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Face aux défis complexes d’aujourd’hui, les Américains recherchent des opportunités de changement positif. Deux exemples clés de défis majeurs sont les inquiétudes croissantes concernant les impacts du changement climatique provoqués par les émissions de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combustibles fossiles, et les inquiétudes concernant les impacts de notre infrastructure défaillante après des années de négligence.
De nombreux présidents américains, dirigeants du Congrès et des États – et un nombre croissant d’entreprises, grandes et petites – soulignent que notre système énergétique doit réduire les émissions de carbone et utiliser des ressources plus durables. Ils soutiennent également la réparation de notre infrastructure. La réparation des ponts et des routes et le déploiement de systèmes d’énergie éolienne et solaire domestiques renouvelables comme substituts à la production d’électricité au charbon et au gaz auront des effets complémentaires s’ils sont effectués correctement. Ces changements réduiront nos émissions de carbone, offriront de bonnes opportunités d’emploi et nous rendront plus compétitifs. Mais la réparation des ponts et des routes et l’augmentation de l’énergie solaire et éolienne ne suffisent pas pour réaliser les améliorations essentielles dont nous avons besoin. Nous avons besoin d’un plan global pour transformer notre système d’approvisionnement en énergie afin de réduire considérablement notre empreinte carbone et d’améliorer la vitalité et l’habitabilité de nos communautés et villes. L’utilisation de l’énergie géothermique pour le chauffage offre une solution à ces deux objectifs.
Un examen plus approfondi de la façon dont nous fournissons et utilisons l’énergie aujourd’hui révèle la principale raison pour laquelle l’énergie géothermique est un bon choix. Environ 20 pour cent de notre énergie primaire totale est utilisée aux États-Unis pour fournir de la chaleur sur une plage de températures d’utilisation finale inférieures au point d’ébullition de l’eau. Une grande partie de cette demande de chauffage dans la plupart des maisons et des bâtiments commerciaux américains est satisfaite en brûlant du gaz naturel, du mazout ou du propane dans des chauffe-eau et des appareils de chauffage à des températures beaucoup plus élevées que nécessaire. Un autre 10 pour cent de notre énergie primaire totale est utilisé à des températures un peu plus élevées pour fournir de la chaleur en brûlant des combustibles fossiles pour les processus commerciaux et industriels.
Les lois de la thermodynamique – ainsi que le bon sens – nous disent que brûler des combustibles à 1 800 degrés Celsius ou plus juste pour produire de l’eau chaude à 100 degrés Celsius ou moins afin de chauffer les locaux à des températures encore plus basses est intrinsèquement un gaspillage. Pourtant, des millions de personnes le font chaque jour, dans chaque ville et village des États-Unis pour chauffer nos maisons et nos bâtiments, fournir l’eau chaude nécessaire aux nécessités quotidiennes et aux processus industriels essentiels. Pour parvenir à un système énergétique qui ne repose pas sur des sources d’énergie fossile épuisables et émettrices de carbone pour la majeure partie de son énergie, nous devons changer la façon dont nous chauffons nos bâtiments commerciaux et résidentiels.
Au moins 16 États de la région nord des États-Unis dominée par le chauffage se sont fixés des objectifs ambitieux pour réduire leur empreinte carbone de 80 à 100 % au cours des 20 à 40 prochaines années. L’utilisation directe de l’énergie géothermique réduira considérablement l’utilisation de combustibles fossiles, offrant une solution efficace pour atteindre les niveaux souhaités de décarbonisation. L’eau chaude peut également être utilisée pour alimenter les refroidisseurs, fournissant une source de refroidissement. Les systèmes de pompe à chaleur géothermique sont une autre solution géothermique qui est de plus en plus utilisée pour le chauffage et la climatisation des locaux. Associées à une source d’énergie verte, ces options permettent un système énergétique totalement décarboné.
La production d’électricité à partir de gaz de combustion chauds avant qu’ils ne soient utilisés pour des applications de chauffage à des températures plus basses est une approche beaucoup plus efficace. Cette technique est utilisée dans les centrales de cogénération de l’Université Cornell, où l’un de nous est professeur, et de nombreuses grandes universités américaines, fournissant à la fois de la chaleur et de l’électricité dans un réseau distribué. Ces centrales sont plus efficaces que les centrales qui produisent uniquement de l’électricité, mais elles consomment toujours des combustibles fossiles et produisent des émissions de dioxyde de carbone.
