Applications concrètes de l'énergie géothermique
Introduction
L'énergie géothermique, souvent méconnue du grand public, représente pourtant une solution énergétique en pleine expansion à travers le monde. Loin de se limiter aux volcans islandais ou aux geysers californiens, cette ressource naturelle trouve aujourd'hui des applications concrètes dans des domaines aussi variés que le chauffage résidentiel, l'agriculture ou la production industrielle.
Les dernières données mondiales révèlent une croissance continue de cette technologie, même si elle reste modeste par rapport à d’autres énergies renouvelables. Selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), la capacité installée totale de l’énergie géothermique a atteint environ 15,4 GW à la fin de 2024, soit une augmentation par rapport aux quelque 13,0 GW enregistrés fin 2020 ; la croissance nette durant 2024 a été limitée, avec seulement environ 0,4 GW de nouvelle capacité ajoutée. [13] Cette expansion témoigne d'une prise de conscience globale du potentiel de cette énergie renouvelable.
Au-delà des volumes installés, la géothermie se distingue par la diversité de ses usages. Les pompes à chaleur géothermiques représentent environ 58,8 % de l’utilisation totale, suivies par les bains et la natation (18 %), le chauffage des espaces (16 %, dont 91 % pour le chauffage urbain), le chauffage des serres (3,5 %), les applications industrielles (1,6 %), l’aquaculture (1,3 %), le séchage agricole (0,4 %), ainsi que la fonte de neige et le refroidissement (0,2 %) [1].
Cette répartition met en évidence le caractère polyvalent de l’énergie géothermique et son intégration dans des secteurs très différents. Cet article propose d’examiner ces principaux usages, en illustrant, à travers des exemples concrets, la manière dont la géothermie est aujourd’hui mobilisée pour répondre à des besoins énergétiques résidentiels, agricoles, industriels et urbains.
Chauffage urbain : l’exemple emblématique de l’Islande
Lorsqu’on évoque le chauffage urbain géothermique, l’Islande s’impose presque naturellement comme une référence incontournable. Le pays a su tirer parti d’une ressource locale abondante pour bâtir un système énergétique à la fois fiable, durable et largement accepté par la population. Aujourd’hui, environ 90 % de l’énergie utilisée pour le chauffage domestique en Islande provient de l’énergie géothermique (2020), un pourcentage unique au monde qui continue de progresser [2].
Au cœur de cette réussite, le système de chauffage urbain de Reykjavík occupe une place centrale. Il figure parmi les plus vastes et les plus performants au monde. À l’échelle nationale, 22 compagnies de chauffage géothermique publiques ou municipales exploitent 62 réseaux distincts. Le plus important alimente la capitale Reykjavík ainsi que cinq communautés voisines, fournissant de la chaleur à plus de 180 000 habitants et consommant environ 12 PJ par an [3].
L’ampleur de l’infrastructure est impressionnante, mais c’est surtout son efficacité qui retient l’attention. Le réseau de Reykjavík distribue chaque année près de 75 millions de mètres cubes d’eau chaude à environ 200 000 personnes. Cette chaleur provient de 52 puits géothermiques, délivrant ensemble 2 400 litres par seconde d’eau à des températures comprises entre 62 et 132 °C [4]. Ces chiffres illustrent concrètement la viabilité technique et économique du chauffage géothermique à grande échelle.
Plus largement, l’expérience islandaise démontre qu’une stratégie cohérente autour de la géothermie peut transformer en profondeur le mix énergétique d’un pays. Le modèle de Reykjavík inspire aujourd’hui de nombreuses villes à travers le monde, en montrant que le chauffage urbain géothermique constitue une alternative crédible aux combustibles fossiles, dès lors que les ressources sont accessibles.
Enfin, il serait réducteur de penser que cette réussite ne concerne que les régions froides. Cette énergie trouve des applications tout aussi pertinentes dans des climats tempérés et même tropicaux, comme nous le verrons dans les sections suivantes.
Pompes à chaleur géothermiques : Une révolution silencieuse
Les pompes à chaleur géothermiques représentent la technologie géothermique la plus répandue mondialement, révolutionnant le chauffage et la climatisation résidentiels et commerciaux. Cette technologie exploite la température stable du sous-sol pour chauffer en hiver et climatiser en été, offrant une efficacité énergétique remarquable.
De plus, les pompes à chaleur géothermiques utilisent 75% moins d'énergie que les systèmes de chauffage et de climatisation traditionnels [5]. Cette efficacité exceptionnelle se traduit par des économies substantielles sur les factures énergétiques et une réduction significative de l'empreinte carbone des bâtiments.
