L’énergie géothermique offre un intérêt particulier en tant que source d’énergie renouvelable. Une nouvelle étude publiée dans la revue Energies rédigée par des scientifiques de l’Université de Naples Federico II a passé en revue l’ensemble des recherches actuelles pour se demander comment cette ressource énergétique naturelle abondante peut être mieux exploitée.
La croissance de l’énergie géothermique
L’énergie géothermique exploite la chaleur naturelle abondante de la Terre, ce qui en fait une source d’énergie alternative économiquement et écologiquement attrayante qui peut répondre aux demandes croissantes du 21 e siècle. Les systèmes géothermiques sont déjà une technologie mature, utilisée dans des pays comme l’Islande pour alimenter les maisons et les bâtiments commerciaux.
Le principal avantage des systèmes géothermiques par rapport aux autres formes de technologies de production et de stockage d’énergie renouvelable est leur nature non intermittente. Outre la production et le stockage d’énergie, les systèmes géothermiques peuvent être utilisés pour fournir de la chaleur aux bâtiments à une fraction du coût des combustibles fossiles conventionnels. De plus, l’intégration des technologies géothermiques peut améliorer l’efficacité énergétique des systèmes actuels.
Centrale électrique en géothermie en Islande
L’énergie géothermique produit beaucoup moins de CO2 que la production d’électricité conventionnelle à base de combustibles fossiles. Une étude récente de Calise et al. a souligné la mise en œuvre de systèmes géothermiques dans des systèmes de cinquième génération pour le chauffage et le refroidissement urbains dans un quartier de Madrid. Le système a répondu aux besoins énergétiques de cinquante bâtiments, réduisant la demande d’énergie primaire d’environ 64 % et émettant 76 % de dioxyde de carbone en moins.
Systèmes géothermiques passifs
L’énergie géothermique est de plus en plus exploitée dans des systèmes passifs pour fournir le chauffage et le refroidissement des bâtiments domestiques et commerciaux et des économies d’énergie. Ces systèmes utilisent des tuyaux enterrés pour pomper passivement la chaleur du sol vers le bâtiment et échanger de la chaleur entre le sol et un fluide tel que l’air. Le terme commun pour ces systèmes est échangeurs de chaleur terre-air.
Trois types de géothermie : de faible, moyenne et grande profondeur, pour des sources de chaleur de plus en plus chaudes. Damien Do Couto, d’après un schéma du BRGM, Author provided
Les études se sont concentrées sur cette exploitation passive de la chaleur du sol pour apporter des solutions économes en énergie aux bâtiments. Adaptés à une large gamme de conditions climatiques, ils peuvent être utilisés comme systèmes autonomes ou intégrés dans des systèmes de climatisation tout-en-un, réduisant ainsi le besoin de sources d’alimentation externes. Une étude a démontré que les échangeurs de chaleur terre-air peuvent réduire la consommation d’énergie jusqu’à 60 %.
Outre les systèmes géothermiques actifs et passifs, la recherche s’est concentrée sur le développement de systèmes hybrides utilisant l’énergie géothermique et solaire. Ces systèmes sont utilisés dans les centrales de trigénération pour fournir de l’électricité, du chauffage et de la climatisation des locaux et de l’eau chaude sanitaire.
L’étude « Energies » sur la géothermie
La nouvelle étude dans Energies a chercher à évaluer la recherche de pointe actuelle des systèmes d’énergie géothermique pour fournir des perspectives importantes dans ce domaine de la recherche sur les énergies renouvelables. Sept articles ont été sélectionnés pour l’examen.
Les articles sélectionnés dans la revue couvrent une variété d’angles de recherche dans le domaine de l’énergie géothermique. Ces angles de recherche comprennent l’utilisation de l’énergie géothermique dans les rénovations de bâtiments, l’utilisation de sources géothermiques peu profondes et profondes, des outils logiciels, la modélisation numérique et des aspects spécifiques des systèmes d’énergie géothermique. En outre, l’examen met en évidence la recherche sur les phénomènes de stress géothermique.
Les perspectives de recherche actuelles en géothermie
Une étude de Piselli et al a mis en évidence le développement d’un système d’énergie géothermique modernisé à faible enthalpie pour un complexe de bâtiments historiques dans le centre de l’Italie. Le système utilise un échangeur de chaleur géothermique en tandem avec une pompe à chaleur à absorption couplée. L’échangeur de chaleur développé est un système horizontal, qui surmonte les problèmes thermiques et géologiques rencontrés par les systèmes verticaux.
Pajak et al. ont examiné les données géologiques et hydrogéologiques des aquifères peu profonds en Pologne. L’étude a évalué l’efficacité de l’utilisation de ces ressources géothermiques peu profondes pour les réseaux de chauffage urbain existants et nouveaux.
L’énergie géothermique récupérée dans les zones étudiées dans le document pourrait fournir environ 4 PJ d’énergie géothermique qui peut répondre aux besoins en chaleur de plusieurs villes locales. Les défis identifiés par l’étude comprennent la sensibilisation et l’éducation du public, la réglementation et le financement locaux et gouvernementaux, et la gestion efficace et complète de l’énergie à plusieurs niveaux.
Une autre expérimentation a fait le choix des accumulations de remplissage thermique en utilisant des matériaux à changement de phase. Ceux-ci peuvent aider à améliorer l’exploitation de l’énergie géothermique à partir de ressources minérales profondes. La recherche quantifie le contenu de remplissage optimisé du matériau à changement de phase, fournissant une voie vers un échange de chaleur profond des ressources avec une efficacité supérieure et des caractéristiques d’échange et de libération de chaleur.
Les défis de la géothermie
Malgré les avantages économiques et environnementaux des systèmes géothermiques, qu’ils soient actifs, passifs ou hybrides, il reste encore des défis technologiques à surmonter pour assurer leur échelle industrielle et leur utilisation à l’échelle de la société.
Premièrement, les coûts d’installation et les besoins en espace pour les installations à grande échelle sont élevés, ce qui peut provoquer des réticences de la part des particuliers et des entreprises souhaitant les employer dans des bâtiments domestiques et commerciaux. De plus, il existe des problèmes techniques liés aux risques thermiques et géologiques (comme des micro-séismes). Par exemple, en raison des phases de chargement et de déchargement, une instabilité thermique peut se produire dans les sondes à grande profondeur.
Des phénomènes de contraintes géothermiques peuvent se produire du fait des perforations nécessaires aux sondes géothermiques. La vitesse et le volume de la pompe à chaleur peuvent augmenter la contrainte de fermeture. Des études ont indiqué le rôle fondamental des fractures naturelles sur le stress de fermeture. Une évaluation précise des conditions aux limites responsables des phénomènes de contraintes géothermiques est essentielle pour surmonter les problèmes potentiels lors de l’installation et de l’exploitation.
Cependant, bien que plusieurs contraintes subsistent, le domaine de l’énergie géothermique offre des opportunités importantes pour résoudre les problèmes causés par le changement climatique et répondre aux besoins énergétiques de larges pans de la population mondiale. En fournissant une revue opportune de certains articles importants dans le corps actuel de la littérature, l’article fournit une base de connaissances vitale pour les futurs chercheurs.
Lectures complémentaires
Vicidomini, M & D’Agostino, D (2022) Exploitation de sources géothermiques pour l’économie d’énergie et la production d’énergie environnementale. Énergies, 15 (17), p. 6420 [en ligne] mdpi.com. Disponible sur : https://www.mdpi.com/1996-1073/15/17/6420
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