Le projet franco-allemand de géothermie

profonde de Soultz-sous-Forêts

Nicolas CUENOT & Albert GENTER

GEIE Exploitation Minière de la Chaleur

cuenot@soultz.net

La centrale géothermique de Soultz

Sobriété et efficacité énergétiques

28 novembre 2013, Belfort

Plan

• Présentation du site géothermique

• Principaux résultats scientifiques et techniques

• Quels sont les enseignements (Fossé Rhénan)?

• Acceptabilité et dissémination

– Population locale

– Dissémination scientifique

– Dissémination industrielle

2

Le projet pilote de Soultz (1/2)

Histoire et partenariats

• Plus forte anomalie thermique dans le fossé rhénan

• Projet Franco-Allemand depuis 26 ans

• Projet scientifique vers un projet pre-industriel

• Activité R&D importante, plateforme de démonstration

• Groupement Européen d’Intérêt Economique Exploitation Minière de la Chaleur (GEIE EMC) depuis 2001

Objectifs

• Exploiter une ressource géothermale à partir de réservoirs non-

conventionnels de type granite fracturé

• Etudier le comportement du réservoir dans la durée pendant

l’exploitation

• Programme de R&D co-financé par le consortium industriel et

les gouvernements Allemand et Français

•

Granite fracturé

Exploiter un granite naturellement fracturé 3

Le projet pilote de Soultz (2/2) Tarif d’achat

• Nouvelle tarification en France : décret 23 Juillet 2010

• Electricité géothermale 20 c€ par kWh

• Bonus pour la chaleur de 8 c€ par kWh

• A Soultz, vente d’électricité sur le réseau en 2011

Technologie

• 4 Forages profonds : 200οC @ 5 km de profondeur

• 1ère centrale géothermique en France métropolitaine

• Centrale binaire de type ORC (Organic Rankine Cycle)

équipée avec une turbine de 1,5 MWe

• Pompe immergée de production : Pompe à arbre long (LSP)

4 Un puits de production pour plusieurs puits de réinjection

Sediments

Granite

GPK2

GPK1 GPK4

GPK3

Pump

Partie hydraulique d’une

pompe de production

Coupe des puits géothermiques

Le concept géothermique de Soultz Hot Dry Rock

• Acronyme HDR

• Exploiter la chaleur des roches dures profondes

• La température augmente avec la profondeur

• Indépendant de la localisation (géologie)

• Créer un échangeur de chaleur artificiel en profondeur

• Système fermé

Enhanced Geothermal System

• Acronyme EGS

• Saumure naturelle 100g/l, NaCaCl, pH~5

• Granite fracturé et altéré

• Connexion entre les puits géothermiques et le réservoir par la

technique de stimulation

• Circulation forcée

5

Réservoir large montrant de fluides de même composition

Système ouvert

Fluide géothermal salé

Echangeur de chaleur artificiel

6

Sélection

du site

Forages Stimulation

Tests Concept

Construction

& test de la

Centrale

Circulation

à long terme

Abandon

du site

Fracture sur

affleurement

À l’échelle de

la concession

Imagerie

de puits Structure du

nuage

microsismique

Exploitation

de la centrale

Démantèlement

de la centrale

Développement d’un projet géothermique

Cycle de vie d’un projet géothermique

Résultats scientifiques et techniques

7

Le champ pétrolier de Merkwiller - Péchelbronn

8

• Premier sondage pétrolier à la tarière en 1813

• > 5000 puits pétroliers dont 90% < 600 m

• Exploitation en galeries

• Sismique réfraction : TOTAL 1984

Structure locale : Horst

Interprétation géologique d’une coupe sismique par le BRGM

9

Cartographie thermique

50°C à 400 m de

profondeur

Hass & Hoffmann, 1929

Les puits géothermiques profonds

11

Granite à feldspath potassique

Carotte K21, GPK-1 (3510 m) Monzogranite à Mega FK K-feldspath ou mega-cristaux d’orthose de 1 à 4 cm de long La matrice : plagioclase, quartz, amphibole et biotite Minéraux accessoires sont : magnetite, apatite, titanite, zircon, allanite, leucoxene Age : 333 Ma

7 cm

12

Illite et calcite dans le granite fracturé

1mm

50mm

Puits GPK1

K5-20

Puits GPK1

1400 m

13

Profils thermiques dans les puits

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

temperature [°C]

true v

ert

ical depth

[m

]

Temperature Logs Equilibrium

GPK-2

GPK-3

GPK-4

Circulation naturelle dans des zones

fracturées et altérées

Convection

Grès du Trias

Granite Paléozoique

Conduction

Conduction

Grès

fracturés

Granite

altéré

fracturé

Sismicité induite - Stimulations hydrauliques

→ Plusieurs milliers de microséismes

pour chaque stimulation

→ Magnitudes : -2 ≤ M ≤ 2.9

→ Plusieurs séismes ressentis

→ Magnitudes maximales :

GPK2 (2000): 2.6

GPK3 (2003): 2.9, 2.7

GPK4 (2004): 2.0

GPK4 (2005): 2.6

15

Conséquences pour la population

Ø nombreux appels téléphoniques (plaintes ou demande d’informations)

Ø plaintes auprès des autorités locales (individuels ou associations)

Ø articles dans des journaux locaux

Ø environ 70 plaintes pour dommages présumés sur des habitations, ayant

donné lieu à des expertises de la part des compagnies d’assurance

Ø 10 plaintes liées au séisme du 10/07/2000 de magnitude 2,6

Ø 48 plaintes liées au séisme du 11/06/2003 de magnitude 2,9

Ø risque de forte opposition au projet à long terme

Résultats techniques

16

La centrale de production électrique

Unité de conversion ORC 1.5 MWe

Echangeurs de

chaleur

Turbine & génératrice

Aérocondenseur

GPK2 + pompe LSP

GPK3 (réinjection)