Les applications pratiques de cette technologie se multiplient à travers l'Amérique du Nord. Le National Renewable Energy Laboratory (NREL) a documenté 19 études de cas réelles de pompes à chaleur géothermiques en action aux États-Unis [6], démontrant leur adaptabilité à diverses conditions climatiques et types de bâtiments, des résidences unifamiliales aux complexes commerciaux.
Source: ATTRA Sustainable Agriculture
Le principe de fonctionnement repose sur l'échange thermique avec le sol, qui maintient une température relativement constante tout au long de l'année. En hiver, le système extrait la chaleur du sol pour chauffer le bâtiment; en été, il rejette la chaleur excédentaire dans le sol pour climatiser. Cette réversibilité fait des pompes à chaleur géothermiques une solution complète pour le confort thermique des bâtiments.
L'adoption croissante de cette technologie s'explique par plusieurs avantages : durabilité (les systèmes peuvent fonctionner pendant 25 ans ou plus), faibles coûts d'exploitation, maintenance minimale, et absence de combustion sur site. Ces caractéristiques en font une solution particulièrement attractive pour les propriétaires soucieux de réduire leur impact environnemental tout en maîtrisant leurs coûts énergétiques à long terme.
Agriculture et serres géothermiques : nourrir le monde durablement
Dans un contexte de pression croissante sur les systèmes alimentaires, l’agriculture géothermique ouvre des perspectives particulièrement prometteuses. En fournissant une source de chaleur stable et continue, elle permet de produire toute l’année, indépendamment des saisons et des aléas climatiques. Cette approche transforme en profondeur la culture sous serre et l’horticulture, en renforçant à la fois la résilience et la durabilité des exploitations.
Le recours à des infrastructures de culture chauffées par géothermie joue un rôle clé dans l’extension des saisons de production. En réduisant fortement la dépendance aux énergies conventionnelles telles que le pétrole ou le gaz, les systèmes de chauffage et de refroidissement géothermiques contribuent à diminuer les émissions de gaz à effet de serre et les polluants atmosphériques. Cette moindre dépendance énergétique améliore non seulement le bilan environnemental des exploitations, mais renforce également leur stabilité économique à long terme [7].
À travers le monde, plusieurs initiatives concrètes illustrent déjà ce potentiel. Au Kenya, par exemple, l’entreprise Oserien exploite l’énergie géothermique depuis 2003 pour la production de fleurs destinées à l’exportation [8]. Cette expérience démontre qu’il est possible de concilier agriculture commerciale à grande échelle et respect de l’environnement, tout en maintenant une compétitivité élevée.
En Asie, les usages agricoles de la géothermie prennent également des formes innovantes. Dans le Fujian, une province du sud-est de la Chine, les producteurs de champignons utilisent la chaleur géothermique pour accélérer les cycles de culture. Le temps de production est ainsi plus court que pour les méthodes traditionnelles appliquées aux champignons shiitake, offrant un avantage économique notable aux agriculteurs [8].
Au-delà de la culture sous serre, les bénéfices de l’agriculture géothermique s’étendent à de nombreux autres usages. La chaleur produite peut servir au séchage des récoltes, à la pasteurisation des produits ou encore au développement de l’aquaculture. Ces applications complémentaires favorisent l’émergence de systèmes agricoles intégrés, où une même source géothermique alimente plusieurs activités, maximisant ainsi l’efficacité énergétique et la rentabilité globale.
Source: ATTRA Sustainable Agriculture
Production d’électricité géothermique : alimenter les nations
Parmi les nombreuses applications de la géothermie, la production d’électricité occupe une place à part. Elle incarne peut-être la facette la plus visible et la plus structurante de cette ressource, en fournissant une énergie continue, pilotable et faiblement carbonée. Grâce aux centrales géothermiques, la chaleur du sous-sol est convertie en électricité capable d’alimenter des millions de foyers, offrant une alternative stable aux combustibles fossiles et aux énergies intermittentes.
Aux États-Unis, cette technologie est déjà bien implantée. En 2023, des centrales géothermiques étaient en activité dans sept États et ont produit environ 0,4 % de l’électricité totale fournie par les services publics américains, soit près de 17 milliards de kilowattheures [9]. Si cette part reste relativement modeste, elle joue néanmoins un rôle important dans la diversification du mix énergétique national et dans la sécurisation de l’approvisionnement électrique.
