Exploiter le potentiel géothermique du réchauffement des nappes d’eaux souterraines en ville

L’idée est originale et a d’abord germé il y a une dizaine d’années dans des laboratoires de recherche, notamment celui de l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne. Pourquoi ne pas se servir du réchauffement des nappes d’eaux souterraines dans les territoires urbanisés afin d’exploiter leur potentiel géothermique ? Car en ville, de nombreuses activités anthropiques contribuent au réchauffement du sous-sol. C’est le cas des phénomènes d’îlots de chaleurs aériens qui se répercutent sous terre. L’artificialisation et l’imperméabilisation du sol contribuent également à réchauffer le sous-sol, de même que tous les aménagements souterrains : lignes de métro, parcs de stationnement, réseaux d’assainissement…

Face à ce potentiel énergétique, la métropole de Lyon a mis en place une convention partenariale avec le Cerema, la Dreal (Direction régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement) Auvergne Rhône-Alpes, l’Ademe et le BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) afin d’observer en détail le réchauffement de sa nappe d’eau souterraine et quantifier le gisement de chaleur fatale qui en découle. Ce travail, a priori inédit sur le territoire français, vise également à établir une stratégie de gestion et d’exploitation de cette ressource énergétique à l’aide de dispositifs géothermiques à basse température. « Exploiter les calories du proche sous-sol, c’est-à-dire à une profondeur de 10 à 200 mètres, est très pratique car les températures sont stables tout au long de l’année, analyse Guillaume Attard, chef de projet au Cerema. Ces conditions sont propices au fonctionnement de machines thermodynamiques de type pompe à chaleur pour produire du chauffage ou de la climatisation. »

Le sous-sol de Lyon-Villeurbanne découpé en 13 millions de portions

Le Cerema a donc développé un modèle numérique hydrogéologique afin de cartographier en 3D le secteur de Lyon-Villeurbanne. Le sous-sol de ce territoire, représentant environ 50 km², a été découpé en 13 millions de portions ; chacune d’entre elles prend en compte les caractéristiques physiques des matériaux géologiques en place ainsi que les différents aménagements apportant une source de chaleur et contribuant au réchauffement de la nappe d’eau. « Pour construire ce modèle, nous nous sommes appuyés sur les données de terrain des réseaux de surveillance gérés par la métropole et la ville de Lyon, explique Guillaume Attard. Ces données nous ont permis de reproduire les conditions actuelles des écoulements d’eau souterraine et les transferts thermiques dans le sous-sol. »

Alors que les réseaux de surveillance ont mis en évidence depuis plusieurs années un réchauffement de la température des eaux souterraines, il est à présent possible d’identifier précisément, à l’aide d’une carte interactive, les secteurs les plus concernés par ce phénomène. L’un d’eux est par exemple localisé dans le quartier de la Part-Dieu, là où se situe la gare. À cet endroit, la nappe n’est située qu’à 5 mètres de profondeur et la présence du métro représente une source de chaleur. Globalement, tous les secteurs ayant une forte densité d’aménagements souterrains associée à une faible profondeur de la nappe sont confrontés au phénomène de réchauffement, comme dans le quartier Gerland ou sur la Presqu’île.

Au total, le gisement associé à ce flux de chaleur provenant des activités humaines a été évalué à environ 250 GWh par an. « Ce volume est loin d’être négligeable lorsqu’on le met en parallèle avec le schéma directeur des énergies de la métropole de Lyon qui indique une consommation d’énergie renouvelable de 500 GWh par an ces dernières années, poursuit Guillaume Attard. Mais ces 500 GWh s’appliquent à l’échelle de l’ensemble de la métropole alors que les 250 GWh se concentrent uniquement sur le secteur le plus urbanisé de Lyon-Villeurbanne ». Dans tous les cas, l’exploitation de ce potentiel géothermique est équivalent à la consommation en chauffage de plusieurs dizaines de milliers de ménages.

Une eau souterraine au-delà de 35 degrés pose problème

Cette étude va permettre de réunir les différents acteurs des filières professionnelles de la géothermie afin de mettre en place des règles de gestion pour exploiter de manière raisonnée cette nappe souterraine. Ce potentiel énergétique sera destiné à chauffer ou à refroidir les bâtiments et les habitations. Actuellement, environ 500 installations de géothermie à basse température sont dénombrées sur le territoire mais la puissance exploitée n’est pas connue.

Outre le potentiel géothermique, l’étude du Cerema devrait servir à mieux maîtriser la température de l’eau souterraine. En effet, lorsqu’elle est trop chaude, la qualité bactériologique peut se détériorer, ce qui la rend impropre à la consommation. « Il n’y a pas aujourd’hui de consensus scientifique pour situer précisément à quelle température le réchauffement devient particulièrement problématique pour la nappe, mais d’un point de vue pratique, on sait qu’une eau souterraine à 35 degrés pose problème », ajoute Guillaume Attard.