Potentiel du sous-sol pour la transition énergétique

Nous avons ainsi fixé trois objectifs scientifiques clés pour l’avenir, qui renforcent notre efficacité interne et nous permettent de répondre à un paysage changeant en faveur de la transition énergétique.

Développer les moyens d’extraire l’énergie thermique des ressources géothermiques pour générer de la chaleur/froid sans carbone et stocker la chaleur/froid dans le sous-sol

Cet objectif poursuit le travail effectué au cours des 15 dernières années principalement pour faire progresser les connaissances et développer des méthodes et des processus en soutien au secteur de la production de chaleur et à l’industrie de la cogénération. Nous poursuivrons nos travaux scientifiques sur l’énergie géothermique et les systèmes de stockage de la chaleur, en établissant des ponts entre les spécialités afin de créer une véritable expertise partagée dans différentes gammes de température, depuis les très basses et basses températures (par exemple, les systèmes de chauffage urbain) jusqu’à la production de chaleur à haute température (par exemple, la chaleur « industrielle » et la production combinée de chaleur et d’électricité). La production d’électricité géothermique reste une activité de niche en France, réalisée uniquement dans les territoires français d’outre-mer. Elle peut cependant bénéficier des recherches menées en géothermie profonde en France métropolitaine.

Le stockage souterrain de chaleur/froid dans les roches ou les aquifères par exemple est un domaine que le BRGM a étudié ces dernières années dans les gammes de basse température. Cette priorité de recherche devra évoluer à l’avenir pour couvrir le stockage saisonnier de l’énergie thermique dans la masse rocheuse, en explorant les plages de températures élevées et la récupération de la chaleur résiduelle.

Enfin, à moyen et long terme, les technologies de production et de stockage de la chaleur devront être intégrées dans les systèmes énergétiques à différentes échelles (par exemple, les bâtiments, les collectivités et les réseaux de chauffage urbain), pour les rendre plus efficaces.

Priorités de recherche

Identifier et comprendre les principaux mécanismes physiques et chimiques.
Modélisation des phénomènes couplés.
Tests en laboratoire et sur plateforme.
Méthodes de développement, de suivi et d’optimisation de l’exploitation dans le contexte des réservoirs, des puits et des sites de production de chaleur.
Méthodes de développement, de suivi et d’optimisation de l’exploitation dans le contexte du stockage souterrain d’énergie thermique dans les massifs rocheux et les aquifères.
Solutions intégrées allant de la caractérisation de la formation/site souterrain à l’évaluation de son potentiel énergétique, à l’optimisation du système énergétique et à l’estimation des coûts et des bénéfices.

Estimer et exploiter le potentiel du sous-sol au niveau régional et local pour rendre les systèmes énergétiques plus efficaces d’un point de vue technique, environnemental et économique

Ce deuxième objectif concerne les collectivités (par exemple, les quartiers urbains, les villes entières ou les régions) et se concentre sur l’avancement des connaissances et le développement de méthodes et de processus pour évaluer le potentiel des collectivités en France métropolitaine pour la mise en œuvre de schémas d’énergie distribuée. Nos travaux de recherche et développement vont de la compréhension et de la qualification des ressources géothermiques et des différents systèmes de stockage souterrain au développement de méthodes d’évaluation du potentiel du sous-sol. En développant des méthodes d’exploration et de caractérisation du sous-sol qui peuvent être mises en œuvre à différentes échelles et dans différents contextes à travers la France, nous pouvons nous assurer que ce potentiel est exploité efficacement. Une attention particulière sera portée aux zones volcaniques des territoires d’outre-mer, qui présentent un potentiel de production d’énergie géothermique, en cohérence avec le traitement particulier des zones non interconnectées (îles françaises d’outre-mer non connectées au réseau métropolitain).

Exploiter le potentiel du sous-sol de manière efficace et responsable nécessite une approche systémique incluant la surface. Nous nous concentrerons sur l’efficacité des systèmes proposés et sur la façon dont elle peut être améliorée tout en veillant à ce que les systèmes énergétiques souterrains soient économiquement viables et écologiquement durables. Cela implique l’identification et l’évaluation des risques et des impacts environnementaux potentiels, y compris les déterminants techniques, sociaux et économiques. Nous identifierons les solutions les moins coûteuses et calculerons les coûts susceptibles d’être atteints dans un scénario idéal.

