Quels sont les principaux usages du forage profond?
Le forage profond représente l’un des investissements les plus importants d’un projet géothermique. Selon un rapport MIT–U.S. Department of Energy, la construction des puits pouvait compter pour environ 30 % du capital de certains projets à ressource favorable, et atteindre 60 % ou davantage lorsque les conditions géologiques étaient moins avantageuses [3].
Cette infrastructure ne se limite toutefois pas à la géothermie. L’exploration de l’hydrogène naturel, le stockage géologique du CO₂ et la récupération de minéraux critiques mobilisent plusieurs compétences, équipements et services comparables, même si chaque puits doit être conçu selon son usage.
Qu'est-ce que le forage profond ?
Le forage profond consiste à creuser un puits dans le sous-sol afin d’atteindre une formation géologique, une ressource ou un réservoir situé à plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de mètres de profondeur. Il peut notamment servir à exploiter la chaleur terrestre, à explorer certaines ressources naturelles ou à injecter des fluides dans des formations adaptées.
Il n’existe toutefois pas de profondeur unique à partir de laquelle un forage est systématiquement considéré comme « profond ». La définition varie selon le cadre réglementaire, le contexte géologique et l’application visée.
Forage peu profond et forage profond : où se situe la limite?
Dans la réglementation américaine applicable à certaines activités d’exploration offshore, le Bureau of Ocean Energy Management définit un « essai stratigraphique profond » comme un forage pénétrant à plus de 500 pieds, soit environ 152 mètres, sous le fond marin [1]. Ce seuil répond à un contexte réglementaire précis et ne constitue pas une définition universelle du forage profond.
Dans le secteur de la géothermie, le British Geological Survey situe les ressources géothermiques profondes entre 500 et 5 000 mètres de profondeur [2]. Cette plage reflète la diversité des contextes géologiques et des technologies utilisées. Les projets géothermiques se sont longtemps concentrés sur des ressources à haute température, supérieure à 160 °C, accessibles à moins de 500 mètres dans certaines régions favorables.
Les progrès réalisés dans les techniques de forage permettent aujourd’hui d’atteindre et d’utiliser des ressources plus profondes, parfois à des températures plus modérées. Selon le BGS, des fluides dépassant environ 60 °C peuvent notamment fournir de la chaleur à des bâtiments, à des réseaux de chauffage ou à des installations industrielles [2].
Dans le cadre de cet article, l’expression forage profond désigne principalement des puits dépassant 500 mètres. Les profondeurs réellement visées varient toutefois fortement selon la filière, la température recherchée et les caractéristiques du sous-sol.
Tableau 1 — Seuils de profondeur par contexte
| Contexte | Profondeur ou critère indiqué |
|---|---|
| Essai stratigraphique profond, réglementation offshore américaine | Pénétration de plus de 152 m sous le fond marin |
| Ressource géothermique profonde selon le BGS | 500 à 5 000 m |
| Systèmes géothermiques améliorés, EGS | Puits pouvant atteindre 2 000 à 5 000 m |
| Stockage géologique classique du CO₂ | Généralement plus de 800 m |
Les origines du forage profond : un savoir-faire issu de plusieurs industries
Les technologies utilisées pour le forage géothermique profond proviennent en grande partie de méthodes développées dans les secteurs pétrolier, gazier, minier et hydrogéologique. Selon un rapport du MIT et du U.S. Department of Energy, l’industrie géothermique a adapté à ses propres besoins des équipements, des matériaux et des pratiques provenant de ces domaines [3].
Le forage directionnel constitue un exemple important de ce transfert technologique. Contrairement à un puits strictement vertical, cette méthode permet de modifier progressivement la trajectoire du forage afin d’atteindre une cible souterraine précise. Initialement développée par l’industrie pétrolière et gazière, elle est aujourd’hui utilisée dans plusieurs projets géothermiques [3].
Le Joint Research Centre de la Commission européenne observe également qu’une grande partie des fournisseurs d’équipements souterrains destinés à la géothermie provient de la chaîne d’approvisionnement pétrolière et gazière. Cela concerne notamment les appareils de forage, les tubages, les pompes et certains équipements d’exploration [4].
Le forage profond repose donc sur une base industrielle déjà bien établie. Les applications varient d’une filière à l’autre, mais plusieurs compétences, équipements et services peuvent être adaptés à la géothermie, à l’exploration de l’hydrogène naturel ou au stockage géologique du CO₂. Chaque projet nécessite néanmoins une conception propre à ses objectifs, à ses conditions géologiques et aux exigences d’intégrité du puits.