GPK4 (réinjection)

Echangeurs de chaleur

secondaires

Séparateurs

Filtres

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

01/05/10 00:00 31/05/10 00:00 30/06/10 00:00 30/07/10 00:00 29/08/10 00:00 28/09/10 00:00

Time (day)

1,3

,5-t

sn

co

nc

en

tra

tio

n (

µg

/l)

18

Performance

du réservoir

Activité micro-sismique

Réinjection à basse pression

Amélioration de la production

Challenges pendant l’exploitation : réservoir

• Suivi de la centrale

• Mesures in situ dans les puits

• Sismicité induite

• Sismologie

• Modélisation du réservoir

• Modélisation 3D / Exploration

Monitoring physico-chimique

Fluide géothermal

Test de traçage Suivi micro-sismique

Modélisation des traçages

en milieu fracturé

Modélisation 3D

Réservoir : circulation hydraulique et sismicité induite

En 2010, pression en tête de puits ~50 bar, > 400 µséismes

En 2011, pression en tête de puits ~20 bar, < 10 µséismes

20

Technologie

Centrale

Challenges pendant l’exploitation : technologie

• Corrosion

• Scaling

• Pompe de production

• Echangeur de chaleur, filtres

• ORC, aérothermes

Corrosion Scaling : dépôts

Echangeur de chaleur Pompe de production

21

Pompe immergée de production

Partie hydraulique Impulseurs Granite broyé (cuttings)

Forte abrasion avec

des débits > 23 l/s

Amélioration technologique : matériau noble

22

Environment

Bruit

Vibrations

Radioactivité naturelle

Impact paysager

Challenges pendant l’exploitation : environnement

• Bruit

• Vibrations

• Radioactivité naturelle

Turbine Système de refroidissement

Filtres, tuyaux Mesures sur site de

radioprotection

La radioactivité naturelle

• La circulation géothermale se fait dans un granite fracturé,

roche naturellement radioactive

• Scaling observés dans la partie froide de la centrale dans

les filtres et les échangeurs (partie réinjection, 70°C-20 b)

• Dépôts de Barito-Celestite (Ba, Sr) SO4 et Galène (PbS)

• Principaux radioisotopes sont le Radium (226Ra) dans les

sulfates et le plomb (210Pb) dans la galène

• Campagnes régulières de radioprotection sur les

installations géothermiques (résultats envoyés à l’ASN)

• Mesures de radioprotection mises en place pour les

travailleurs (zonage des installations, dosimétrie,…)

23 Scaling impactent l’efficacité thermique et générent des déchets et des coûts

Solution : programme R&D avec des inhibiteurs de dépôts

Scaling dans les tuyaux de surface

Signalisation spécifique

Barytine et sulfures

Dosimétrie

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Leçons apprises à Soultz

Forer à 5km est-ce trop profond?

• Température est atteinte (200 C)

• Faible débit @ 5km

• Importante activité sismique induite pendant les phases de stimulation avec qq séismes de magnitude élevée

Fossé Rhénan

• Cible géothermique réaliste : 2 et 3.5 km de profondeur

• Température ~150-160 C

• Perméabilité liée au système de fracture naturel

• Plus faible activité sismique

Technologie

• Doublet ou triplet (2 injecteurs pour 1 producteur)

• Fiabiliser les technologies de pompage

Nouvelles cibles géothermiques dans le fossé rhénan

Acceptabilité et dissémination

25

26

Acceptabilité et géothermie profonde : enquête

Villages de Kutzenhausen et Soultz

Eté 2012

Accord des 2 mairies

Enquête avec 80 questions

203 interviews

Radioactivité

Impact paysager

Bruit

Pollution

Sismicité

Retour positif de la population locale

Les nuisances les plus importantes : bruit et sismicité induite

Acceptabilité et géothermie profonde : résultats

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

< 30 ans

30 <age< 60 ans

> 60 ans

Dissémination dans la communauté scientifique

Dec. 2006

244 publications à comité de lecture

760 présentations à des conférences

137 étudiants (51 PhD - Doctorat)

Juin 2010

EOST/IPGS/CNRS (Strasbourg Univ) Directeur Dr. Jean Schmittbuhl

8 ans de R&D sur la géothermie profonde avec l’appui du Groupe ES et du

GEIE EMC

2 M€/8 an pour des thèses, de la R&D et de la formation

R&D : Exploration (géophysique), Réservoir, Observatoire en géothermie

Formation : LMD, Ecole de Géophysique, Création d’un Master spécialisé

Laboratoire d’Excellence G-EAU-THERMIE-PROFONDE

Premier Labex sur la géothermie en France

29

Dissémination à une large audience

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http://www.geothermie-soultz.fr/

Site Internet trilingue : Allemand, Anglais et Français

Soultz Geothermal Conference

150 participants

Environ 2000 visiteurs par an Scolaires, Universités, Industriels, politiques

Grand Public, Associations, …. Strasbourg Univ. 07 Nov 2012

Les projets EGS industriels dans la vallée du Rhin

Soultz

Rittershoffen

Landau

Insheim

Bruchsal

« hot spot » géothermique (<50km)

Landau 3MWe

+ chauffage logements

Soultz-sous-Forêts

2.2MWe

Insheim 4.8MWe

Rittershoffen 24MWth

(en cours d’évaluation)

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Merci pour votre attention