La géothermie désigne le processus permettant de capter en profondeur la chaleur terrestre, et l’exploiter via un système de canalisations afin de l’exploiter en surface sous forme d’électricité ou de chaleur. Ce procédé est basé sur un système de tuyauterie creusé dans le sol, à l’intérieur duquel circule en permanence un échange de courants chauds et froids.
Les niveaux énergétiques correspondants sont adaptables afin de pouvoir alimenter des équipements très variés ; ces équipements géothermiques sont répartis en trois catégories distinctes.

• la géothermie peu profonde à basse température ;
• la géothermie profonde à haute température ;
• la géothermie très profonde à très haute température.

La géothermie peu profonde à basse température 

Il s'agit principalement d'extraire la chaleur contenue dans le sous-sol afin de l'utiliser pour les besoins en chauffage. Les transferts thermiques peuvent aussi dans certains cas être inversés pour les besoins d'une climatisation.

Les procédés d'extraction de l'énergie diffèrent suivant les solutions retenues par les constructeurs. La méthode utilisée pour assurer les transferts thermiques influe beaucoup sur le rendement de l'ensemble. Comme véhicule thermique on utilise de l'eau ou de l'eau avec un glycol ou directement le gaz frigorigène. La géothermie peu profonde et basse température utilisera donc de plus en plus la chaleur de la terre dans le sol. La profondeur des forages est de 30 à 80 mètres. La profondeur du forage est en fonction du type de géothermie.

Dans le cas de la géothermie d'eau, ou aquathermie, plusieurs schémas d’installation existent :

• forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
• doublet : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
  • doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
  • doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection

En général le principe du « doublet géothermique » est retenu pour augmenter la durée de vie de l'exploitation de la nappe phréatique dans laquelle on puise l'eau chaude. Le principe est de faire deux forages : le premier pour puiser l'eau, le second pour la réinjecter dans la nappe. Les forages peuvent être éloignés l'un de l'autre (un à chaque extrémité de la nappe pour induire un mouvement de circulation d'eau dans la nappe, mais ce n'est pas pratique d'un point de vue de l'entretien) ou rapprochés de quelques mètres mais avec des forages obliques (toujours dans le but d'éloigner les points de ponction et de réinjection de l'eau).

Dans les autres cas de géothermie verticale il n'y a pas de contraintes particulières.

La géothermie profonde à haute température 

Les forages sont dans ce cas plus profonds. La profondeur de forage est en fonction de la température désirée et du gradient thermique local qui peut varier sensiblement d'un site à l'autre. (en moyenne 4 °C par 100 m de profondeur). La méthode utilisée pour les transferts thermiques est plus simple (échangeur de température à contre courant) et ne nécessite pas de fluide caloporteur comme cela est le cas avec la géothermie peu profonde basse température.

La géothermie très profonde à très haute température 

Plus on fore profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Il peut varier de 3 °C / 100 m (régions sédimentaires) jusqu’à 1 000 °C / 100 m (régions volcaniques, zones de rift comme en Islande ou en Nouvelle-Zélande). On distingue classiquement trois types de géothermie selon le niveau de température disponible à l'exploitation :

• la géothermie à haute énergie ou géothermie privilégiée exploite des sources hydrothermales très chaudes, ou des forages très profonds où de l'eau est injectée sous pression dans la roche. Cette géothermie est surtout utilisée pour produire de l'électricité. Elle est parfois subdivisée en deux sous-catégories :
  • la géothermie haute énergie (aux températures supérieures à 150 °C) qui permet la production d'électricité grâce à la vapeur qui jaillit avec assez de pression pour alimenter une turbine.
  • la géothermie moyenne énergie (aux températures comprises entre 100 °C et 150 °C) par laquelle la production d'électricité nécessite une technologie utilisant un fluide intermédiaire.
• la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 °C et 100 °C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain.
• la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 °C et 30 °C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle par dispositifs thermodynamiques généralement fonctionnant à l'électricité , d'où le therme barbare électro-thermodynamique, appelés plus communément « pompes à chaleurs aérothermiques » (puisant dans l'air extérieur) et « pompe à chaleur géothermique »

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie de profondeur (haute et basse énergie), présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d'énergie quasi-continue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l'énergie. Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années (30 à 80 ans en moyenne).

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Pompe à chaleur Air-Air Oise