Les volcans sont-ils la source d'énergie du futur ?

La péninsule de Reykjanes, un doigt de roche noire surplombant la dorsale médio-atlantique depuis la côte sud-ouest de l'Islande, a longtemps exploité sa géologie volcanique unique en opportunité économique. Ses édifices spectaculairement sculptés et ses vastes champs de lave attirent les naturalistes du monde entier, tandis que les piscines géothermiques chauffées par des dépôts de vapeur et de magma en profondeur constituent le point d'ancrage d'une économie de villégiature florissante.

La région est même alimentée par cette géologie ; les 12 puits géothermiques alimentant en vapeur à 600 degrés les deux turbines de la centrale électrique de Reykjanes fournissent une puissance collective de 100 mégawatts pour la zone environnante, suffisamment pour alimenter plusieurs dizaines de milliers de foyers.

Les centrales géothermiques conventionnelles comme celle de Reykjanes rendent possible le type d'économie énergétique qui a fait de l'Islande un modèle pour le monde ; le pays génère la quasi-totalité de son électricité à partir de ressources renouvelables - dont un quart uniquement grâce à la géothermie - faisant de l'Islande l'enfant d'affiche pour l'utilisation de l'énergie géothermique dans un monde dominé par les économies d'hydrocarbures.

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Mais l'énergie géothermique conventionnelle, basée sur une technologie qui existe depuis les années 1970, ne peut mener une économie d'énergie que jusqu'à présent. Si un consortium de chercheurs et de sociétés énergétiques parvient à ses fins, Reykjanes, qui abrite quatre volcans, pourrait bientôt être le point de départ d'une révolution de l'énergie géothermique qui pourrait changer la façon dont les pays et les économies du monde entier voient et utilisent leurs ressources géothermiques.

Si tout se passe comme prévu, cette année, le projet de forage profond en Islande (IDDP) - une collaboration entre l'Autorité nationale de l'énergie d'Islande, une équipe mondiale de scientifiques universitaires ; et les sociétés énergétiques HS Energy, National Power Company et Reykjavik Energy (Alcoa et Statoil ont également participé) - commenceront à forer un puits géothermique profondément dans le vaste champ volcanique de la région dans l'espoir de libérer l'énergie de la vapeur surchauffée, et peut-être même la roche en fusion elle-même, tapie à plusieurs milliers de pieds sous la surface.

Plutôt que de rechercher l'eau chaude et la vapeur typiques qui alimentent les générateurs d'énergie géothermique conventionnels de la péninsule, les ingénieurs de ce nouveau puits (nommé IDDP-2) foreront à une profondeur de 4 à 5 km (13 000 pieds à 16 000 pieds) dans une tentative de puiser directement dans les gisements d'eau dits "supercritiques" - des fluides sous une chaleur et une pression si intenses qu'ils existent dans un état qui n'est ni liquide ni gazeux. (À titre de comparaison, l'eau pure devient "supercritique" à environ 700 degrés Fahrenheit lorsqu'elle est sous 221 bars de pression, soit 221 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer.)

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Cela signifie forer à proximité des gisements de magma qui fournissent la chaleur et la pression et déterminer quoi faire avec tout ce que les ingénieurs en matériaux surchauffés y trouvent. Si les chercheurs de l'IDDP-2 peuvent maîtriser les techniques nécessaires pour transformer les fluides supercritiques - ou même le magma super chaud lui-même - en systèmes d'énergie géothermique utilisables, ils pourraient multiplier par 10 le rendement de l'installation géothermique moyenne, bouleversant l'économie de l'industrie.

D'abord, ils devront jouer avec le feu.

Il y a cinq ans, les ingénieurs de l'IDDP ont essayé cela pour la première fois dans l'espoir de développer une technologie énergétique exportable pour aider à alimenter l'économie chancelante de l'Islande. Un accident a déclenché une découverte qu'ils poursuivent depuis. Lors d'un forage à IDDP-1 au plus profond d'un volcan appelé Krafla dans le nord-est de l'Islande, ils ont atteint environ 2 km (6 500 pieds) avant de heurter de manière inattendue du magma pénétrant dans la croûte supérieure de la Terre par le bas, à des températures brûlantes de plus de 1 600 Fahrenheit. La vapeur surchauffée a établi un record mondial. L'IDDP avait pénétré directement dans les entrailles d'un volcan.

