Des kilomètres sous nos pieds : la source d'énergie ultra-chaude qui pourrait tout changer

La recherche lors de la Conférence Geothermal Rising a mis en évidence le potentiel de l'énergie géothermique des roches superchaudes, explorant des technologies de forage innovantes et la faisabilité de la récupération d'énergie à des kilomètres sous la surface de la Terre. Crédit : SciTechDaily.com

Dans un signe d'un intérêt croissant pour le Saint Graal de l'énergie géothermique - l'exploitation des roches superchaudes situées à des kilomètres sous nos pieds - 18 articles sur le sujet ont été présentés lors de multiples sessions lors d'une récente conférence majeure sur l'industrie géothermique dans son ensemble.

"En réduisant les coûts et en rendant l'énergie géothermique à grande échelle disponible presque n'importe où, l'énergie des roches superchaudes a le potentiel de perturber et de révolutionner le système énergétique." C'est ce que dit une description des séances sur les avancées technologiques, techniques et géologiques dans la géothermie des roches superchaudes présentée lors de la conférence Geothermal Rising 2023 qui s'est tenue sur quatre jours en octobre.

"Pour moi, un point fort assez important de Geothermal Rising 2023 a été l'accent mis sur la géothermie des roches superchaudes à travers plusieurs présentations du monde entier", déclare Matt Houde, cofondateur et directeur de projet chez Quaise Energy.

Houde est co-auteur de deux articles présentés lors de la conférence. Les deux rapportent des recherches montrant que la géothermie superchaude "peut être viable", dit-il. L'un des articles décrit les travaux menés par des chercheurs européens sur les premières simulations informatiques d'un réservoir de système géothermique amélioré (EGS) superchaud capable d'exploiter l'énergie située à plus de six miles (10 à 20 km) de profondeur, où les roches peuvent atteindre des températures de plus de 400°C (752 degrés Fahrenheit).

L'autre article décrit les travaux menés par des chercheurs de TEVERRA, LLC, sur la stabilité d'un puits géothermique s'étendant sur des kilomètres dans la Terre, où les températures superchaudes sont abondantes. Il aborde certains des défis liés au forage et à la production d'énergie géothermique à de telles profondeurs.

Houde a souligné que même si les deux articles "valident certaines de nos hypothèses sur le potentiel d'un réservoir superchaud", des recherches supplémentaires sont nécessaires. "Nous avons besoin de plus de données expérimentales pour déterminer pleinement la viabilité de la ressource."

Graphique montrant la répartition de la pression du fluide autour d'un puits géothermique superprofond. L'image a été créée à partir des premières simulations d'un système géothermique amélioré superchaud et superprofond. Crédit : Samuel Scott, Institute of Earth Sciences at the University of Iceland

La mère lode de l'énergie géothermique se trouve à environ 2 à 12 miles sous la surface de la Terre, où la roche est si chaude que si l'eau pouvait être pompée dans la zone, elle deviendrait supercritique, une phase semblable à la vapeur que la plupart des gens ne connaissent pas. (Les phases connues sont l'eau liquide, la glace et la vapeur qui forme les nuages). L'eau supercritique, à son tour, peut transporter de 5 à 10 fois plus d'énergie que l'eau chaude normale, ce qui en fait une source d'énergie extrêmement efficace si elle pouvait être pompée à la surface vers des turbines qui pourraient la convertir en électricité.

Aujourd'hui, nous ne pouvons pas accéder à ces ressources. Le premier problème : nous ne pouvons pas forer suffisamment profondément. Les forets utilisées par les industries pétrolière et gazière ne peuvent pas supporter les températures et les pressions redoutables trouvées à plusieurs kilomètres de profondeur sans devenir exponentiellement plus chères avec la profondeur.

Quaise travaille à remplacer les trépans conventionnels qui brisent mécaniquement la roche par de l'énergie d'ondes millimétriques (cousines des micro-ondes que beaucoup d'entre nous utilisent pour cuisiner). Ces ondes millimétriques font fondre puis vaporisent littéralement la roche pour créer des trous toujours plus profonds.

En développant la technologie, l'entreprise finance également des recherches de base pour mieux comprendre les dynamiques et les conditions associées à l'exploitation de la chaleur profondément sous nos pieds. Carlos Araque, PDG de Quaise, déclare : "Nous ne voulons pas simplement forer un trou à l'aveuglette et espérer le meilleur. Nous voulons nous assurer que nous utilisons les meilleures connaissances et compréhension humaines pour savoir à quoi s'attendre."

L'article sur les premières simulations d'exploitation de la chaleur à des profondeurs de 10 à 25 km a été présenté par son premier auteur, Samuel Scott de l'Institute of Earth Sciences de l'University of Iceland. Les autres auteurs, en plus de Houde, étaient Alina Yapparova de l'Institute of Geochemistry and Petrology de l'ETH Zurich, et Philipp Weis du GFZ Potsdam German Research Center for Geosciences.

Alors que la présentation de Scott était limitée en portée car l'article est actuellement en cours d'examen par un journal scientifique, il a décrit la fonctionnalité de base des modèles derrière les simulations et quelques résultats.

For example, he said, “our models show that superhot rock enhanced geothermal systems can achieve high power output with a small spatial footprint,” or amount of land needed atop the hole. More specifically, he said, “we found that hypothetical systems involving a well doublet or triplet can deliver a thermal power output of >100-120 MW per well for timescales of decades.” That’s 5-10 times more power than typically produced today from a conventional, shallower geothermal system, Houde says, and this improvement in power density could make geothermal competitive with oil and gas.

Scott notes that these results depend on the model assumptions, particularly the effectiveness of hydraulic stimulation at such depths. As a result, he and colleagues are continuing research to refine the models with more data and constraints on rock behavior. They are focusing on three key parameters: water flow within the holes, or wellbores; the chemical reactions expected to occur in the reservoir; and rock mechanics and fractures at these depths and temperatures.

The paper on wellbore stability was presented by Jerjes Porlles of TEVERRA, LLC. His coauthors, in addition to Houde, are Andrew Madyarov, Joseph Batir, and Hamed Soroush, all of TEVERRA.

Specifically, Porlles and colleagues explored the stability of a wellbore at the depths that Quaise is targeting for superhot rock geothermal energy production. Says Porlles, “in this paper, we explored some of the dynamics behind fluid flow and cool water – rock interactions in a hypothetical borehole, and none of the models show borehole stability issues.” That said, he emphasized the need for additional data on, for example, rock type and associated material properties, and further testing on the material properties developed during the millimeter wave drilling process” being developed by Quaise.

The work on both of these papers was supported by Quaise Energy.