Cette recherche est destinée à soutenir les politiques publiques. Si une partie des travaux s’inscrit dans la continuité des recherches précédentes, ils devront évoluer pour inclure des approches systémiques et une coopération avec des partenaires appropriés. A moyen terme, nos travaux visent à soutenir les collectivités locales et régionales, et les futurs acteurs de la transition des systèmes énergétiques à différentes échelles, et seront réalisés avec le soutien de notre réseau régional.

Priorités de recherche

Stratégies d’exploration et de caractérisation des sites de production et de stockage de chaleur.
Méthodes d’estimation des ressources et du potentiel à l’échelle locale et régionale.
Amélioration/optimisation de l’efficacité des systèmes énergétiques en incluant les ressources souterraines (par exemple, approche des systèmes complexes).
Évaluation du rôle du sous-sol aux côtés d’autres systèmes de stockage d’énergie, y compris le stockage intersaisonnier dans la masse rocheuse et les avantages du stockage souterrain pour le réseau électrique.
Approches prédictives du comportement de la subsurface pour mieux comprendre l’impact environnemental et humain de l’utilisation de l’énergie géothermique dans différents scénarios de changement normaux et problématiques.
Évaluation de la durabilité environnementale, économique et sociale des systèmes de stockage et de production d’énergie impliquant la subsurface (application d’une approche des systèmes dynamiques complexes à un système contraint).

Développement du stockage souterrain pour soutenir la transition vers des systèmes énergétiques plus durables

Le troisième objectif vise à faire progresser les connaissances et à développer des méthodes, des processus et des options technologiques pour le stockage souterrain, qui pourraient contribuer à la transition vers des systèmes énergétiques plus durables.

Les systèmes énergétiques évolueront pour inclure un plus large éventail de vecteurs énergétiques (par exemple, la chaleur, les gaz non conventionnels, H2, O2, etc.), avec davantage de connexions entre les réseaux énergétiques. ), avec davantage de connexions entre les réseaux énergétiques. Nous devons être en mesure de développer le savoir-faire technologique et les éléments constitutifs pour traiter les interactions physiques et chimiques entre les différents vecteurs et le sous-sol, ainsi que le comportement de l’environnement naturel dans les conditions de stockage (par exemple, H2 et air comprimé). Des méthodologies pour l’intégration de différents systèmes de stockage devront être développées à l’avenir en vue d’optimiser les systèmes à vecteurs multiples (par exemple, les réseaux couplés électricité/chaleur/gaz).

La neutralité carbone nécessite la production d' »émissions négatives » pour compenser les émissions résiduelles, selon la stratégie nationale à faible émission de carbone. Les émissions négatives sont générées par des puits qui capturent et stockent les émissions de carbone (CSC). Nous accorderons une attention particulière au développement des connaissances et des éléments technologiques nécessaires au stockage souterrain dans des aquifères salins profonds. Nous explorerons les procédés de captage et/ou d’utilisation du carbone (par exemple, le stockage du carbone solide) dans lesquels le dioxyde de carbone est stocké dans des produits à longue durée de vie, un procédé connu sous le nom de séquestration minérale. Nous chercherons à créer des synergies avec les énergies renouvelables, et la géothermie en particulier.

Enfin, nous avons l’intention de faire progresser les connaissances et de développer des méthodologies et des briques technologiques pour soutenir la conversion potentielle des installations industrielles de production d’hydrocarbures (par exemple, les puits existants).

Nos travaux de recherche et développement pour atteindre cet objectif font partie d’une stratégie de soutien aux opérateurs externes. Il s’agit en partie de la poursuite des travaux entrepris ces dernières années dans le cadre des accords ANDRA ou de la mise en place de briques technologiques pour le développement de démonstrateurs ou de pilotes industriels. Nous soutiendrons les organismes gouvernementaux (par exemple dans le domaine du stockage des déchets radioactifs) en produisant des connaissances sur le transport réactif et des méthodologies pour surmonter les barrières physiques et humaines au confinement souterrain.

Priorités de recherche

Modélisation des processus et évaluation des barrières physiques au stockage souterrain (par exemple, le transport réactif, la réactivité chimique et le comportement des formations géologiques).
Tests en laboratoire.
Développement de méthodes d’évaluation de l’efficacité des sites de stockage souterrain.
Méthodes d’arpentage et de surveillance des installations souterraines.