Dans une vallée d’armoise pleine d’éoliennes et de panneaux solaires dans l’ouest de l’Utah, Tim Latimer a levé les yeux vers un dispositif très différent qui, selon lui, pourrait être tout aussi important pour lutter contre le changement climatique.
C’était une plate-forme de forage, de toutes choses, transplantée des champs pétrolifères du Dakota du Nord. Mais la plate-forme qui tourbillonne doucement ne cherchait pas de combustibles fossiles. C’était du forage pour la chaleur.
L’entreprise de M. Latimer, Fervo Energy, fait partie d’un effort ambitieux visant à libérer de grandes quantités d’énergie géothermique de l’intérieur chaud de la Terre, une source d’énergie renouvelable qui pourrait aider à remplacer les combustibles fossiles qui réchauffent dangereusement la planète.
« Il y a une ressource pratiquement illimitée là-bas si nous pouvons y accéder », a déclaré M. Latimer. « La géothermie n’utilise pas beaucoup de terres, elle ne produit pas d’émissions, elle peut compléter l’énergie éolienne et solaire. Tous ceux qui s’y intéressent en deviennent obsédés. »
Les centrales géothermiques traditionnelles, qui existent depuis des décennies, fonctionnent en exploitant des réservoirs d’eau chaude naturels souterrains pour alimenter des turbines capables de produire de l’électricité 24 heures sur 24. Cependant, peu de sites ont les bonnes conditions pour cela, de sorte que la géothermie ne produit actuellement que 0,4% de l’électricité américaine.
Mais des roches chaudes et sèches se trouvent sous la surface partout sur la planète. Et en utilisant des techniques de forage avancées développées par l’industrie pétrolière et gazière, certains experts pensent qu’il est possible d’exploiter cette plus grande réserve de chaleur et de créer de l’énergie géothermique presque n’importe où. Le potentiel est énorme: le ministère de l’Énergie estime qu’il y a suffisamment d’énergie dans ces roches pour alimenter l’ensemble du pays cinq fois et a lancé une poussée majeure pour développer des technologies permettant de récolter cette chaleur.
Des dizaines d’entreprises géothermiques ont émergé avec des idées.
Fervo utilise des techniques de fracturation hydraulique – similaires à celles utilisées pour le pétrole et le gaz – pour fissurer la roche sèche et chaude et injecter de l’eau dans les fractures, créant ainsi des réservoirs géothermiques artificiels. Eavor, une start-up canadienne, construit de grands radiateurs souterrains avec des méthodes de forage mises au point dans les sables bitumineux de l’Alberta. D’autres rêvent d’utiliser le plasma ou les ondes d’énergie pour forer encore plus profondément et exploiter des températures « ultrachaudes » qui pourraient alimenter proprement des milliers de centrales au charbon en substituant la vapeur au charbon.
Pourtant, des obstacles à l’expansion géothermique se profilent. Les investisseurs se méfient des coûts et des risques des nouveaux projets géothermiques. Certains s’inquiètent de l’utilisation de l’eau ou des tremblements de terre causés par le forage. Il est difficile d’obtenir des permis. Et la géothermie reçoit moins de soutien fédéral que d’autres technologies.
Pourtant, l’intérêt croissant pour la géothermie est motivé par le fait que les États-Unis sont devenus extraordinairement bons dans le forage depuis les années 2000. Des innovations telles que le forage horizontal et la détection magnétique ont poussé la production de pétrole et de gaz à des niveaux record, à la grande consternation des écologistes. Mais ces innovations peuvent être adaptées à la géothermie, où le forage peut représenter la moitié du coût des projets.
« Tout le monde connaît la baisse des coûts de l’éolien et du solaire », a déclaré Cindy Taff, qui a travaillé chez Shell pendant 36 ans avant de rejoindre Sage Geosystems, une start-up géothermique à Houston. « Mais nous avons également assisté à de fortes baisses des coûts du forage pétrolier et gazier pendant la révolution du schiste. Si nous pouvons apporter cela à la géothermie, la croissance pourrait être énorme. »
Des États comme la Californie ont de plus en plus besoin de sources d’énergie propres pouvant fonctionner à toute heure. Alors que l’énergie éolienne et solaire se développe rapidement, elles dépendent des combustibles fossiles comme le gaz naturel pour se protéger lorsque le soleil se couche et que le vent s’estompe. Trouver un substitut au gaz est un défi climatique aigu, et la géothermie est l’une des rares options plausibles.
« La géothermie a toujours été négligée », a déclaré la sénatrice Lisa Murkowski, républicaine de l’Alaska, lors d’une audience. Mais avec l’innovation, a-t-elle ajouté, « le potentiel est là, je pense, c’est assez extraordinaire. »
La fracturation hydraulique pour une énergie propre
Près de la ville de Milford, dans l’Utah, se trouve la centrale géothermique de Blundell, entourée de fosses de boue bouillantes, de bouches de vapeur sifflantes et des ruines squelettiques d’une station thermale. Construite en 1984, la centrale de 38 mégawatts produit suffisamment d’électricité pour alimenter environ 31 000 foyers.