"Nous avons découvert que nous avions développé la tête de puits la plus chaude au monde", a déclaré le Dr Wilfred Elders, professeur émérite de géologie à l'Université de Californie, Riverside, et co-chef scientifique de l'IDDP. Landsvirkjun, la compagnie d'électricité nationale islandaise et propriétaire du puits, n'avait aucune idée de ce qu'il fallait faire avec le magma surchauffé bouillonnant dans le tuyau du puits à des températures supérieures à 1 600 degrés Fahrenheit. "À ce moment-là, nous aurions pu abandonner le puits", a déclaré Elders. "Nous savions que nous avions cette source de chaleur à très haute énergie, mais nous ne savions pas comment gérer les températures et les pressions."

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Au lieu de cela, Landsvirkjun a poursuivi la construction du puits, insérant un tubage en acier spécial dans le puits et laissant une section perforée au fond le plus proche du magma. La chaleur a été autorisée à s'accumuler lentement dans le trou de forage et, finalement, de la vapeur surchauffée a remonté à travers le puits pendant les deux années suivantes. Pendant cette période, il a fourni plus de la moitié de la production de 60 mégawatts de l'usine de Krafla. Ce n'est que lorsqu'une vanne est tombée en panne que Landsvirkjun a finalement été contraint de sceller le puits en pompant de l'eau froide.

Mais l'IDDP n'a pas fini de poursuivre la promesse offerte par les systèmes géothermiques dits à haute enthalpie. Si le puits IDDP-2 prévu à Reykjanes parvient à frapper un fluide supercritique, les chercheurs de l'IDDP espèrent développer une tête de puits géothermique durable sur le site, qui leur donnerait un banc d'essai pour développer des matériaux et des technologies supplémentaires pour les systèmes géothermiques à haut rendement qui pourraient être déployés partout dans le monde où se trouvent de jeunes systèmes géothermiques volcaniques.

Il s'avère qu'il existe de nombreux endroits ayant accès à des ressources géothermiques inexploitées, dont beaucoup agissent rapidement pour mettre ces ressources en ligne. "Dans le monde entier, la géothermie est en plein essor", a déclaré Benjamin Matek, analyste et responsable de projets de recherche pour la Geothermal Energy Association, une association commerciale basée aux États-Unis pour l'industrie. "Si vous regardez l'Indonésie, les Philippines et le Kenya, ils installent probablement une centrale électrique tous les deux mois."

Les pays situés à proximité des zones volcaniques installent de nouvelles ressources géothermiques à un rythme prodigieux. À l'échelle mondiale, le marché de l'énergie géothermique augmente de 4 à 5 % chaque année, selon les données recueillies par la Geothermal Energy Association. Quelque 700 projets géothermiques sont en cours dans 76 pays, sans aucun signe de ralentissement.

Mais l'énergie géothermique n'est pas toujours économiquement viable. Souvent soutenu par des subventions gouvernementales, le coût initial élevé du forage et de l'exploitation des ressources géothermiques peut les rendre non compétitifs par rapport à l'exploration pétrolière ou gazière. Le forage exploratoire à IDDP-1, par exemple, a coûté au moins 22 millions de dollars. La GEA note que les coûts varient en fonction de la portée d'un projet, mais le coût moyen d'une centrale électrique de 20 mégawatts est de 30 millions de dollars.

Il existe également d'autres risques, réels et perçus. En 2006, un projet géothermique près de Bâle, en Suisse, aurait déclenché un tremblement de terre de magnitude 3,4 lorsque le forage a croisé une ligne de faille. L'idée de forer dans des chambres magmatiques a fait craindre que cela ne déclenche une éruption volcanique (bien que les géologues aient tendance à penser le contraire). Mais l'attrait de l'énergie renouvelable bon marché l'emporte actuellement sur la plupart des préoccupations.

Les États-Unis sont le premier producteur mondial d'énergie géothermique, principalement dans des États comme le Nevada, la Californie, l'Utah et l'Oregon. Mais les 3,6 mégawatts de géothermie installés aux États-Unis ne sont qu'une goutte d'eau dans son plus grand panier d'énergie, représentant moins de la moitié de 1% de la consommation totale d'énergie du pays. Il en va de même pour de nombreux autres pays du monde ; bien que des ressources géothermiques soient présentes, une combinaison de coûts de développement initiaux élevés, d'un accès peu coûteux aux combustibles fossiles comme le gaz naturel et de la production d'énergie relativement faible pour les ressources géothermiques installées a entravé le développement.