À l’échelle mondiale, l’empreinte de la géothermie électrique apparaît encore plus significative. En 2022, 24 pays — dont les États-Unis — ont produit environ 92 milliards de kWh d’électricité à partir de l’énergie géothermique. L’Indonésie s’est distinguée comme le premier producteur mondial, avec près de 17 milliards de kWh, soit environ 5 % de sa production totale d’électricité [9]. Ces chiffres témoignent d’un potentiel réel, en particulier dans les régions volcaniques et tectoniquement actives.
Le Kenya constitue un exemple particulièrement marquant de l’impact de la géothermie dans les économies émergentes. Avec environ 5 milliards de kWh produits, l’électricité géothermique représentait 45 % de la production annuelle du pays, faisant du Kenya le pays ayant la plus forte part relative de géothermie dans son mix électrique [9]. Cette transition a profondément renforcé la sécurité énergétique nationale.
Applications industrielles : La géothermie au service de l'industrie
L'industrie découvre progressivement le potentiel de la géothermie pour optimiser ses processus de production tout en réduisant son empreinte carbone. Les applications industrielles de la géothermie s'étendent bien au-delà du simple chauffage, offrant des solutions innovantes pour diverses opérations de transformation.
Les applications industrielles de l’énergie géothermique comprennent notamment la déshydratation alimentaire (séchage), l’extraction aurifère et la pasteurisation du lait [9]. Autant de processus traditionnellement très gourmands en énergie, pour lesquels la géothermie offre une source de chaleur continue, fiable et économiquement compétitive. En remplaçant partiellement ou totalement les combustibles fossiles, ces applications contribuent à réduire à la fois les coûts d’exploitation et les émissions associées.
Parmi les perspectives les plus prometteuses, la convergence entre l’industrie minière et la géothermie suscite un intérêt croissant. Une étude a montré que de nombreuses données collectées par les sociétés minières lors de l’exploration de minéraux localisables — comme le cuivre, l’or ou le lithium — peuvent également servir à identifier et développer des ressources géothermiques jusqu’alors inconnues [11].
Dans la pratique, le séchage industriel constitue également l’un des usages les plus répandus. La chaleur géothermique permet de déshydrater fruits, légumes et autres produits agricoles de manière efficace et maîtrisée. En plus de réduire significativement les besoins énergétiques, cette méthode contribue à une meilleure préservation des nutriments par rapport aux techniques conventionnelles.
La pasteurisation géothermique offre, elle aussi, des avantages notables pour l’industrie laitière. En s’appuyant sur la chaleur naturelle du sous-sol, les producteurs peuvent traiter le lait sans recourir aux énergies fossiles. Cette approche permet de diminuer les coûts opérationnels tout en répondant aux attentes croissantes des consommateurs en matière de durabilité et de responsabilité environnementale.
Systèmes de districts à température ambiante : L'innovation pour demain
À mesure que les villes cherchent à concilier décarbonation, résilience et maîtrise des coûts, les systèmes de districts à température ambiante s’imposent comme une piste particulièrement prometteuse. Souvent présentée comme la prochaine étape de l’innovation géothermique, cette approche repense en profondeur la manière dont l’énergie thermique est produite, partagée et utilisée à l’échelle urbaine. Elle associe l’efficacité intrinsèque de la géothermie à la souplesse des réseaux thermiques modernes.
Les districts à température ambiante sont considérés comme ayant un potentiel égal ou supérieur pour réduire la charge sur le réseau électrique par rapport aux pompes à chaleur géothermiques individuelles, entraînant des économies significatives sur les coûts du réseau [12]. Cette approche collective optimise l'utilisation de la ressource géothermique tout en minimisant les investissements individuels.
Ces systèmes fonctionnent en distribuant de l'eau à température proche de celle du sol (généralement entre 10 et 25°C) à travers un réseau de canalisations. Chaque bâtiment connecté utilise ensuite des pompes à chaleur pour élever ou abaisser cette température selon ses besoins spécifiques. Cette architecture permet une grande flexibilité : certains bâtiments peuvent chauffer tandis que d'autres climatisent, créant des synergies énergétiques au niveau du district.
L’un des principaux atouts de ces districts réside dans leur capacité à réduire la demande de pointe sur le réseau électrique. En lissant les besoins énergétiques et en facilitant les transferts de chaleur entre usagers, ils diminuent la pression sur les infrastructures existantes. Pour les municipalités et les gestionnaires de réseaux, cela se traduit par une opportunité concrète de retarder, voire d’éviter, des investissements lourds dans l’expansion du réseau électrique.