L’usine Blundell repose sur un volcanisme ancien et des bizarreries de la géologie: juste sous la surface se trouvent des roches chaudes et naturellement poreuses qui permettent aux eaux souterraines de percoler et de chauffer suffisamment pour créer de la vapeur pour produire de l’électricité. Mais de telles conditions sont rares. Dans une grande partie de la région, la roche chaude souterraine est du granit dur et l’eau ne peut pas s’écouler facilement.
À trois milles à l’est, deux équipes tentent d’exploiter ce granit chaud. L’un est Utah FORGE, un effort de recherche de 220 millions de dollars financé par le ministère de l’Énergie. L’autre est Fervo, une start-up basée à Houston.
Les deux utilisent des méthodes similaires: Tout d’abord, forez deux puits en forme de L géant, s’étendant sur des milliers de pieds dans le granit chaud avant de se courber et de s’étendre sur des milliers de pieds horizontalement. Ensuite, utilisez la fracturation, qui implique des explosifs contrôlés et des fluides à haute pression, pour créer une série de fissures entre les deux puits. Enfin, injectez de l’eau dans un puits, où, espérons-le, elle migrera à travers les fissures, chauffera au-delà de 300 degrés Fahrenheit et sortira de l’autre puits.
Il s’agit d’une « géothermie améliorée », et les gens ont lutté avec les difficultés d’ingénierie depuis les années 1970.
Mais en juillet, FORGE a annoncé qu’elle avait réussi à envoyer de l’eau entre deux puits. Deux semaines plus tard, Fervo a annoncé sa propre percée: un test de 30 jours au Nevada a révélé que le processus pouvait produire suffisamment de chaleur pour l’électricité. Fervo fore actuellement des puits pour sa première centrale électrique commerciale de 400 mégawatts dans l’Utah, à côté du site FORGE.
« Ce sont des réalisations majeures, dans un délai plus rapide que prévu », a déclaré Lauren Boyd, chef du Bureau des technologies géothermiques du département de l’Énergie, qui estime que la géothermie pourrait fournir 12% de l’électricité américaine d’ici 2050 si la technologie s’améliore.
M. Latimer semblait moins surpris. Avant de fonder Fervo en 2017, il a travaillé comme ingénieur de forage pour BHP, une société pétrolière et gazière. Là, il est devenu convaincu que les tentatives précédentes de géothermie améliorée ont échoué parce qu’elles n’avaient pas tiré parti des innovations pétrolières et gazières comme le forage horizontal ou les capteurs à fibre optique.
Fervo n’a pas inventé beaucoup d’outils qu’elle utilise. Dans l’Utah, le forage est effectué par Helmerich & Payne, un important entrepreneur pétrolier et gazier qui a développé une plate-forme de haute technologie avec un logiciel et des capteurs qui permettent aux opérateurs de diriger précisément les forets sous terre. Soixante pour cent des employés de Fervo venaient du pétrole et du gaz.
« Si nous avions dû inventer ce genre de choses nous-mêmes, cela aurait pris des années ou des décennies », a déclaré M. Latimer. « Notre grande intuition était que les gens de la géothermie ne parlaient tout simplement pas assez aux gens du pétrole et du gaz. »
Le plus difficile maintenant est de rendre la géothermie améliorée abordable. Le ministère de l’Énergie veut que les coûts chutent à 45 dollars par mégawattheure pour un déploiement généralisé. Les coûts de Fervo sont « beaucoup plus élevés », a déclaré M. Latimer, bien qu’il pense que des forages répétés peuvent les réduire.
La recherche à FORGE pourrait aider. Forer plus profondément et plus chaud peut rendre les projets plus rentables, car plus de chaleur signifie plus d’énergie. Mais les équipements pétroliers et gaziers existants n’ont pas été conçus pour des températures supérieures à 350 degrés, alors FORGE teste de nouveaux outils dans une roche plus chaude.
« Personne d’autre n’est prêt à prendre les risques que nous pouvons prendre », a déclaré Joseph Moore, un géologue de l’Université de l’Utah qui dirige FORGE.
La géothermie améliorée fait face à d’autres défis, a averti M. Moore. La géologie souterraine est complexe et il est difficile de créer des fractures qui maintiennent la chaleur et ne perdent pas trop d’eau au fil du temps. Les foreurs doivent éviter de déclencher des tremblements de terre, un problème qui a affecté les projets géothermiques en Corée du Sud et en Suisse. FORGE surveille de près son site de l’Utah pour détecter toute activité sismique et n’a rien trouvé d’inquiétant.
L’obtention de permis est difficile. Alors que la géothermie améliorée pourrait, en théorie, fonctionner n’importe où, les meilleures ressources se trouvent sur les terres fédérales, où les examens réglementaires prennent des années et où il est souvent plus facile d’obtenir une autorisation de forage pétrolier et gazier en raison des exemptions obtenues par les sociétés de combustibles fossiles.
