout cela, tandis que le manteau n'a que de petites quantités. le croûte, seulement 1% de la masse de la Terre, contient environ la moitié de ces éléments radiogéniques comme l'ensemble du manteau sous-jacent (soit 67% de la Terre). En effet, la croûte agit comme une couverture électrique sur le reste de la planète.

Des quantités moindres de chaleur sont produites par divers moyens physico-chimiques: gel du fer liquide dans le noyau interne, changements de phase minérale, impacts de l'espace extra-atmosphérique, frottement des marées terrestres et plus encore. Et une quantité importante de chaleur s'échappe de la Terre simplement parce que la planète se refroidit, comme elle l'a depuis sa naissance il y a 4,6 milliards d'années.

Les chiffres exacts de tous ces facteurs sont très incertains car le budget thermique de la Terre dépend des détails de la structure de la planète, qui est encore en cours de découverte. De plus, la Terre a évolué et nous ne pouvons pas supposer quelle était sa structure au cours du passé profond. Enfin, les mouvements tectoniques de la croûte ont réorganisé cette couverture électrique pendant des éons. Le bilan thermique de la Terre est un sujet controversé chez les spécialistes. Heureusement, nous pouvons exploiter l'énergie géothermique sans cette connaissance.