Comment le Kenya aide-t-il ses voisins à développer l'énergie géothermique?

La ville poussiéreuse de Naivasha se trouve dans la vallée du Grand Rift, où le continent africain est en train de se diviser en deux. À environ 90 kilomètres au nord-ouest de la capitale du Kenya, Nairobi, Naivasha accueille chaque année des hordes de touristes qui se dirigent vers le parc national de Hell's Gate. Les forces qui séparent la plaque tectonique africaine ont sculpté les falaises abruptes, les vallées en chute libre et les collines ondulantes de la région - un paysage accidenté qui a inspiré le décor du film Disney Le Roi Lion.

Ces forces ont également fait de Naivasha la frontière de l'industrie kenyane de l'énergie géothermique.

Le premier puits géothermique du pays a été foré là-bas dans les années 1950. En 1981, le Kenya a eu sa première centrale géothermique, exploitant une ressource renouvelable qui puise dans la chaleur générée en profondeur dans la Terre. Aujourd'hui, le projet de géothermie de Naivasha, Olkaria, ainsi qu'une petite installation sur un autre site, sont capables de produire 963 mégawatts d'électricité à pleine puissance.

À la fin de l'année dernière, le Kenya se classait au septième rang des pays producteurs d'énergie géothermique dans le monde. La géothermie représente 47% de la production totale d'énergie du pays - un pourcentage en croissance. Le seul autre producteur d'énergie géothermique en Afrique, l'Éthiopie, a commencé sa production en 1998 et dispose d'une capacité installée de seulement 7,5 mégawatts.

Mais l'intérêt régional est croissant, surtout que l'Afrique travaille vers l'accès universel à l'énergie d'ici 2030, conformément aux objectifs de développement durable des Nations unies. Environ 43% de la population du continent, soit environ 600 millions de personnes, n'a pas accès à l'électricité. Une analyse de 2021 réalisée par le cabinet de conseil Dalberg en partenariat avec l'ONU a montré qu'il existe suffisamment de potentiel d'énergie renouvelable pour répondre aux besoins énergétiques de l'Afrique à l'avenir, bien que les coûts initiaux soient plus élevés que si des combustibles fossiles étaient utilisés pour répondre à ces demandes énergétiques.

Si les pays africains optent pour les énergies renouvelables pour répondre à leurs objectifs en matière d'électricité, les coûts initiaux seraient de 1,5 billion de dollars, soit environ 50% de plus que les 1 billion de dollars nécessaires aux combustibles fossiles, explique James Mwangi, anciennement de Dalberg et fondateur du groupe Climate Action Platform for Africa. Mais grâce à des coûts de fonctionnement et de maintenance plus bas, les énergies renouvelables finiront par être rentables. Dans l'un des scénarios de l'analyse de Dalberg, un avenir axé sur les énergies renouvelables prendrait environ 13 ans pour être rentable par rapport à un avenir où les combustibles fossiles sont toujours largement utilisés.

Avec la voie des énergies renouvelables, Mwangi dit que "l'Afrique pourrait accéder à l'énergie universelle beaucoup plus rapidement et avoir finalement les coûts énergétiques les plus bas au monde". La nature localisée des sources d'énergie renouvelable, comparée aux combustibles fossiles souvent importés, pourrait également renforcer la sécurité et l'indépendance énergétiques.

En Afrique de l'Est, l'énergie géothermique est une option attrayante. Elle est abondante grâce au système est-africain du Rift, qui amène la chaleur vers la surface. Comme d'autres énergies renouvelables telles que l'éolien et le solaire, la géothermie n'émet pas de dioxyde de carbone. Et elle comporte des avantages supplémentaires. "L'énergie géothermique est fiable", déclare Anna Mwangi, géophysicienne principale de la Kenya Electricity Generating Company, or KenGen, l'entité gouvernementale qui exploite Olkaria (et sans lien de parenté avec James Mwangi). Les sources géothermiques sont disponibles jour et nuit, et ne dépendent pas du soleil, du vent ou de la pluie. Ainsi, l'énergie géothermique pourrait être plus résiliente aux changements climatiques que certaines autres énergies renouvelables.

Mais l'installation de centrales géothermiques nécessite plus d'argent et d'expertise spécialisée que d'autres énergies renouvelables. Et comme tout projet de développement, il peut avoir des coûts sociaux, tels que le déplacement des populations de leurs terres.

Fort de son expérience de longue date, le Kenya aide désormais ses voisins. "Nous apportons un soutien technique aux pays de la région, afin de les aider à développer leur potentiel géothermique", explique Anna Mwangi. KenGen a déjà foré plusieurs puits géothermiques en Éthiopie et à Djibouti.