La combinaison d’une source d’énergie verte avec le chauffage urbain et/ou les pompes à chaleur géothermiques (qui assurent à la fois le chauffage et le refroidissement) permettrait un système énergétique totalement décarboné. L’électricité fournie uniquement par des ressources intermittentes comme l’éolien et le solaire nécessite un stockage quotidien et saisonnier pour en faire une source d’énergie fiable pour le chauffage et le refroidissement. En théorie, l’énergie nucléaire pourrait être utilisée pour fournir une chaleur de base sans carbone (à partir des systèmes d’eau de refroidissement des centrales électriques) et l’électricité nécessaire pour alimenter les pompes à chaleur et distribuer l’eau chaude dans les systèmes de chauffage urbain. Cependant, les centrales nucléaires sont de grandes installations conçues pour la production d’électricité centralisée et sont généralement situées à une certaine distance des centres de charge, ce qui limite leur utilité pour répondre aux demandes de chauffage distribuées qui varient considérablement des petites communautés aux grandes villes. Bien qu’il soit techniquement possible d’utiliser l’énergie nucléaire pour des applications de production combinée de chaleur et d’électricité, l’expansion se heurterait à une résistance publique importante.
Disposer d’une source d’énergie thermique sans carbone, plus proche de l’utilisateur final et plus adaptée à la température de chauffage requise serait une énorme amélioration en termes de décarbonisation énergétique et de résilience. Heureusement, la ressource idéale se trouve juste sous nos pieds partout aux États-Unis sous la forme de chaleur géothermique naturellement stockée dans des roches à des profondeurs de 2 à 3 kilomètres, où les températures des roches sont proches de 100 degrés Celsius. La technologie pour extraire cette chaleur existe déjà et est utilisée depuis plus d’un siècle, bien que largement inaperçue des Américains. Le chauffage urbain géothermique a été inventé en Amérique, perfectionné en Islande au 20e siècle, et est maintenant déployé à grande échelle en Chine et en Europe. Le premier système de chauffage urbain géothermique américain a commencé à fonctionner dans les années 1890 à Boise, Idaho, et fonctionne toujours aujourd’hui. En moins de 50 ans, l’Islande a converti la plupart des systèmes de chauffage des maisons des combustibles fossiles à l’énergie géothermique. Moins d’une décennie plus tard, la Chine a commencé à déployer activement l’énergie géothermique et possède désormais la plus grande quantité de chauffage urbain géothermique de tous les pays du monde. Ces exemples montrent clairement que le chauffage urbain géothermique a du sens pour les États-Unis
Cependant, le déploiement à grande échelle du chauffage géothermique urbain aux États-Unis nécessite une infrastructure pour distribuer de l’eau chaude aux maisons et aux bâtiments commerciaux. Un système de canalisation d’eau chaude qui fournit de l’énergie thermique aux bâtiments est utilisé de la même manière que nous distribuons l’électricité et le gaz naturel. Bien qu’il y ait des coûts associés au développement de sources géothermiques et de systèmes de tuyauterie, cette approche offre également une opportunité de réaliser une transformation complète de l’ensemble de notre infrastructure. L’installation de lignes de distribution d’eau chaude pour le chauffage urbain nécessite de creuser des rues et des routes, ce qui offre des opportunités non seulement d’accéder et de moderniser nos canalisations souterraines d’eau et d’égout et nos lignes électriques, mais également d’augmenter le déploiement de la fibre optique et d’autres éléments qui améliorent nos communications systèmes. Toutes ces activités offrent de nombreuses nouvelles opportunités d’emploi.
Un examen sérieux du potentiel de chauffage géothermique de l’Amérique se traduira par un système d’énergie renouvelable plus robuste, non seulement sans carbone, mais également évolutif et durable à long terme. Acheminable sans besoin de stockage, la géothermie complète les sources intermittentes d’énergie propre (solaire, éolien et biomasse). Étant donné qu’environ 30 pour cent de notre énergie primaire est utilisée directement pour le chauffage, une stratégie concertée et délibérée pour le chauffage urbain géothermique et son infrastructure requise est une solution opportune et éprouvée dans laquelle tout le monde est gagnant.
Jeff Tester est professeur Croll de systèmes énergétiques durables et scientifique principal pour Earth Source Heat, Cornell University, Ithaca, NY
Ann Robertson-Tait est présidente de GeothermEx, Inc., une société Schlumberger, Richmond, Californie.
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