Les projets pilotes actuellement déployés confirment la pertinence de cette approche dans une grande variété de contextes urbains. Qu’il s’agisse de campus universitaires, de nouveaux quartiers résidentiels ou de zones à usage mixte, les districts à température ambiante offrent une solution évolutive pour accompagner la transition énergétique des villes. Leur efficacité est particulièrement marquée dans les environnements combinant usages résidentiels, commerciaux et institutionnels, où la diversité des profils de consommation maximise les synergies énergétiques.
Un avenir énergétique ancré dans la terre
L’analyse des applications concrètes de la géothermie met en évidence un potentiel encore largement sous-exploité. Du chauffage urbain islandais alimentant près de 90 % des foyers aux serres géothermiques du Kenya, en passant par les pompes à chaleur capables de réduire fortement la consommation énergétique des bâtiments, cette énergie démontre sa polyvalence et son efficacité dans des contextes très variés.
Pour l’industrie minière, la convergence avec la géothermie ouvre des perspectives particulièrement prometteuses. Les données issues de l’exploration peuvent révéler des ressources géothermiques insoupçonnées, offrant des opportunités de diversification et de valorisation des actifs existants. Les acteurs qui s’engagent dans cette voie se positionnent ainsi au cœur de la transition énergétique.
Plus largement, la géothermie apparaît comme une solution énergétique mature, fiable et évolutive. Elle apporte des réponses concrètes aux enjeux climatiques tout en soutenant le développement économique et la sécurité énergétique. Ainsi, pour les décideurs et les acteurs de la transition énergétique, la géothermie constitue une ressource propre, continue et durable, qui mérite d’être pleinement prise en compte dans les stratégies énergétiques à long terme.
Références
[1] Lund, John W., and Aniko N. Toth. "Direct utilization of geothermal energy 2020 worldwide review." Geothermics, vol. 90, 2021, 101915. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0375650520302078
[2] Orkustofnun (National Energy Authority of Iceland). "District Heating." Natural Resources, 2020. https://orkustofnun.is/en/natural_resources/district_heating
[3] Ragnarsson, Árni. "Geothermal development in Iceland 2005-2009." Geothermics, vol. 40, no. 1, 2011, pp. 1-8. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0375650510000416
[4] International Renewable Energy Agency (IRENA). "Overview - Energy Market - Geothermal Energy - Iceland." Regional Focus Presentation, May 2020. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Presentations/Regional-focus/2020/May/Overview--Energy-Market--Geothermal-Energy--Iceland.pdf
[5] Center for Sustainable Systems, University of Michigan. "Geothermal Energy Factsheet." CSS Publications, 2023. https://css.umich.edu/publications/factsheets/energy/geothermal-energy-factsheet
[6] National Renewable Energy Laboratory (NREL). "19 Real-World Examples of Geothermal Heat Pumps in Action." NREL News, 2024. https://www.nrel.gov/news/detail/program/2024/19-real-world-examples-of-geothermal-heat-pumps-in-action
[7] National Center for Appropriate Technology (NCAT). "Geothermal Greenhouses: Exploring the Potential." ATTRA Publications, 2023. https://attra.ncat.org/publication/geothermal-greenhouses-exploring-the-potential/
[8] AgriTech Tomorrow. "Applications of Geothermal Energy for Agriculture." AgriTech Tomorrow, September 2022. https://www.agritechtomorrow.com/story/2022/09/applications-of-geothermal-energy-for-agriculture/14069/
[9] U.S. Energy Information Administration (EIA). "Use of Geothermal Energy." Energy Explained, 2024. https://www.eia.gov/energyexplained/geothermal/use-of-geothermal-energy.php
[10] ThinkGeoEnergy. "ThinkGeoEnergy's Top 10 Geothermal Countries 2024 – Power Generation Capacity." ThinkGeoEnergy, 2024. https://www.thinkgeoenergy.com/thinkgeoenergys-top-10-geothermal-countries-2024-power/
[11] National Renewable Energy Laboratory (NREL). "Exploring Synergies Between the Geothermal and Mining Industries: A Roadmap for Leveraging Existing Data, Infrastructure, and Operational Expertise." NREL Technical Report, NREL/TP-5700-81946, 2022. https://docs.nrel.gov/docs/fy22osti/81946.pdf
[12] National Renewable Energy Laboratory (NREL). "National Modeling of Geothermal District Energy Systems." NREL Technical Report, NREL/TP-5700-90324, 2025. https://docs.nrel.gov/docs/fy25osti/90324.pdf
[13] International Renewable Energy Agency (IRENA). Geothermal Energy. IRENA, n.d., https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Geothermal-energy