Le forage profond au service de plusieurs filières énergétiques
Le forage profond intervient dans plusieurs filières qui mobilisent les ressources et les capacités de stockage du sous-sol. La géothermie, l’hydrogène naturel, le stockage géologique du CO₂ et la récupération de minéraux critiques reposent sur des objectifs distincts, mais partagent une partie des compétences, des équipements et des services nécessaires à la construction des puits.
Cette base technologique commune ne signifie pas qu’un même puits peut systématiquement remplir plusieurs fonctions. Sa conception, ses matériaux et son mode d’exploitation doivent être adaptés aux conditions géologiques et à l’usage prévu.
L’hydrogène naturel : explorer les accumulations souterraines
L’hydrogène naturel, aussi appelé hydrogène géologique ou hydrogène blanc, est produit par différents processus au sein de la croûte terrestre, notamment par des réactions entre l’eau et certaines roches riches en fer. Lorsqu’il migre puis s’accumule dans un réservoir suffisamment étanche, il peut constituer une ressource potentiellement récupérable par forage.
Son exploration reprend plusieurs méthodes issues de l’industrie pétrolière et gazière, comme l’analyse géologique, l’imagerie du sous-sol et l’étude des gaz rencontrés pendant le forage.
Géothermie, stockage du CO₂ et minéraux critiques
Le forage profond peut également soutenir plusieurs autres usages énergétiques et industriels :
Géothermie profonde : les systèmes géothermiques améliorés, ou EGS, visent à faciliter la circulation de fluides dans des roches profondes et chaudes dont la perméabilité naturelle est insuffisante. Selon GEODEEP, certains puits peuvent atteindre 2 000 à 5 000 mètres et cibler des températures de 150 à 200 °C [5]. Des ressources à partir d’environ 60 °C peuvent aussi alimenter des bâtiments, des installations industrielles ou des réseaux de chaleur [2] [4].
Stockage géologique du CO₂ : le forage permet d’atteindre des formations généralement situées à plus de 800 mètres, puis d’y injecter du CO₂ sous forme de fluide dense [8]. Comme celui-ci demeure habituellement moins dense que la saumure du réservoir, la qualité de la roche couverture et l’intégrité du puits jouent un rôle essentiel dans son confinement à long terme.
Minéraux critiques : certaines saumures géothermales profondes contiennent du lithium et d’autres matières critiques présentant un intérêt potentiel pour la récupération [4]. Dans ce type de projet, les fluides extraits peuvent donc fournir de la chaleur tout en ouvrant la voie à une seconde activité économique. La viabilité de cette récupération dépend toutefois de la composition de la saumure, des concentrations présentes et des procédés de séparation utilisés.
Conclusion : Un même savoir-faire, plusieurs possibilités
Le forage profond constitue une base technologique commune à plusieurs usages du sous-sol. La géothermie, l’exploration de l’hydrogène naturel, le stockage géologique du CO₂ et la récupération de minéraux critiques mobilisent des compétences, des équipements et des services comparables, même si chaque projet exige une conception adaptée à ses objectifs et à son contexte géologique.
Mieux maîtriser les coûts, les risques et les techniques de forage pourrait donc soutenir le développement de plusieurs filières. Cette convergence ne rend pas les projets interchangeables, mais elle favorise le partage des savoir-faire et l’adaptation de capacités industrielles déjà établies aux nouveaux usages énergétiques du sous-sol.
Références
[1] "30 CFR § 551.1 - Definitions." Code of Federal Regulations, U.S. Government Publishing Office, rev. 2016, Bureau of Ocean Energy Management, https://www.law.cornell.edu/cfr/text/30/551.1.
[2] Jones, Darren, et al. "Unlocking the Deep Geothermal Energy Potential of the Carboniferous Limestone Supergroup." British Geological Survey, 28 June 2021, British Geological Survey, https://www.bgs.ac.uk/news/unlocking-the-deep-geothermal-energy-potential-of-the-carboniferous-limestone-supergroup/.
[3] Augustine, Chad, et al. "Drilling Technology and Costs." The Future of Geothermal Energy, MIT and U.S. Department of Energy, 2006, pp. 6-1–6-31, https://www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/egs_chapter_6.pdf.
[4] Taylor, Nigel, et al. Clean Energy Technology Observatory: Deep Geothermal Heat and Power in the European Union – 2023 Status Report on Technology Development, Trends, Value Chains and Markets. Publications Office of the European Union, 2023, JRC135206, doi:10.2760/545601.
[5] "What Is Geothermal Energy." GEODEEP, 2020, GEODEEP Cluster, https://www.geodeep.fr/geodeep-cluster/what-is-geothermal-energy/.
[8] Parisio, Francesco, and Victor Vilarrasa. "Sinking CO₂ in Supercritical Reservoirs." Geophysical Research Letters, vol. 47, no. 23, 2020, e2020GL090456, doi:10.1029/2020GL090456.
