La fracturation ultra-profonde pour une énergie géothermique illimitée est possible, selon une étude

La quête d’une énergie renouvelable abondante et propre se heurte depuis longtemps à des limitations techniques et économiques. Cependant, les récentes avancées réalisées par le Laboratoire de mécanique expérimentale des roches (LEMR) de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) apportent une lueur d’espoir significative. Ces travaux, publiés dans Nature Communications, montrent que même à des profondeurs supercritiques, où la roche devient visqueuse et semi-plastique, il est possible de fracturer les formations géologiques pour permettre à l’eau de circuler. Ce développement pourrait transformer la géothermie en une source d’énergie capable de répondre aux besoins énergétiques mondiaux de manière propre et durable pour des millions d’années.

Un potentiel inexploité

L’énergie géothermique, bien que connue pour sa stabilité et sa propreté, reste aujourd’hui une source d’énergie marginale, confinée à des zones géographiques spécifiques comme les régions volcaniques. La principale limitation réside dans la profondeur à laquelle il faut forer pour atteindre les roches chaudes, une opération extrêmement coûteuse et technologiquement complexe. Pourtant, sous la surface de la Terre se cache une source d’énergie presque infinie : la chaleur interne de la planète. Exploiter cette énergie à grande échelle pourrait permettre de résoudre deux des plus grands défis mondiaux : la crise climatique et la pénurie énergétique.

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Cette ressource est dite supercritique lorsqu’à des profondeurs de plusieurs kilomètres, l’eau atteint des températures supérieures à 400 °C, devenant alors un fluide qui présente à la fois les propriétés d’un liquide et d’un gaz. Ce fluide supercritique peut transférer beaucoup plus d’énergie que l’eau à température plus basse, ce qui permettrait de multiplier par dix la production d’énergie des centrales géothermiques par rapport aux centrales traditionnelles. Le défi principal, cependant, est de parvenir à forer à ces profondeurs extrêmes.

Atteindre les profondeurs où l’eau devient supercritique est une entreprise titanesque. Le record actuel de forage est d’environ 12 km, réalisé dans le cadre du puits de Kola en Russie. Mais pour exploiter la géothermie supercritique de manière généralisée, il faudrait pouvoir creuser encore plus profondément, souvent à des distances encore inaccessibles avec les technologies de forage actuelles. Si ce type de forage profond est perfectionné, des centrales géothermiques pourraient être installées presque partout sur Terre, par exemple sur les sites abandonnés de centrales à charbon. Ces installations disposent déjà d’infrastructures comme les connexions au réseau et les turbines à vapeur.

Le rôle clé de la fracturation

Une des grandes interrogations techniques autour de la géothermie supercritique concerne la capacité à faire circuler l’eau dans les roches très profondes. Les formations rocheuses à ces profondeurs ne se comportent plus comme celles que l’on trouve près de la surface. Au lieu d’être dures et cassantes, elles deviennent plus ductiles, se déformant de manière plastique. Cette ductilité des roches a longtemps fait penser aux géologues qu’il serait impossible de les fracturer, un procédé pourtant crucial pour augmenter la surface de contact entre l’eau et les roches.

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C’est ici que les travaux de l’EPFL, dirigés par Gabriel Meyer, apportent une révélation. En reproduisant en laboratoire les conditions extrêmes de température et de pression rencontrées à ces profondeurs, les chercheurs ont pu observer le comportement de la roche lorsqu’elle passe d’un état fragile à un état ductile. Ils ont utilisé des équipements sophistiqués, notamment un appareil triaxial à gaz et une imagerie 3D réalisée à l’aide d’un synchrotron, pour analyser les échantillons de roche sous haute pression.

Les résultats sont surprenants : bien que la roche devienne plastique, elle conserve la capacité d’être fracturée sous certaines conditions, un peu comme le « Silly Putty », un matériau à la fois liquide et solide. Si on la laisse reposer, elle s’écoule lentement comme un liquide, mais un choc rapide la brise comme du verre. Selon Meyer, “les géologues ont longtemps cru que la limite inférieure de la circulation de l’eau dans la croûte terrestre était le point de transition fragile-ductile. Mais nous avons montré que l’eau peut également circuler dans les roches ductiles.”

Perspectives pour l’avenir

Les conclusions de l’EPFL sont extrêmement prometteuses pour l’avenir de l’énergie géothermique. Des entreprises telles que Quaise Energy, une start-up de la côte, visent à démontrer qu’au lieu d’utiliser des trépans qui se cassent facilement à de telles profondeurs lorsque les températures augmentent, il est possible de forer des puits géothermiques super-profonds en utilisant la technologie des accélérateurs de particules créée pour le domaine de l’énergie de fusion.

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Des entreprises comme Fervo Energy et Sage Geosystems ont déjà démontré l’efficacité de la fracturation dans les centrales géothermiques traditionnelles. Avec ces nouvelles avancées, il est envisageable que ces techniques puissent s’appliquer aux projets de géothermie supercritique, augmentant ainsi de manière exponentielle la production d’énergie. 

Par ailleurs, de nouveaux records ouvrent la voie à l’exploitation de l’énergie géothermique à grande échelle.