Au niveau mondial, les ressources géothermiques se trouvent souvent le long des limites des plaques tectoniques, telles que le fameux "Ring of Fire" de l'océan Pacifique. En Afrique, une abondance de ressources géothermiques existe là où une nouvelle limite est en train de se former : le système est-africain du Rift. Le début exact du système n'est pas clairement défini ; il prend son origine sur la péninsule arabique avant de descendre vers le sud le long de la mer Rouge et de se prolonger jusqu'à Djibouti. Au fur et à mesure qu'il descend vers le sud en Afrique, la zone de rupture se divise en deux branches : la branche orientale se termine à la frontière entre le Kenya et la Tanzanie tandis que la branche occidentale descend encore plus au sud, s'étendant sur 6 400 kilomètres à travers plus de 10 pays avant de se terminer au Mozambique.

Pendant des millions d'années, la plaque africaine a été étirée dans des directions opposées, à raison de quelques centimètres par an. À terme, cet étirement divisionnaire séparera l'Afrique en deux continents distincts et créera deux plaques tectoniques, la plaque nubienne à l'ouest et la plaque somalienne à l'est.

Le mouvement d'étirement provoque également la formation de dômes de magma à différents endroits le long du système de rift. Un de ces endroits est Olkaria, à Naivasha. Sous la surface, la roche en fusion chauffe les eaux souterraines. Les puits amènent cette eau chaude et cette vapeur à la surface. Lorsqu'elle est utilisée à haute pression pour faire tourner des turbines, la vapeur génère de l'électricité. L'eau chaude est ensuite réinjectée dans le sol pour recharger la réserve d'eau souterraine.

Il n'existe pas d'estimation exhaustive de la quantité totale d'énergie que l'Afrique de l'Est pourrait exploiter à partir des sources géothermiques. Mais les experts estiment que le Kenya et l'Éthiopie pourraient chacun produire 10 000 mégawatts. Cela représente environ trois fois la capacité totale d'électricité installée au Kenya et le double de celle de l'Éthiopie.

La capacité totale installée dans le monde pour la production d'électricité à partir de l'énergie géothermique est de 16 000 mégawatts. En 2022, le Kenya était classé septième sur la liste des principaux pays géothermiques. Source : ThinkGeoEnergy Research 2023

États-Unis : 3 794
Indonésie : 2 356
Philippines : 1 935
Turquie : 1 682
Nouvelle-Zélande : 1 037
Mexique : 963
Kenya : 944
*Italie : 944
Islande : 754
Japon : 621

*Le total de la capacité installée au Kenya selon ThinkGeoEnergy, en janvier 2023, diffère légèrement de celui de KenGen.

Pour l'instant, c'est principalement le Kenya, l'un des acteurs majeurs de la croissance rapide de l'énergie géothermique dans le monde, qui a exploré cette chaleur profonde. En plus d'Olkaria, il y a un petit site dans le champ géothermique d'Eburru à proximité qui peut produire 2,4 mégawatts d'électricité. Plus au nord, une centrale électrique de 35 mégawatts devrait ouvrir cette année dans le champ géothermique de Menengai, avec une autre en développement.

La recherche d'une énergie géothermique accrue ces dernières années est due à la diminution de certaines sources d'énergie hydraulique au Kenya en raison des sécheresses. Avec des précipitations et des températures projetées devenir plus irrégulières et extrêmes avec le changement climatique, l'énergie géothermique pourrait être une option plus fiable, déclare Anna Mwangi.

Les centrales électriques géothermiques peuvent fonctionner à pleine puissance jusqu'à 90 % du temps, en tenant compte des arrêts pour l'entretien, déclare François Le Scornet, président et consultant principal en intelligence de marché chez Carbonexit Consulting en France. C'est comparable à une centrale nucléaire et environ deux fois plus fiable qu'une centrale à combustibles fossiles ou un parc éolien (et quatre fois meilleur qu'une centrale solaire). En effet, avec la montée de l'énergie géothermique, les pannes de courant au Kenya ont diminué, selon un rapport publié en février par l'Agence internationale pour les énergies renouvelables et l'Association internationale de géothermie.

L'eau et la vapeur brûlantes qui remontent d'un puits géothermique peuvent faire beaucoup plus que générer de l'électricité ; elles peuvent également être une source directe de chauffage. Par exemple, la ferme de fleurs d'Oserian, près de Naivasha, achemine l'eau pour chauffer une serre la nuit. La chaleur assèche l'air pour éviter que les champignons n'endommagent les roses, les œillets et les autres fleurs destinées aux bouquets du monde entier. À Olkaria, les touristes qui ont besoin de se détendre après une longue journée d'exploration de la porte de l'Enfer peuvent se détendre dans le spa géothermique près de la centrale électrique.

