Qu’est-ce que l’énergie géothermique ?

Qu’est-ce que l’énergie houlomotrice ?

Qu’est-ce que la biomasse ?

 

Daniel Mölk a d’abord travaillé dans la ville bavaroise de Geretsried, au début des années 2010, sur un projet consistant à rechercher des réservoirs souterrains d’eau chaude dans le cadre d’un plan de production d’énergie hydrothermique de l’entreprise locale de services collectifs. Il n’avait alors pas réussi à trouver d’eau, mais, avec son équipe, il avait appris à peu près tout ce qu’il y avait à savoir sur la terre et les formations rocheuses qui entourent la ville, située à 40 kilomètres au sud de Munich. Ces travaux ont jeté les bases d’un projet géothermique révolutionnaire mis en œuvre au même endroit 13 ans plus tard.

Daniel Mölk est aujourd’hui le directeur général d’Eavor Allemagne, entreprise qui installe Eavor-Loop, une sorte de radiateur souterrain géant, sur le site de l’époque. Il s’agit d’une innovation qui fournira de la chaleur et de l’électricité propres et renouvelables à 30 000 ménages de la région.

« Depuis que j’ai effectué les premiers forages ici, il y a plus de dix ans, j’ai eu l’occasion de travailler sur de nombreux autres projets hydrothermiques dans d’autres endroits du monde », explique-t-il. « C’est vraiment très particulier d’être de retour à Geretsried aujourd’hui et de montrer – avec la technologie d’Eavor – que la production d’énergie géothermique à grande échelle fonctionne également sans eau thermale. »

Les phénomènes météorologiques extrêmes et les températures record de ces dernières années ont mis en évidence l’urgence de l’action pour le climat en Europe. « Pour atteindre l’objectif de neutralité climatique de l’UE à l’horizon 2050, les pays membres doivent réduire leurs émissions de gaz à effet de serre d’au moins 55 % d’ici à 2030. » Le passage aux énergies renouvelables est essentiel pour atteindre cet objectif.

Si les énergies solaire, éolienne et hydroélectrique ont jusqu’à présent été les sources les plus efficaces, les plus développées et les plus largement adoptées, elles ne sont pas disponibles partout tous les jours de l’année. Cet article vise à mettre en évidence d’autres énergies renouvelables qui peuvent apporter une contribution notable à la réalisation des objectifs climatiques.

Pour le moment, ces autres énergies renouvelables ne sont pas aussi largement utilisées que le solaire et l’éolien, mais les technologies s’améliorent. Nous vous présentons trois de ces énergies :

• la chaleur géothermique, une source naturelle, stable et fiable d’énergie renouvelable propre qui provient des profondeurs de la terre ;
• l’énergie houlomotrice, une source illimitée d’énergie produite grâce à l’exploitation de l’énergie cinétique des vagues ;
• la biomasse, une source durable et abondante d’énergie produite à partir de matières organiques, de résidus agricoles ou de déchets municipaux, qui sont tous renouvelables.

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• En savoir plus sur la petite histoire des énergies renouvelables

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« La géothermie, l’énergie houlomotrice et la biomasse sont des énergies renouvelables disponibles toute l’année. Elles peuvent fournir la charge de base d’un approvisionnement constant en énergie. »

Christos Smyrnakis

Ingénieur dans les énergies renouvelables à la Banque européenne d’investissement

L’énergie géothermique est dérivée de la chaleur naturelle des profondeurs de la terre. Les solutions géothermiques classiques consistent principalement à capter la chaleur des réservoirs d’eau ou de vapeur souterrains auxquels on accède par forage. Cependant, à Geretsried et dans de nombreux autres endroits, l’eau souterraine n’est pas disponible ou accessible.

Eavor-Loop, la solution innovante mise au point par la société canadienne Eavor, est différente, car elle ne repose pas sur les réservoirs d’eau. L’entreprise (dont le nom se prononce « ever », qui signifie « toujours » en anglais) pratique plutôt des forages profonds pour récupérer la chaleur issue de la roche elle-même.

Le premier dispositif Eavor-Loop à échelle commerciale est en cours de construction à Geretsried ; il bénéficie d’une subvention de 91,6 millions d’euros du Fonds de l’UE pour l’innovation et d’un financement de 45 millions d’euros de la Banque européenne d’investissement.

