L'acier inoxydable propulse l'avenir de l'énergie géothermique

Alors que la capacité de production d'énergie géothermique devrait doubler d'ici 2040, l'acier inoxydable apparaît comme la clé pour surmonter ses plus grands défis

Dans la course mondiale vers un avenir énergétique plus propre et plus sûr, l'énergie géothermique gagne discrètement du terrain. Alors que les panneaux solaires et les éoliennes volent souvent la vedette, l'énergie géothermique, issue de la chaleur interne de la Terre, est de plus en plus reconnue comme une solution fiable, peu polluante et évolutive. Grâce aux innovations technologiques de forage, à l'évolution des priorités géopolitiques et à des choix de matériaux plus judicieux comme l'acier inoxydable, l'énergie géothermique n'est plus un marché de niche, mais un pilier de la transition écologique.

Forts de nombreuses années d'expérience et d'expertise en R&D dans le domaine de l'acier inoxydable, nous nous concentrons désormais sur l'exploration de la manière dont les matériaux avancés peuvent soutenir les technologies émergentes. La géothermie s'impose aujourd'hui comme l'un des domaines les plus prometteurs.

Le potentiel inexploité de l'énergie géothermique
L'énergie géothermique exploite la chaleur naturelle stockée sous la surface de la Terre. Cette énergie thermique peut être utilisée pour produire de l'électricité ou pour chauffer directement les habitations, les bâtiments et les processus industriels.

Il existe trois principaux types de centrales géothermiques :

• Centrales à vapeur sèche, qui utilisent directement la vapeur souterraine pour entraîner des turbines.

• Centrales à vapeur instantanée, qui extraient de l'eau chaude à haute pression qui se vaporise rapidement en vapeur lorsque la pression baisse.

• Centrales à cycle binaire, qui utilisent la chaleur géothermique pour vaporiser un fluide secondaire à point d'ébullition plus bas, qui entraîne ensuite la turbine.

Les centrales à cycle binaire sont particulièrement intéressantes car elles peuvent fonctionner à des températures plus basses, ce qui rend l’énergie géothermique réalisable dans davantage de régions.

Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la capacité mondiale de production d'énergie géothermique devrait connaître une croissance rapide, passant de 16 GW actuellement à 22 GW. Avec les politiques actuelles, la production géothermique devrait dépasser 40 GW d'ici 2040 et dépasser 22 GW d'ici 2030. Ce bond en avant significatif est motivé à la fois par l'innovation technologique et par l'urgence de décarboner les systèmes énergétiques.

Investissement cumulé en géothermie, 2025-2050 :

Qu’est-ce qui motive l’essor de l’énergie géothermique ?
Plusieurs développements récents accélèrent l’essor de l’énergie géothermique.

Les innovations technologiques de forage issues de l'industrie pétrolière et gazière réduisent le coût des nouveaux puits géothermiques, tandis que des technologies émergentes comme le forage plasma promettent de révolutionner le secteur. De plus, les systèmes géothermiques améliorés (EGS) peuvent créer des réservoirs artificiels dans des roches chaudes et sèches, libérant ainsi le potentiel géothermique de zones auparavant considérées comme inadaptées.

L'un des principaux moteurs de la croissance de la géothermie est le soutien croissant des gouvernements et des institutions internationales du monde entier. Les décideurs politiques reconnaissent l'énergie géothermique comme un atout stratégique pour la transition vers des systèmes énergétiques propres, sûrs et résilients.

Dans l'Union européenne, la loi « Net-Zero Industry Act » a identifié l'énergie géothermique comme une technologie clé pour atteindre les objectifs de transition écologique. Cette loi vise à simplifier les processus d'approbation, à réduire les charges administratives et à orienter le financement vers les infrastructures énergétiques propres, notamment les projets géothermiques.

Les gouvernements français, allemand et néerlandais prévoient de lancer plus de 200 centrales de chauffage géothermique d’ici 2030. En outre, de nombreux projets sont en cours de planification ou de lancement à travers l’Europe.

En Europe, la température de la saumure utilisée pour le transfert de chaleur ne dépasse généralement pas 100 °C, et la plupart des centrales géothermiques sont utilisées pour le chauffage urbain. Cependant, 2023 a marqué la deuxième année record consécutive pour les ventes de pompes à chaleur géothermiques, avec une hausse de 11,7 % par rapport à 2022. Il est à noter que même des températures aussi basses que 80 °C peuvent être utilisées pour la production d'électricité grâce aux cycles binaires, également appelés cycles organiques de Rankine (ORC).

Aux États-Unis, le soutien à l'énergie géothermique gagne en popularité auprès des deux partis. Le Service de recherche du Congrès américain indique que les systèmes géothermiques améliorés (EGS) pourraient répondre jusqu'à 12 % de la demande d'électricité américaine d'ici 2050. Le Département de l'Énergie des États-Unis a également lancé une initiative de 84 millions de dollars pour financer des projets pilotes de démonstration d'EGS dans le cadre de la loi bipartite sur les infrastructures. Ces projets visent à présenter les applications des EGS dans divers contextes géologiques et à faire de la géothermie une source d'énergie fiable et zéro carbone.