Il faut une équipe de spécialistes pour déterminer la pertinence d'un site pour l'exploration des ressources géothermiques. Au minimum, il faut la présence d'eau souterraine, de températures élevées - souvent autour ou au-dessus de 150° Celsius - et de roches perméables qui permettront aux eaux chaudes et à la vapeur de circuler dans les puits de production, déclare Mohamed Abdel Zaher, géophysicien à l'Institut national de recherche en astronomie et géophysique au Caire.

Certaines caractéristiques visuelles en surface peuvent donner un premier indice. Des sources chaudes, des mares de boue chaude, des geysers et même de la vapeur qui s'élève du sol sont des signes d'activité géothermique. Un autre indice est la présence de certaines roches, comme le travertin, ou de veines minérales comme le quartz, qui indiquent que la roche a été altérée lors d'interactions avec de l'eau chaude.

À Olkaria, un indice était le fait que la région environnante a une forme circulaire semblable à celle d'une caldeira, un volcan effondré. Une série de dômes volcaniques plus jeunes semble s'être infiltrée dans la caldeira.

Si les caractéristiques de surface semblent prometteuses, les géochimistes analyseront des échantillons de fluides et de gaz pour estimer la profondeur et la température de la source de chaleur et la circulation des fluides. Des sismomètres pourraient être déployés pour déduire la fragilité des roches du sous-sol. Il est important que la roche soit perméable, mais elle doit également être suffisamment solide pour résister à l'interaction de l'eau froide chauffée par le magma en dessous.

Si toutes ces données semblent prometteuses, des forages d'exploration commenceront et si tout se passe bien, un puits de production suivra, puis éventuellement une centrale électrique à part entière.

Zaher et ses collègues ont récemment terminé un projet qui pourrait aider les experts à travers le continent à cibler les sites potentiels de géothermie avant de commencer de coûteuses explorations sur le terrain. "Il est assez difficile de prédire l'énergie électrique précise qui peut être produite pour toute l'Afrique", dit-il. Mais son groupe a intégré une gamme de données géologiques, sismiques et autres données géophysiques dans un système d'information géographique pour prédire les endroits les plus prometteurs pour l'exploration géothermique. La carte résultante identifie 14 zones à fort potentiel géothermique, rapporte l'équipe l'année dernière dans Geothermal Energy.

Une récente analyse a identifié 14 zones en Afrique présentant un fort potentiel pour le développement de l'énergie géothermique. La plupart de ces emplacements se trouvent dans le système de fossé africain de l'Est.

1. La partie la plus au nord de l'Afrique.2. Golfe de Suez, Golfe d'Aqaba (Égypte)3. Accès à la mer Rouge4. Liberia et Côte d'Ivoire5. Djibouti6. Rift principal éthiopien7. Rift kényan8. Rift du lac Albert (RDC et Ouganda)9. Rift du lac Kivu10. Rift tanzanien11. Nord du Malawi12. Centre de la Zambie13. Frontière entre le Botswana et l'Afrique du Sud14. Namibie

Il n'est pas surprenant que beaucoup de ces emplacements se trouvent dans le système de fossé africain de l'Est, bien que l'on observe également un fort potentiel en Afrique du Nord au Maroc, en Algérie et en Tunisie, ainsi qu'au Liberia, en Namibie, en Zambie et en Afrique du Sud. Dans bon nombre de ces pays, la tectonique est telle que l'utilisation de l'énergie géothermique pour le chauffage direct - comme c'est le cas à la ferme de fleurs d'Oserian et pourrait être appliqué dans diverses situations, y compris le traitement industriel - pourrait être plus faisable que pour la production d'électricité, explique Zaher.

KenGen a dirigé l'exploration géothermique sur place dans plusieurs pays voisins. En plus du forage effectué en Éthiopie et à Djibouti, des études de surface visant à identifier les ressources géothermiques potentielles ont été réalisées au Soudan, en Ouganda, au Rwanda, en Tanzanie, en Zambie et sur les îles Comores au large des côtes du Mozambique, explique Anna Mwangi.