Le système Eavor-Loop peut être comparé à un radiateur souterrain géant. Eavor fore deux puits verticaux à une profondeur comprise entre 4 500 et 5 000 mètres. Ensuite, 12 paires de canaux latéraux horizontaux de 3 000 à 3 500 mètres de long sont creusés à la base de chaque puits, soit un total d’environ 80 km de forage par boucle. (L’installation de Geretsried comptera quatre boucles de ce type.) Le radiateur géant est ensuite rempli d’eau pure.

Une pompe amorce l’écoulement de l’eau. Une fois la pompe arrêtée, le système continue de fonctionner grâce à la thermocirculation naturelle. L’eau de la partie inférieure du dispositif est chauffée par la roche souterraine et remonte naturellement par conduction à la surface où elle peut être utilisée directement pour alimenter un chauffage urbain ou produire de l’électricité.

L’installation émet moins de gaz à effet de serre que les systèmes géothermiques classiques parce qu’elle ne nécessite pas l’utilisation intensive de pompes ou l’injection de fluides supplémentaires.

Regardez cette vidéo expliquant comment fonctionne le système Eavor-Loop.

Eavor

Bien que l’eau souterraine ne soit pas nécessaire pour ce système, il faut des conditions géologiques propices au forage.

« Il faut une formation rocheuse qui permette de forer la boucle de manière sûre et efficace », explique Laurie-Anne Michnick, ingénieure à la Banque européenne d’investissement. « Et il faut de la conductivité thermique. »

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« La production d’énergie géothermique à grande échelle fonctionne également sans eau thermale. »

Daniel Mölk

Directeur général d’Eavor Allemagne

« Il faut une formation rocheuse qui permette de forer la boucle de manière sûre et efficace. Et il faut de la conductivité thermique. »

Laurie-Anne Michnick

Ingénieure, Banque européenne d’investissement

Avant le lancement commercial d’Eavor-Loop en Allemagne, Eavor avait construit une installation pilote, Eavor-Lite à Alberta, au Canada, en 2019. Cette installation, qui n’avait qu’une seule boucle, au lieu des quatre d’Eavor-Loop, est en service sans interruption depuis cinq ans.

Parallèlement, l’entreprise teste sa technologie à Animas, au Nouveau-Mexique, où la température du sous-sol terrestre augmente rapidement avec la profondeur.

« Plus profond on creuse, plus la température augmente et meilleure est l’efficacité du système », explique Bailey Schwarz, directrice des projets nord-américains chez Eavor. « C’est donc un excellent banc d’essai qui nous donne l’occasion d’éprouver ces technologies visant à refroidir notre système de forage et de tester la technologie exclusive que nous développons. »

La première boucle du projet Eavor de Geretstried devrait être opérationnelle d’ici à la fin de l’année 2024. Les quatre boucles devraient être mises en service d’ici à 2026.

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• En savoir plus sur la transition énergétique

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L’Allemagne est en pleine Energiewende ou transition énergétique en français. Celle-ci a démarré au début des années 2010, avec pour objectif d’abandonner l’énergie nucléaire au profit de l’énergie renouvelable.

Pour Alexander Land, responsable des relations publiques chez Eavor Allemagne : « La combinaison de solutions éoliennes, solaires et géothermiques profondes est très intéressante pour assurer la sécurité de l’approvisionnement énergétique d’une grande économie comme celle de l’Allemagne. »

La production de chaleur est l’un des plus grands défis de la transition énergétique en Europe, car c’est elle qui consomme le plus d’énergie et produit le plus de dioxyde de carbone.

L’installation Eavor-Loop de Geretsried permettra d’alimenter 30 000 ménages durant l’hiver. De plus, une centrale électrique sur site convertira la chaleur géothermique en électricité pendant toute l’année.

L’investissement d’Eavor à Geretsried devrait s’élever au total à 350 millions d’euros. Le rendement de l’investissement s’échelonnera sur une période de 30 ans.

« Ce projet et d’autres projets similaires contribueront à la stabilité des prix de l’énergie et à l’autonomie énergétique », déclare Alexander Land.

Soulignant l’importance de l’énergie géothermique pour la transition de l’Allemagne, le chancelier Olaf Scholz a assisté à l’inauguration du site d’Eavor-Loop à Geretsried en septembre 2023.

Le prêt de la Banque européenne d’investissement est accordé sur la base d’un financement sur projet, ce qui signifie qu’il va directement au projet sans recours aux actionnaires. En raison du caractère innovant du projet, sa structure financière est complexe et implique la présence d’un consortium de bailleurs de fonds et un risque plus élevé pour la Banque.