Le contexte géopolitique, notamment la guerre en Ukraine et la crise énergétique européenne, a incité les pays européens à se tourner vers l'énergie géothermique pour se protéger de la volatilité des marchés mondiaux des combustibles. Contrairement au pétrole et au gaz, sensibles aux tensions géopolitiques et aux fluctuations des prix, l'énergie géothermique est intrinsèquement localisée. Une fois construite, une centrale géothermique peut fournir une énergie stable et économique pendant des décennies, sans être affectée par les fluctuations des marchés internationaux.

Le rôle de l'énergie géothermique dans la transition verte
Contrairement aux énergies solaire et éolienne, la géothermie ne dépend pas des conditions météorologiques. En effet, les centrales géothermiques affichent un taux d'utilisation de leur capacité de plus de 75 %, contre moins de 30 % pour l'éolien et moins de 15 % pour le solaire. Cela rend la géothermie particulièrement précieuse comme source d'énergie de base, fournissant une électricité stable 24 heures sur 24 pour répondre à une demande constante.

En termes d'impact environnemental, les centrales géothermiques émettent beaucoup moins de gaz à effet de serre que les centrales à combustibles fossiles. Selon les calculs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), les émissions médianes de la géothermie sur l'ensemble de son cycle de vie sont comparables à celles des autres énergies renouvelables et nettement inférieures à celles des combustibles fossiles.

• Charbon : 1 001 gCO₂e/kWh

• Gaz naturel : 486 gCO₂e/kWh

• Solaire PV : 43 gCO₂e/kWh

• Géothermie : 37 gCO₂e/kWh

• Éolien : 13 gCO₂e/kWh

Au-delà de ses avantages environnementaux, l'énergie géothermique renforce la sécurité énergétique. Source d'énergie locale, indépendante des combustibles importés, elle réduit l'exposition à la volatilité des marchés mondiaux de l'énergie et aux risques géopolitiques. Une fois opérationnelle, une centrale géothermique peut produire de l'électricité pendant des décennies avec un entretien minimal, une empreinte carbone réduite par rapport à d'autres installations énergétiques et une stabilité des coûts à long terme.

De plus, certains gisements géothermiques, comme la mer de Salton et le rift du Rhin supérieur, peuvent contribuer au stockage d'énergie. Le lithium hautement concentré contenu dans les saumures géothermiques de ces zones peut être extrait pour la production de batteries.

Les avantages de l'acier inoxydable
Les environnements géothermiques sont très agressifs, les fluides extraits contenant souvent de fortes concentrations de chlorures, de sulfure d'hydrogène et d'autres éléments corrosifs. Le choix des matériaux est donc crucial pour la sécurité, la rentabilité et la longévité.

Comparé à l'acier au carbone, l'acier inoxydable offre non seulement une résistance supérieure à la corrosion, mais réduit également le risque de dépôt d'ions de métaux lourds, un phénomène connu sous le nom d'« entartrage de métaux lourds », particulièrement fréquent dans la formation de Rotliegend, aux Pays-Bas et dans le nord de l'Allemagne. Ce phénomène est dû à la couche passive présente sur les surfaces en acier inoxydable, qui empêche le transfert d'électrons entre l'acier et les ions métalliques, inhibant ainsi le dépôt.

Les principales applications de l’acier inoxydable dans les systèmes géothermiques comprennent :

• Échangeurs de chaleur : Dans les centrales à cycle binaire, ils transfèrent efficacement la chaleur de la saumure géothermique vers un fluide secondaire. Les aciers inoxydables comme le duplex 2205 offrent une excellente résistance à la corrosion et une excellente conductivité thermique.

• Tuyauterie et tubes : Utilisé pour le transport des fluides géothermiques, l'acier inoxydable assure durabilité et réduit les coûts de maintenance. Les solutions de tuyauterie à revêtement mécanique peuvent être une option rentable.

• Tubages de puits : protègent les puits géothermiques profonds contre l'effondrement et la contamination. L'acier inoxydable est essentiel dans les environnements à forte teneur en chlorures, car il résiste aux contraintes thermiques et mécaniques intenses.

• Réservoirs et vannes : Utilisés pour le stockage de produits chimiques et la manipulation de fluides à haute pression et haute température. La durabilité de l'acier inoxydable réduit les risques de fuites et de défaillances. L'utilisation d'acier inoxydable duplex permet souvent de réduire le poids du réservoir et les coûts initiaux par rapport à l'acier au carbone revêtu.

• Récipients sous pression ou réacteurs pour l'extraction du lithium : Le processus de concentration du chlorure de lithium et de sa conversion en carbonate de lithium sous des températures et des pressions élevées nécessite des alliages hautement résistants à la corrosion tels que le 2507 ou le Sanicro 35.

L'acier inoxydable est plus qu'un simple choix de matériau : c'est un engagement pour l'avenir de la géothermie. Investir aujourd'hui dans les bons matériaux nous permet d'exploiter l'énergie de la Terre de manière sûre et efficace pour les générations futures. La voie vers un avenir énergétique durable ne passe pas seulement par l'adoption de nouvelles technologies, mais aussi par des choix plus intelligents et plus résilients dans les matériaux sur lesquels nous comptons pour construire cet avenir.