Pourtant, l’intérêt augmente. La Californie est aux prises avec des pénuries d’électricité et a récemment dû prolonger la durée de vie de trois vieilles centrales à gaz polluantes. Les régulateurs ont ordonné aux services publics d’ajouter 1 000 mégawatts d’électricité provenant de sources propres pouvant fonctionner à toute heure pour soutenir les approvisionnements éoliens et solaires fluctuants. Un fournisseur d’électricité, Clean Power Alliance, a accepté d’acheter 33 mégawatts à la centrale de Fervo dans l’Utah.
« Si nous pouvons le trouver, nous avons un assez grand appétit pour la géothermie », a déclaré Ted Bardacke, directeur général de Clean Power Alliance. « Nous ajoutons plus d’énergie solaire chaque année pour la journée et avons une énorme accumulation de batteries pour déplacer l’alimentation au soir. Mais que faisons-nous la nuit? C’est là que la géothermie peut vraiment aider.
Radiateurs souterrains et roches superchaudes
Fervo fait face à une concurrence féroce pour l’avenir de la géothermie.
Une alternative est un système en « boucle fermée », qui consiste à percer des tuyaux scellés dans des roches chaudes et sèches, puis à faire circuler le fluide à travers les tuyaux, créant ainsi un radiateur géant. Cela évite l’imprévisibilité de l’eau qui coule à travers la roche souterraine et n’implique pas la fracturation hydraulique, qui est interdite dans certaines régions. L’inconvénient : un forage plus compliqué.
Eavor, une entreprise de Calgary, a déjà mis à l’essai un système en boucle fermée en Alberta et construit actuellement sa première centrale de 65 mégawatts en Allemagne.
« Si la géothermie est eÀ grande échelle, il doit s’agir d’un processus reproductible que vous pouvez refaire encore et encore », a déclaré John Redfern, directeur général d’Eavor. « Nous pensons que nous avons la meilleure façon de le faire. »
Au Texas, Sage Geosystems recherche des puits fracturés qui agissent comme des batteries. Lorsqu’il y a un surplus d’électricité sur le réseau, l’eau est pompée dans le puits. En cas de besoin, la pression et la chaleur dans les fractures repoussent l’eau vers le haut, fournissant de l’énergie.
La vision la plus audacieuse pour la géothermie est de forer six miles ou plus sous terre où les températures dépassent 750 degrés Fahrenheit. À ce stade, l’eau devient supercritique et peut contenir cinq à 10 fois plus d’énergie que la vapeur normale. Si cela fonctionne, disent les experts, la géothermie « superchaude » pourrait fournir une énergie propre abondante et bon marché n’importe où.
« Le but ultime devrait être d’arriver aux choses très chaudes », a déclaré Bruce Hill du Clean Air Task Force, un groupe environnemental.
Mais aller aussi loin nécessite des outils futuristes. GA Drilling, une société slovaque, développe des torches à plasma pour le forage à haute température. Quaise, une start-up basée au Massachusetts, veut utiliser des ondes millimétriques – micro-ondes à haute fréquence – pour pulvériser la roche et atteindre des profondeurs allant jusqu’à 12 miles.
« Il y a d’énormes défis d’ingénierie », a déclaré Carlos Araque, directeur général de Quaise.
« Mais », a-t-il ajouté, « imaginez si vous pouviez forer à côté d’une centrale au charbon et obtenir de la vapeur suffisamment chaude pour alimenter les turbines de cette centrale. Remplacement du charbon dans des milliers de centrales au charbon à travers le monde. C’est le niveau de géothermie que nous essayons de débloquer. »
Intérêts pétroliers
Le gouvernement fédéral joue un rôle de premier plan dans le développement de nouvelles technologies énergétiques risquées. Mais les législateurs négligent souvent la géothermie. Le récent projet de loi sur les infrastructures prévoyait 9,5 milliards de dollars pour l’hydrogène propre, mais seulement 84 millions de dollars pour la géothermie avancée.
« Il a été difficile pour la géothermie de se frayer un chemin dans la conversation », a déclaré Jamie Beard, fondateur de Project InnerSpace, une organisation à but non lucratif basée au Texas qui promeut la géothermie.
Mme Beard a passé des années à essayer d’intéresser les sociétés pétrolières et gazières à la géothermie. Cela se produit lentement: Devon Energy a investi 10 millions de dollars dans Fervo, tandis que BP et Chevron soutiennent Eavor. Nabors, prestataire de services de forage, a investi dans GA Drilling, Quaise et Sage.
En Oklahoma, un consortium de sociétés pétrolières et gazières dirigé par Baker Hughes a récemment lancé un effort pour explorer la conversion de puits abandonnés en centrales géothermiques.
« Historiquement, les coûts initiaux et les risques de la géothermie ont été difficiles », a déclaré Ajit Menon, vice-président de la géothermie chez Baker Hughes. « Mais nous pensons qu’il a un rôle énorme à jouer. Et nous avons des travailleurs avec les bonnes compétences, la bonne technologie. Vous pouvez voir pourquoi cela a du sens pour nous. »