« Il s’agit d’un projet unique en son genre basé sur une solution financière efficace. Nous sommes convaincus qu’Eavor est capable de déployer d’autres projets de ce type en Europe et dans le monde », déclare Vincent Mansour, chargé de prêts à la Banque européenne d’investissement.

Eavor Allemagne a également lancé un deuxième projet, à Hanovre, qui couvrira de 15 à 20 % des besoins de chauffage urbain de la ville.

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• En savoir plus sur les avancées dans le domaine de l’énergie solaire

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« Ce projet et d’autres projets similaires contribueront à la stabilité des prix de l’énergie et à l’autonomie énergétique ».

Alexander Land

Responsable de la communication et des relations publiques, Eavor Allemagne

Qu’est-ce que l’énergie houlomotrice ?

L’énergie houlomotrice utilise la puissance de l’océan pour produire de l’électricité. Avec une capacité d’énergie exploitable estimée à 1,8 térawatt, les vagues sont une source d’énergie renouvelable prometteuse que l’on pourrait utiliser pour répondre à la demande mondiale future d’électricité.

CorPower Ocean, une société suédoise spécialisée dans la technologie de l’énergie houlomotrice, a mis au point une solution à grande échelle pour rendre cette énergie viable et économique. L’énergie produite est complémentaire des énergies éolienne et solaire et peut apporter de la stabilité au bouquet des énergies propres.

Un système inspiré du fonctionnement du cœur humain

Fondée en 2012, CorPower Ocean a mis au point le convertisseur d’énergie des vagues, une technologie qui s’inspire du principe de pompage du cœur humain.

Le cœur utilise la pression hydraulique stockée pour faire en sorte que ses muscles pompent dans une direction. La solution de CorPower utilise la pression accumulée lorsque la vague pousse la bouée de CorPower vers le haut pour repousser la bouée vers le bas. Ainsi, de l’énergie est produite de façon régulière et égale dans les deux sens.

Le système dispose d’une bouée flottant à la surface de l’océan, qui est ancrée au fond marin à l’aide d’un kit innovant d’amarrage, d’ancrage et de connectivité. « Notre système permet de générer cinq fois plus d’énergie par tonne d’équipement installé que les autres technologies houlomotrices », déclare Kevin Rebenius, directeur commercial de CorPower Ocean.

Regardez cette vidéo qui explique comment fonctionnent les convertisseurs d’énergie CorPower Ocean Wave.

CorPower Ocean

« Les projets comme VianaWave contribuent à stimuler l’innovation et l’évolutivité et à renforcer la confiance du marché à l’égard de la technologie de l’énergie houlomotrice. »

Andrea Alessi

Ingénieur, Banque européenne d’investissement

Les conditions climatiques difficiles ont toujours constitué un obstacle de taille au déploiement de l’énergie houlomotrice. 

« Le problème a toujours été de pouvoir construire des dispositifs suffisamment robustes pour résister aux tempêtes les plus violentes, mais en même temps capables de produire suffisamment d’électricité par rapport à leur dimension, leur poids et leur coût de manière à ce qu’ils soient commercialement viables », explique Kevin Rebenius. 

Au fil des ans, de nombreuses installations houlomotrices ont été détruites par des tempêtes ou se sont révélées insuffisamment rentables. La solution consiste à créer une infrastructure assez solide pour résister à la force de l’océan dans des conditions climatiques difficiles et qui reste opérationnelle quelles que soient les conditions météorologiques et l’intensité des vagues. 

Mise à la mer d’une bouée VianaWave le long de la côte nord du Portugal.

VianaWave, le premier projet de CorPower Ocean au large des côtes d’Aguçadoura, dans le nord du Portugal, a été inauguré en août 2023. « Nous avons essuyé quatre tempêtes depuis la mise en service de la bouée, qui a été exposée à des vagues de 18 mètres lors de la tempête la plus forte », explique Kevin Rebenius. « Cela a marqué une étape importante pour nous, car il s’agit de la preuve que la technologie fonctionne même dans les conditions les plus difficiles. » 

Pendant une tempête, les bouées se mettent en mode de sécurité appelé « mode désaccordé ». Cet état est comparable à celui des éoliennes dont les pales s’orientent différemment pour éviter l’emballement. Dans des conditions maritimes normales, la bouée est accordée sur le rythme des vagues qui arrivent, amplifiant le mouvement et la puissance captés.