En outre, KenGen, en collaboration avec le Programme de formation géothermique GRÓ basé en Islande et la Geothermal Development Company du Kenya, forme des étudiants universitaires, des professionnels de l'énergie et des fonctionnaires gouvernementaux d'Afrique de l'Est à la recherche et au développement des ressources géothermiques, ainsi qu'au financement et à la gestion de centrales électriques. Avec l'aide de la Banque mondiale, le Kenya met également en place le Centre d'excellence géothermique, qui formera les professionnels de la région une fois qu'il ouvrira dans quelques années, ajoute Mwangi.

Des estimations exhaustives du potentiel de l'énergie géothermique ne sont pas disponibles pour tous les pays d'Afrique de l'Est. Mais les estimations existantes suggèrent qu'il y a des possibilités de croissance.

Même avec les bonnes connaissances techniques, il peut prendre plusieurs années pour passer de l'exploration à la production d'énergie géothermique. En fait, même une fois qu'un puits a été foré, il peut encore être nécessaire d'attendre une décennie ou plus avant que l'installation d'une centrale électrique ne soit opérationnelle. Les contraintes financières peuvent constituer un obstacle.

C'est ce à quoi les ingénieurs kényans ont été confrontés en 2012, explique Mwangi. Les puits avaient déjà été forés, mais le financement pour la mise en place de centrales électriques capables de produire de l'électricité à pleine capacité était encore indisponible.

Cela a ouvert la voie à l'expérimentation. Habituellement, une centrale électrique est alimentée en eau et en vapeur provenant de plusieurs puits situés à des distances variables. Mais une nouvelle approche de puits de tête, qui n'avait été mise en œuvre nulle part dans le monde, a permis la production directe et rapide d'électricité à partir d'un seul puits, à faible coût, en attendant le reste.

Lorsqu'une centrale électrique permanente est prête à être construite, l'installation de la tête de puits peut être démontée et emmenée vers un autre puits dans le même but. Environ 85 mégawatts d'électricité ont été produits de cette manière au Kenya. "De telles centrales électriques basées sur des puits nous donnent l'avantage d'une production précoce et génèrent des revenus entre-temps", déclare Mwangi. "Sinon, ces puits de production seraient restés caps attendent la construction et la mise en service d'une nouvelle centrale électrique."

Même si l'intérêt et l'expertise en matière d'énergie géothermique augmentent en Afrique de l'Est, les contraintes financières restent un obstacle. Au Kenya, un seul puits géothermique peut coûter environ 6 millions de dollars à forer, et il peut en coûter 300 millions de dollars de plus pour construire une centrale d'environ 165 mégawatts.

“Le coût initial en capital est élevé dans la géothermie, mais les coûts d'exploitation sont limités”, déclare Le Scornet, le consultant en énergie.

Le coût nivelé de l'électricité dans le monde, ou LCOE, pour l'installation d'un nouveau projet géothermique en 2021 était en moyenne de 0,068 dollar par kilowatt-heure, selon l'Agence internationale des énergies renouvelables. Le LCOE est le prix le plus bas auquel l'électricité peut être vendue pour que le projet énergétique atteigne l'équilibre. Ce chiffre prend en compte les coûts à vie, de la construction d'une centrale à son exploitation et à sa maintenance.

Geothermal’s LCOE is about 40 percent higher than a new hydropower project or solar photovoltaic array, which have an LCOE of $0.048 per kilowatt-hour. An onshore wind farm is about half as expensive, at $0.033 per kilowatt-hour, but geothermal energy is slightly less costly than an offshore wind farm’s $0.075 per kilowatt-hour. (For context, Kenya’s per capita energy consumption in 2019 was about 168 kilowatt-hours, according to the U.N.)

Le Scornet says that stable financing mechanisms are needed to provide stability and reduce actual and perceived project risks. To tackle this challenge, the Geothermal Risk Mitigation Facility, funded by the European Union and the African Union, was set up in 2012 to cofinance surface studies and drilling programs.

“Support from project partners like the EU, for instance, and the African Development Bank can be instrumental, especially in countries with high debt levels and where competition with alternative projects presents obvious challenges for the development of new geothermal projects,” Le Scornet says.

But not all costs are purely financial. Kenya’s Olkaria project demonstrates one of the social costs. In developing and expanding the project over time, some members of the local Maasai community, a seminomadic pastoralist group, have been removed from their land, says Ben Ole Koissaba, lead consultant for Rarin Consulting Services, which champions for the land rights of Indigenous communities. Relocated people “have been cut off from the rest of the community,” says Koissaba, who is a member of the Maasai. And some of the housing built for them has not been culturally appropriate, he says.

While some of the Maasai consider the displacement an outstanding issue, Kenya’s geothermal exploration isn’t slowing down. By 2025, the country aims to more than double its current production capacity to 2,500 megawatts.

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