Le projet HEATSTORE : évaluer le potentiel de mise en œuvre du stockage thermique à haute température dans le sous-sol

Pour que la transition énergétique soit réussie, des sources de chaleur à faible emissions de CO2 doivent être établies. Le stockage de la chaleur est essentiel dans ce développement, car il offre la flexibilité nécessaire pour gérer les variations de l'offre et de la demande de chaleur (par exemple lors des changements saisonniers). De plus, la chaleur fatale produite par les activités industrielles et civiles, jusqu'à présent émise dans l'environnement, pourrait être stockée dans le sous-sol pour un approvisionnement saisonnier. L'objectif principal du projet HEATSTORE est de poursuivre le développement des technologies HT-UTES.

En Suisse, HEATSTORE vise à mener deux projets de démonstration pour le stockage de l'énergie thermique à haute température en aquifères (HT-ATES), où la chaleur résiduelle industrielle est convertie en ressource. Les projets de démonstration sont localisés dans les cantons de Genève et de Berne.

Les projets de démonstration HEATSTORE font partie du SCCER-SoE. Des scientifiques des universités de Genève, Berne, Neuchâtel et de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ) se penchent sur la question de savoir si les HT-ATES seront réalisables ou non. Ils collaborent étroitement avec deux partenaires industriels, les Services Industriels de Genève (SIG) et Energie Wasser Bern (EWB).

Les activités prévues couvrent la caractérisation du sous-sol, l'analyse du système énergétique, l'amélioration du cadre juridique et la modélisation économique assurant la durabilité des projets. Cette approche est soutenue par d'importants investissements industriels pour la caractérisation souterraine. Deux puits, forés par SIG jusqu’à 750 et 1400 mètres en profondeur dans la région de Genève, fournissent des données sur des cibles potentielles dans les unités carbonatées du Mésozoïque. Un laboratoire de terrain à plus petite échelle est mis en place à Concise (VD) par l'Université de Neuchâtel, permettant l'exécution de tests thermo-hydrauliques dans les unités mésozoïques. Des puits d'exploration, jusqu'à 500 mètres de profondeur, ciblent les sédiments de Molasse dans la région de Berne.

Ces activités d’exploration permettent la caractérisation du sous-sol et la modélisation thermo-hydraulique-mécanique-chimique (THMC). Le but est d’évaluer le potentiel technique pour le stockage sur les deux sites. Les scientifiques combinent les résultats de cette modélisation numérique avec une analyse du système énergétique afin d’évaluer la disponibilité et la demande de la chaleur résiduelle. Les résultats des évaluations couplées aident à concevoir l'intégration de nouvelles installations dans le réseau de chauffage urbain. Les améliorations du cadre juridique basées sur une évaluation technique complète et le partage des meilleures pratiques avec les autres partenaires européens constituent un outil important pour permettre et accélérer la mise en œuvre des systèmes HT-ATES. Dans le même temps, la modélisation économique permet de valider la faisabilité des projets et aide les partenaires industriels à planifier des investissements futurs.

Illustration du projet genevois visant à évaluer le potentiel de stockage de chaleur pour le développement d'un système HT-ATES connecté à une usine de valorisation énergétique des déchets exploitée par les Services Industriels de Genève (SIG).

Les scientifiques combinent les données recueillies dans le cadre des activités d'exploration et de développement de la géothermie industrielle menées par SIG et EWB pour produire plusieurs modèles prédictifs intégrés. Ces modèles permettront d'évaluer la faisabilité technico-économique, juridique et sociale des projets HT-ATES en Suisse.

Les scientifiques combinent (a) la configuration du système énergétique en termes de disponibilité de chaleur excédentaire et de demande de chaleur, et (b) les conditions du sous-sol pour produire un ensemble de scénarios des systèmes ATES. Les résultats permettent aux scientifiques d'évaluer la faisabilité technique des systèmes HT-ATES sur les deux sites pilotes.

Les modèles sont calibrés en fonction des données résultant des opérations sur le terrain menées par les partenaires industriels pour, à terme, 1) définir les scénarios les plus prometteurs, 2) évaluer la valeur des nouvelles informations fournies, 3) évaluer les performances économiques des scénarios identifiés et 4) établir un lien avec les conditions réglementaires et environnementales afin d’évaluer la faisabilité technique, économique, juridique et sociale des projets.

Représentation schématique du projet pilote à Berne visant à stocker la chaleur résiduelle de la centrale électrique voisine de Bern-Forsthaus.

Les auteurs de ce rapport remercient le consortium suisse HEATSTORE pour sa contribution.