« Ces progrès sont dus à notre technologie innovante WaveSpring, qui agit comme un ressort négatif et multiplie la production d’énergie par trois », explique Kevin Rebenius.

CorPower Ocean a bénéficié de l’assistance au développement de projets dans le cadre du Fonds de l’UE pour l’innovation pour la phase précommerciale de son projet d’énergie houlomotrice dans le nord du Portugal. La Banque européenne d’investissement fournit à CorPower des conseils pour la structuration du capital, la préparation des documents en vue de la collecte de fonds et l’élaboration d’un nouveau modèle financier visant à faciliter la levée de fonds. 

« Les projets comme VianaWave contribuent à stimuler l’innovation et l’évolutivité et à renforcer la confiance du marché dans la technologie de l’énergie houlomotrice », déclare Andrea Alessi, ingénieur à la Banque européenne d’investissement. « Ils jouent un rôle essentiel dans la transition vers un avenir énergétique durable et résilient. »

« L’énergie houlomotrice fournit de l’électricité dans des endroits difficiles d’accès ; elle renforce la résilience locale, crée des synergies avec d’autres ressources telles que le solaire, l’éolien et le stockage de l’énergie et ne fait pas l’objet de limitations foncières. »

Andrea Alessi

Ingénieur à la Banque européenne d’investissement

L’énergie houlomotrice présente plusieurs avantages :

• elle est respectueuse de l’environnement, car elle n’émet pas de gaz à effet de serre ni ne génère de pollution atmosphérique ;
• sa densité en énergie est plus élevée, en effet, les systèmes basés sur l’énergie houlomotrice captent et stockent davantage d’énergie dans des espaces plus petits que ceux fonctionnant à l’énergie solaire ou éolienne et qui occupent la même surface ;
• elle offre de la souplesse de déploiement, les technologies énergétiques marines pouvant être déployées dans n’importe quel environnement océanique ou marin où les vagues sont abondantes, ce qui les rend susceptibles de fournir de l’électricité aux communautés éloignées, côtières ou insulaires ;
• son empreinte foncière est réduite, car l’infrastructure mise en place pour capter l’énergie de la mer se compose de bouées disposées juste au large ou en eaux profondes, ainsi que de centrales électriques sur le littoral, ce qui minimise l’empreinte terrestre par rapport à d’autres sources d’énergie ;
• elle est constante et prévisible, en effet, contrairement à l’énergie éolienne et solaire, l’énergie houlomotrice peut servir à générer de l’électricité toute l’année, 24 heures sur 24.

« L’énergie houlomotrice offre des avantages uniques dans divers scénarios de demande d’électricité, y compris les systèmes électriques en vrac, les réseaux de distribution isolés et les communautés éloignées », déclare Andrea Alessi. « Elle fournit de l’électricité dans des endroits difficiles d’accès ; elle renforce la résilience locale, crée des synergies avec d’autres ressources telles que le solaire, l’éolien et le stockage de l’énergie et ne fait pas l’objet de limitations foncières. »

« Investir dans l’énergie houlomotrice est crucial », précise-t-il, « car cela accroît la diversité du bouquet énergétique renouvelable, réduit la dépendance à l’égard des combustibles fossiles et contribue à un système énergétique plus résilient et plus durable ».

Les avantages de cette source d’énergie sont manifestes. Mais comme l’énergie houlomotrice est encore récente par rapport aux autres énergies renouvelables, les effets sur l’environnement des grandes centrales électriques n’ont pas encore été étudiés de manière approfondie.  

La construction de centrales le long de la côte ou la pose de câbles électriques sous l’eau pour exploiter l’énergie pourrait avoir des effets néfastes sur la vie et les écosystèmes marins. Des travaux de recherche supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l’incidence environnementale des infrastructures houlomotrices et pour élaborer des stratégies visant à réduire le plus possible les effets négatifs éventuels. 

En outre, les environnements océaniques où les conditions sont rudes, en particulier dans l’Atlantique et la mer du Nord, posent des difficultés sur le plan de la durabilité et de l’entretien des infrastructures. 

Le succès du projet de CorPower Ocean pourrait marquer un tournant dans le déploiement de l’énergie houlomotrice à l’échelle planétaire.

« Nous avons démontré que l’énergie houlomotrice est une option viable parmi les sources renouvelables », explique Kevin Rebenius. « La prochaine étape consiste à voir davantage de promoteurs de projets houlomoteurs et de grandes entreprises énergétiques mettre en place des parcs à énergie houlomotrice, ce qui nous permettra d’accélérer le déploiement de cette énergie à l’échelle mondiale. »

Qu’est-ce que la biomasse ?

