CLIMAT, AIR, ÉNERGIE
La géothermie : Visite du forage géothermique de Dammarie-les-Lys
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Énergie durable, renouvelable, située dans des strates profondes du Bassin parisien, le Dogger, la chaleur de l’eau des nappes profondes permettrait de fournir de la chaleur à tout un quartier de la ville de Dammarie-les-Lys, près de Melun. Mais sa récupération demande une grande technicité et sa mise en œuvre est onéreuse. La visite du site d’Engie Réseaux et sa filiale Geodalys organisée par l’ADEME-Ile-de-France a été très riche en enseignements et a facilité la compréhension des travaux de forages.

Un peu de géologie

Le sous-sol de la Terre est naturellement chaud, sa température s’accroît de 3,3 °C par 100 mètres de profondeur. Le Bassin parisien est riche en nappes d’eaux chaudes, une des plus importantes est située entre 1 700 et 2 000 m de profondeur dans une couche géologique datant du Jurassique moyen (–150 millions d’années) appelée le Dogger. Le Dogger est constitué de trois strates : Callovien (marnes et calcaires), Bathonien (calcaires oolithiques) et Bajocien (calcaires argileux). L’eau est contenue principalement dans l’étage Bathonien constitué de grains de calcaires oolithiques (grains de calcite de 4 mm de diamètre) et représente environ 15 % de la strate. Elle est située entre deux couches de marnes et argiles imperméables, ce qui en fait un bon réservoir qui s’étend sur 15 000 km^{2 fig. 2}. Sa température est comprise entre 57 et 85 °C ; elle est fortement minéralisée (6,5 à 35 g/l) et donc agressive pour les métaux utilisés lors des forages.

C’est à Melun que fut créé, en 1969, le premier doublet géothermique au Dogger pour alimenter 6 000 logements. On fore deux puits, car l’eau de cette nappe est tellement chargée de minéraux qu’on ne peut la rejeter au niveau du sol ou d’une rivière ; elle est donc réinjectée dans un second puits après extraction d’une partie de sa chaleur. Après un développement important dans les années 1980, à la suite du premier choc pétrolier, les difficultés techniques sur la longue durée d’exploitation de cette eau corrosive ont ralenti son évolution qui repart à présent. En 2016, il y a 41 doublets de géothermie au Dogger exploités en Ile-de-France permettant le chauffage de plus de 250 000 logements, évitant ainsi l’émission de 240 000 tonnes de CO₂. 

Le forage

Les deux puits du doublet doivent être suffisamment éloignés afin que l’eau plus froide de réinjection ne viennent modifier les caractéristiques thermiques du puits de production. Cette distance est de l’ordre de 1 500 à 2 000 m. Or, le forage de Dammarie-les-Lys, rue de la Résistance, est en pleine ville. La technique du forage dévié à partir d’un même site a donc été choisie et, pour aller plus vite, la machine de forage (600 tonnes de poids de la Société de maintenance pétrolière) permet le « batch-drilling » c’est-à-dire qu’elle peut se déplacer sur quelques dizaines de mètres par ses propres moyens et peut donc forer les deux puits en passant alternativement de l’un à l’autre, pendant les phases de séchage des cimentations des puits.

Le contrôle de ces forages dirigés est permanent via de multiples capteurs télémétriques indiquant la profondeur atteinte, la masse suspendue au derrick, la résistance des matériaux, l’orientation dans l’espace de la tête de forage. Le forage ne se fait pas en comprimant la tuyauterie et la tête de forage, mais en la suspendant. L’avancée se fait par grignotage des terrains, le train de tubes de 20 mètres chacun pénétrant dans le sol est constitué d’éléments très complexes, seule la tête et quelques éléments moteurs situés au-dessus de la tête tournent, entraîné par un moteur hydraulique mû par la pression de la boue de forage. La déviation par rapport à la verticale est obtenue par un élément du train de tiges placé à une profondeur donnée permettant un écart de 1,5 degré. La boue de forage, la bentonite, dont la densité est ajustée en permanence pour équilibrer la pression du forage, est un élément essentiel du forage, à la fois force motrice du forage, équilibrage des pressions et recueil des matériaux grignotés. La boue qui remonte est filtrée en continue et tous les 5 mètres de profondeur, les roches sont analysées par un géologue. Tous les 500 mètres, le puits est nettoyé afin d’empêcher le blocage du train de tige. Le forage se poursuit 24 heures sur 24  grâce à trois équipes et coûte près de 100 000 euros par jour. Lors de notre visite, le puits était à 1 450 m de profondeur. Au niveau du réservoir d’eau chaude, l’espace sera élargi par la tête de forage afin de constituer un volume suffisant pour pouvoir pomper 350 m³/h.

Le réseau de chauffage

La récupération de la chaleur géothermale distribuée par un réseau urbain couvrira 86 % des besoins des quartiers de l’abbaye et de la Plaine du Lys, soit 4 500 équivalent-logements, et permettra de diminuer les émissions de CO₂ de 7 000 tonnes (2 800 véhicules annuels). Le reste du chauffage sera assuré par une chaudière à gaz et de la cogénération. Forage et réseau de distribution sont subventionnés à la fois par l’Ademe pour 3,178 millions d’euros et par la Région Ile-de-France pour 2,550 millions d’euros. Ces aides publiques vont permettre d’aboutir à un tarif compétitif de la chaleur malgré les lourds investissements à réaliser par Geodalys.

 Encourager la géothermie

Avec ce forage géothermique et le futur méthaniseur, la ville de Dammarye-les-Lys entre pleinement dans la transition énergétique.

Engie Réseaux exploite dix réseaux de chaleur géothermique en France, soit 35 % de la géothermie en Île-de-France. La géothermie profonde en Île-de-France est une source importante d’économie d’énergie durable qui permet d’éviter des émissions de gaz à effet de serre. Le coût du chauffage proposé prendra en compte l’amortissement du forage, le fonctionnement des puits, l’entretien de la centrale de chauffe et du réseau de chaleur. Le coût du chauffage, peu dépendant du coût des énergies fossiles, offre ainsi aux habitants une stabilité sur la durée.

On peut se demander si la multiplication des forages dans le Dogger et la réinjection d’eau plus froide pourraient diminuer la chaleur de la nappe. Des études et des modélisations sont régulièrement en cours, menées à la fois par le BRGM, l’école des Mines et l’Ademe. Elles montrent que cette hypothèse, énoncée en 1985, était trop pessimiste et qu’une baisse de température pourrait se manifester à partir de 2028-2040. La géothermie doit être encouragée, y compris chez les particuliers qui n’ont pas besoin de réaliser des puits profonds et peuvent utiliser soit le sous-sol immediate, soit des puits de faible profondeur couplés à des pompes à chaleur.

Laurianne HENRY,
Ingénieure Ademe Île-de-France

Gérard DUMAINE,
président de Melun-Val de Seine Environnement

Michel RIOTTOT,
président d’honneur de FNE-Ile de France

©ENGIE