Chronologie du projet

La genèse

C’est Jean Goguel, ingénieur général des Mines, et ancien directeur du service de la carte géologique de France qui s’est intéressé le premier à la possibilité d’utiliser la chaleur contenu dans les roches peu perméables profondes du territoire français. Déjà à l’origine des travaux d’exploration géothermique à Bouillante en Guadeloupe dans les années 60, Jean Goguel est qualifié de "père de la géothermie française". Il a incité le BRGM à poursuivre ses recherches sur la géothermie profonde en métropole, l’Alsace du Nord apparaissait dès lors comme un excellent candidat compte tenu des informations de l’époque sur le potentiel thermique du sous-sol.

Géothermie Soultz - Genèse du projet

1984-1987 : démarrage du projet franco-allemand

Les travaux préliminaires ont été menés par le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières), avec le soutien de l’ADEME pour la France et du Geologisches Landesamt du Bade-Wurtemberg pour l’Allemagne. En 1987, l’accord de coopération franco-allemand est signé.

Connu depuis des siècles pour ses eaux thermales, sondé et étudié de près lors de l’exploitation pétrolière de Pechelbronn, un village voisin, le site de Soultz-sous-Forêts est sélectionné par le BRGM. De nombreuses données sur le sous-sol (géologie, température) étaient disponibles grâce à l’exploitation pétrolière.

Carte de prospection pétrolière de 1929

1987-1991 : forage du premier puits GPK1

Est-il possible d’exploiter la  géothermie des milieux fracturés profonds ? Et plus particulièrement dans le fossé rhénan ? Pour répondre à ces questions, un premier puits d’exploration est creusé à 2000m de profondeur. Cette opération fait en grande partie appel aux techniques et outils des forages pétroliers. Le puits est nommé GPK1, pour Géothermie Puits Kutzenhausen n°1.




Le forage des puits s’effectue en continu, 24 h / 24, avec une surveillance constante pour parer à un éventuel blocage de la tête et contrôler les vibrations. Sauf incident majeur, il faut environ 5 mois pour forer jusqu’à 5 000 mètres de profondeur, avec un diamètre de 20 cm environ.

Le monzo granite de Soultz a été extrait par carottage dans les puits GPK1 et EPS1. Il est principalement composé d’orthose (ou feldspath potassique) de taille pluri-centimétrique. Les autres minéraux primaires de la matrice granitique sont le quartz, les plagioclases, la biotite et l’amphibole. Les minéraux accessoires sont essentiellement l’apatite, la magnétite, le sphène et le zircon.

Ce trépan de type tricône est équipé de cônes rotatifs libres, munis de picots en carbure de tungstène qui a la propriété de pouvoir attaquer le granite. Sa durée de vie est d’environ 200 mètres de forage : pour le changer, il faut remonter et redescendre des kilomètres de tiges de forage, opération qui demande une trentaine d’heures de travail.

1991-1995 : forage du second puits

GPK1 est approfondi jusqu'à 3600m, et un second puits est foré à -3900m, où de l’eau géothermale est naturellement présente. Il est nécessaire que leurs extrémités soient écartées d’environ 450 mètres, afin que l’eau réinjectée prenne le temps de se "perdre" et de se réchauffer dans de multiples anfractuosités, avant d’être pompée en surface. Si le chemin de l'eau était toujours identique, trop direct ou trop court, elle finirait par refroidir localement la roche et arriverait en surface à une température insuffisante.

En revanche, leurs têtes doivent être très proches, pour faciliter l’exploitation en surface. C'est pourquoi les puits sont forés verticalement sur quelque 2 500 mètres, puis leur trajectoire est déviée. 

1996 : stimulation de la circulation souterraine de l’eau

Le sous-sol fracturé situé aux alentours des extrémités des puits constitue un immense réservoir d’eau chaude géothermale, occupant un volume de plusieurs km3. Mais les fractures naturelles de ces roches sont en grande partie colmatées par des dépôts hydrothermaux : des techniques sont alors développées pour stimuler la circulation de l'eau géothermale autour de l’extrémité des puits, dans un environnement de granite chaud, riche en fractures hydrothermalisées.

Un long et patient travail de décolmatage mécanique ou chimique est réalisé, par injection de milliers de m3 d’eau sous pression ou par acidification : ce nettoyage a été l’un des paris les plus audacieux du projet. L'eau récupérée en surface est analysée : selon la nature des matériaux remontés, on ajoute des adjuvants chimiques spécifiques pour améliorer le nettoyage.

Stimulation des fractures

1997 : la boucle est bouclée, c’est une première mondiale

Après six mois d'efforts, l’équipe réussit à faire circuler de l’eau entre deux puits distants de 450 mètres, à 3500 mètres de profondeur. L’eau aspirée par un puits arrive à la surface à une température de 142°C. Elle est ensuite réintroduite dans son milieu naturel par le second puits. Cette boucle entre la surface et les profondeurs, qui atteint un débit de 25 litres par seconde, est une première mondiale.

1998-2000 : poursuite du forage jusqu’à -5000 m

L’un des puits est approfondi jusqu’à 5000 m, pour rechercher une température de roche plus élevée : les 203°C sont atteints. La stimulation des fractures profondes se poursuit pour créer un véritable réservoir souterrain.

2001-2005 : une nouvelle boucle souterraine est créée

Un deuxième et un troisième puits sont forés à -5000m. Un puits est destiné à l’injection de l’eau, les deux autres à sa récupération.
Le travail de stimulation des roches reprend dans les 500 derniers mètres des nouveaux puits pour permettre la circulation d’eau. En 2005, la nouvelle boucle est bouclée : après six mois de tests intensifs, la partie souterraine du site est déclarée opérationnelle pour l’exploitation !

2006-2008 : la construction de la centrale électrique

Les tests se poursuivent pour étudier le comportement hydraulique et thermique de l’échangeur profond et en tirer des conclusions sur le court / moyen / long terme.

Parallèlement, en surface, la centrale électrique est réalisée. Chargée de transformer un flux d’eau chaude en courant électrique, elle doit relever d’importants défis techniques : l’eau qui circule dans la boucle est corrosive, extrêmement saline, riche en minéraux et atteint 200°C. Des solutions techniques exclusives doivent être développées pour la réalisation de la centrale électrique

A partir de 2007, l'entreprise Turboden a conçu, fabriqué et optimisé tous les composants du cycle de récupération fondés sur le principe ORC (Organic Rankine Cycle) : échangeurs,  aérocondenseurs, valves… Cryostar a fourni la turbine radiale et le turbogénérateur.


Travaux sur la plateforme ORC


Les aérocondenseurs de la partie ORC

13 juin 2008 : le pari est gagné, la centrale électrique produit ses premiers kilowattheures

Grand jour pour toute l’équipe et les partenaires : même si la partie la plus complexe du projet à été réalisée sous terre, la production 1,5 mégawatts électriques (MWe) permet de prouver la faisabilité de l’exploitation. La production électrique obtenue correspond à la consommation d'une petite ville. Après une période d’expérimentation, il est envisagé de doubler la production électrique grâce à la mise en service d’un 4e puits existant pour la ré-injection.

Aujourd’hui, Géothermie Soultz est un site dédié à l’observation et aux études scientifiques et techniques.