Par rapport aux combustibles fossiles, la biomasse est une source d’énergie abondante, renouvelable et respectueuse de l’environnement. On peut produire du combustible de biomasse à partir de matières organiques telles que certains types de bois et de déchets agricoles. Contrairement aux combustibles fossiles, la biomasse peut être reconstituée grâce à des initiatives responsables en matière de foresterie, de gestion des déchets et de recyclage.

En outre, lorsque la biomasse est brûlée, le dioxyde de carbone libéré dans l’atmosphère fait partie du cycle naturel du carbone. Au fur et à mesure que les arbres et les plantes poussent, ils absorbent le dioxyde de carbone de l’atmosphère, compensant le carbone émis lors de la combustion. Ce cycle crée un circuit fermé, entraînant des émissions nettes de carbone nulles.

L’entreprise de services collectifs Teplárny Brno s’est lancée dans un projet d’une durée de 15 ans visant à garantir un approvisionnement énergétique fiable et durable à Brno, la deuxième ville de Tchéquie par sa taille, qui compte près de 400 000 habitants.

Grâce aux 75 millions d’euros de financement de la Banque européenne d’investissement, l’entreprise prévoit de moderniser ses systèmes de production et de distribution de chaleur afin de réduire les émissions et la dépendance de la ville à l’égard des importations de gaz.

« Il s’agit d’un système de cogénération, qui fournira non seulement de la chaleur pour les bâtiments résidentiels, mais aussi de l’électricité, ce qui est crucial, en particulier pendant les périodes de forte demande », déclare Jan Morawiec, chargé de prêt à la Banque européenne d’investissement basé à Prague.

Représentation de la centrale à biomasse de Teplárny Brno.

Dans le cadre de ce programme, Teplárny Brno construira une nouvelle unité de production combinée de chaleur et d’électricité alimentée à la biomasse qui couvrira 15 % de la demande de chauffage de Brno. De la chaleur et de l’électricité seront cogénérées lors de la combustion de copeaux de bois provenant des forêts avoisinantes de la ville gérées de manière durable, copeaux qui seront acheminés par le rail.

« La biomasse devrait remplacer environ 11 % de la consommation de gaz naturel de Brno d’ici à 2025. »

Petr Fajmon

DIRECTEUR GÉNÉRAL, Teplarny Brno

Le projet contribue à la réalisation du plan REPowerEU qui vise à mettre fin à la dépendance de l’Europe à l’égard des combustibles fossiles et est aligné sur la politique de prêt de la Banque européenne d’investissement dans le secteur de l’énergie et sa Feuille de route 2021-2025 dans son rôle de banque du climat. Il soutient également la politique de cohésion de l’UE en investissant dans les régions économiquement plus faibles afin d’y améliorer le niveau de vie.

« La biomasse devrait remplacer environ 11 % de la consommation de gaz naturel de Brno d’ici à 2025 », déclare Petr Fajmon, directeur général de Teplárny Brno. « La modernisation de notre centrale électrique représente le premier grand pas vers un modèle énergétique indépendant et durable pour la ville. Le projet aura pour effet de diminuer la facture de chauffage et contribuera à garantir un approvisionnement stable. »

Teplárny Brno, qui fournit de la chaleur à la ville depuis 1930, est un pionnier européen de la production combinée de chaleur et d’électricité. Avec l’aide de la Banque, l’entreprise de services collectifs prévoit de moderniser 5 km de gazoducs, de construire 5,5 km de nouveaux gazoducs, de moderniser 16 stations de transfert et d’en construire 105 nouvelles. 

« Nous prévoyons une réduction des émissions de CO₂ d’environ 38 000 tonnes par an, une diminution des émissions d’oxydes d’azote de six tonnes par an et une baisse de l’utilisation d’énergie primaire non renouvelable de 612 000 gigajoules par an », explique Petr Fajmon.

Les technologies d’exploitation des sources d’énergie telles que la géothermie, l’énergie houlomotrice et la biomasse ne sont pas aussi développées ou aussi largement disponibles que celles liées aux énergies solaire, éolienne ou hydroélectrique. « Mais ces énergies renouvelables sont disponibles toute l’année », explique Christos Smyrnakis, ingénieur à la division Énergies renouvelables de la Banque européenne d’investissement. Elles peuvent fournir la charge de base d’un approvisionnement constant en énergie. »