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Le projet franco-allemand de géothermie
profonde de Soultz-sous-Forêts
Nicolas CUENOT & Albert GENTER
GEIE Exploitation Minière de la Chaleur
La centrale géothermique de Soultz
Sobriété et efficacité énergétiques
28 novembre 2013, Belfort
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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
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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
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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
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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
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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
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Résultats scientifiques et techniques
7
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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
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9
Cartographie thermique
50°C à 400 m de
profondeur
Hass & Hoffmann, 1929
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Les puits géothermiques profonds
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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
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12
Illite et calcite dans le granite fracturé
1mm
50mm
Puits GPK1
K5-20
Puits GPK1
1400 m
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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
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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
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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
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Résultats techniques
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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
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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
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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
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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
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Pompe immergée de production
Partie hydraulique Impulseurs Granite broyé (cuttings)
Forte abrasion avec
des débits > 23 l/s
Amélioration technologique : matériau noble
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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
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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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24
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
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Acceptabilité et dissémination
25
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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
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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
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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
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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
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Dissémination à une large audience
30
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
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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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32
Merci pour votre attention