C'est là que le forage IDDP-2 pourrait faire la plus grande différence. Des chercheurs comme les Elders de l'IDDP pensent que l'exploitation des fluides supercritiques - ou même de l'énergie chaude en fusion du magma lui-même - pourrait entraîner un changement radical dans la quantité d'énergie que les pays peuvent extraire du sol, augmentant ainsi la production d'un ordre de grandeur tout en rendant la géothermie beaucoup plus attrayante sur le plan économique, non seulement en tant que source d'électricité, mais en tant que marchandise.

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"Je pense que si ces projets de forage réussissent, cela peut changer radicalement la situation énergétique en Islande", a déclaré Elders. "Et cela pourrait avoir un impact important sur l'approvisionnement en électricité en Europe du Nord." L'Islande dispose déjà de toute l'énergie propre dont elle a besoin, ont expliqué les aînés. Mais les ingénieurs de Landsvirkjun ont longtemps exploré l'idée de poser un câble de transmission sous-marin de l'Islande à l'Écosse ou même à la Scandinavie, pour transporter l'énergie des champs géothermiques islandais vers les réseaux européens, faisant de l'Islande un exportateur d'énergie géothermique.

Alors que l'Islande et l'IDDP sont devant le reste du monde en ce qui concerne la "recherche géothermique à haute enthalpie", son accès aux ressources géothermiques n'est pas unique. L'Afrique de l'Est regorge d'opportunités géothermiques. En Europe, l'Italie détient un vaste potentiel géothermique. Les pays bordant le Pacifique - de la Nouvelle-Zélande à l'Indonésie et des Philippines au Japon - possèdent tous d'importantes ressources géothermiques près de la surface.

Aux États-Unis, les sites géologiquement actifs du nord-ouest du Pacifique et de l'ouest des États-Unis - des localités comme la mer de Salton près de Los Angeles et de San Diego, ou le champ de geysers en Californie du Nord - sont connus pour contenir des ressources thermiques supérieures à 660 degrés Fahrenheit à quelques milliers de mètres de la surface. Les générateurs géothermiques capables de gérer des fluides supercritiques - ou même du magma lui-même - pourraient produire beaucoup plus d'énergie par puits, ce qui le rend beaucoup plus attrayant pour les services publics et les gouvernements. La technologie et l'analyse de rentabilisation ne sont pas si loin.

Mais pourquoi s'arrêter là ? En octobre, Elders a présenté une conférence à la Geological Society of America concernant la frontière massive de l'énergie géothermique située juste au large des côtes de l'État de Washington et de la Colombie-Britannique, où une crête tectonique en expansion se trouve juste au large. "La quantité de chaleur sur la dorsale Juan de Fuca entre 1 000 et 2 000 m du fond marin est énorme", a-t-il déclaré. "Si seulement 1 ou 2 % pouvaient être convertis en électricité, ce serait énorme." Le total des gigawatts potentiels traversant la crête pourrait alimenter l'ensemble des États-Unis de nombreuses fois, a-t-il déclaré.

Mais bien qu'il soit tentant d'y penser, la notion de forage offshore pour les ressources géothermiques n'existe que sur le papier, a déclaré Elders. C'est une idée, quelque chose qui vaut la peine d'être réfléchi et peut-être étudié à l'avenir, dans la mesure où la technologie et l'économie le permettent. Mais l'idée de puits supercritiques sur terre est très réelle en ce moment. L'IDDP en a déjà construit un brièvement à Krafla. Et à l'IDDP-2, les chercheurs, espérons-le, se rapprocheront beaucoup plus de la mise sur le marché des technologies d'énergie géothermique supercritique à haut rendement de nouvelle génération.

Le nouveau puits pourrait éventuellement tomber en panne comme l'a fait IDDP-1. Il pourrait subir une défaillance critique au départ. Il pourrait ne pas trouver de fluide supercritique du tout. Mais Elders est convaincu qu'à un moment donné dans un avenir prévisible, l'IDDP trouvera comment exploiter cette énergie à haute température et la convertir en énergie utilisable.

"Au cours de la prochaine décennie, nous aurons plusieurs puits supercritiques sur terre, et je pense que cela attirerait l'attention de l'industrie pour développer plus de puits sur terre et ensuite peut-être se déplacer vers l'océan, où la majeure partie du flux de chaleur se produit le long de ces dorsales médio-océaniques", a déclaré Elders. De vastes ressources géothermiques existent, et une fois l'analyse de rentabilisation réalisée, on ne sait pas où l'industrie ira avec la technologie géothermique supercritique. Mais Elders sait par où commencer. "La preuve de concept viendra en Islande."