Les États-Unis exploitent en premier une ressource géothermique très profonde de 63 000 GW sous nos pieds.

Les chercheurs et jeunes pousses américaines se livrent désormais une course pour transformer cet étrange théâtre souterrain en une énergie propre, stable et disponible en continu - avec l’ambition d’atteindre une puissance qui pourrait dépasser l’ensemble du système électrique mondial actuel.

Géothermie superprofonde, la « nouvelle » vieille énergie

La production d’électricité géothermique ne date pas d’hier. De l’Islande au Kenya, des pays forent déjà la roche chaude, injectent de l’eau, puis exploitent la vapeur qui remonte pour entraîner des turbines. L’atout est clair : c’est une énergie fiable, indépendante du vent et du soleil, capable de fonctionner 24 h/24 et 7 j/7.

Le problème, c’est que la géothermie classique ne prélève qu’une fine part de ce qui se trouve sous nos pieds. Elle dépend de roches naturellement chaudes et perméables, le plus souvent dans des zones volcaniques. Résultat : les sites possibles restent rares.

La géothermie superprofonde vise des roches ultra-chaudes à des profondeurs de 3 à 19 kilomètres, où la chaleur devient disponible presque partout, et pas uniquement dans les points chauds volcaniques.

À ces profondeurs, la température de la roche peut amener l’eau à un état supercritique, produisant un fluide très concentré en énergie, sans équivalent avec une vapeur « ordinaire ». Si les ingénieurs parviennent à maîtriser sa circulation et son contrôle, ils accèdent à une ressource que des chercheurs évaluent à environ 63 terawatts - 63,000 gigawatts - de capacité potentielle à l’échelle de la planète.

La production électrique actuelle de l’humanité représente environ un huitième de ce niveau.

Un laboratoire qui tente de reproduire les conditions des grandes profondeurs

L’EDGE d’Oregon, une simulation d’enfer fabriqué

Avant d’industrialiser la géothermie superprofonde, il faut d’abord comprendre ce qui se passe réellement à plusieurs kilomètres sous la surface. C’est précisément l’objectif du nouveau Experimental Deep Geothermal Energy Lab (EDGE) de l’Oregon State University.

Le site a été rendu possible grâce à un don de 750 000 dollars de la jeune pousse américaine Quaise Energy. Le dispositif EDGE a été conçu pour reproduire les conditions parmi les plus extrêmes rencontrées dans des formations rocheuses profondes.

L’élément central est un réacteur à flux continu. À l’intérieur, l’eau circule autour de 400 °C, sous une pression environ 500 fois supérieure à celle de la surface.

En obligeant l’eau, les minéraux et des fragments de roche à interagir en temps réel à 400 °C et 500 atmosphères, EDGE permet d’observer des processus des grandes profondeurs qui n’existaient jusque-là que dans des modèles informatiques.

Des caméras et des capteurs suivent tout ce qui se produit : la manière dont les minéraux se dissolvent dans le fluide brûlant, les zones où ils se redéposent, et les types de roches qui commencent à se désagréger… ou au contraire à se colmater.

Les modèles géothermiques existants, calibrés pour des conditions plus tempérées autour de 200 °C, deviennent vite peu fiables dans de tels extrêmes. Les mesures issues du laboratoire doivent alimenter une nouvelle génération d’outils de simulation, afin d’aider les opérateurs à choisir où forer, comment faire circuler les fluides, et quels matériaux utiliser au fond des puits.

Quand l’eau ne se comporte plus comme de l’eau

Le passage à l’état supercritique

Dès que l’eau dépasse environ 374 °C sous une pression suffisante, elle bascule en état supercritique. Ce n’est ni tout à fait un liquide, ni tout à fait un gaz : une phase hybride aux propriétés atypiques.

Dans ce régime, l’eau peut transporter plusieurs fois plus de chaleur par kilogramme que de l’eau simplement « chaude ». Elle se déplace aussi autrement à travers les fractures de la roche, et réagit de façon plus agressive avec les minéraux.

Un seul puits faisant circuler de l’eau supercritique pourrait, en théorie, fournir bien plus de puissance qu’un ensemble complet de puits géothermiques conventionnels.

C’est cette densité énergétique qui attire des entreprises comme Quaise. Si chaque puits profond produit davantage, il devient possible d’en forer moins, ce qui réduit l’emprise au sol et, à terme, les coûts d’exploitation.

La contrepartie est lourde : tout ce qui touche ce fluide - tubages en acier, ciments d’étanchéité, agents de soutènement, et même la roche environnante - subit une chimie agressive et des contraintes mécaniques très supérieures à celles rencontrées dans le pétrole et le gaz.

Le cauchemar d’ingénierie : puits bouchés et matériaux qui se désagrègent

Des minéraux qui se transforment en bouchons de béton

L’un des problèmes majeurs est l’entartrage minéral. De nombreuses roches profondes contiennent des sels et des métaux dissous, stables à très haute température et à haute pression. Mais lorsque le fluide remonte et qu’il refroidit, ou se dépressurise légèrement, ces minéraux peuvent cristalliser brutalement.

Le phénomène rappelle le tartre qui s’accumule dans une bouilloire - sauf qu’ici, cela se produit dans des fractures et des pores situés à plusieurs kilomètres de profondeur.

Avec le temps, ces dépôts peuvent obstruer les chemins de circulation, étouffer la production d’une centrale, voire rendre un puits inutilisable. Et retirer ces incrustations en profondeur est complexe, risqué et coûteux.

Au sein d’EDGE, les scientifiques testent méthodiquement diverses compositions de roches afin d’identifier celles qui se dissolvent, celles qui précipitent, et surtout les combinaisons température–pression qui déclenchent les pires bouchages. Ces informations doivent ensuite orienter le choix des sites et les stratégies de traitement chimique pour les projets industriels.

Agents de soutènement et sable face à une chaleur extrême

Les systèmes profonds pourraient aussi s’appuyer sur des « agents de soutènement » - grains de sable ou céramiques destinés à maintenir ouvertes de petites fractures, selon des méthodes proches de celles utilisées dans le secteur pétrolier et gazier.

À 200 °C, l’industrie dispose déjà de plusieurs décennies de retour d’expérience sur ces matériaux. Mais à 400 °C, dans une eau supercritique chimiquement agressive, ces mêmes grains peuvent se ramollir, réagir ou se dissoudre.

Les équipes d’EDGE exposent différentes familles de sables, de billes céramiques et de particules composites à ces conditions. Elles évaluent leur tenue : conservent-elles leur forme, résistent-elles à l’écrasement, et évitent-elles de se transformer en boue ?

La viabilité à long terme des projets superprofonds dépendra autant de matériaux ordinaires comme le sable et le ciment que d’outils de forage de pointe.

Le pari radical de forage de Quaise Energy

Des trépans au « fondu » électromagnétique de la roche

Pendant que les universitaires dissèquent la chimie, Quaise Energy s’attaque au volet mécanique : comment atteindre ces roches ultra-chaudes à grande échelle.

L’entreprise met au point un système de forage qui utilise une énergie électromagnétique à ondes millimétriques de forte puissance pour chauffer - et en partie faire fondre - la roche, au lieu de la broyer avec des trépans classiques.

Lorsque la roche au voisinage de la paroi du puits fond puis se refroidit, elle crée une fine couche vitrifiée, comparable à du verre, qui tapisse le trou.

Ce revêtement vitrifié pourrait à la fois stabiliser le puits face aux pressions écrasantes des grandes profondeurs et limiter des réactions indésirables entre le fluide et la roche environnante.

Quaise a déjà conduit des essais sur le terrain, notamment un puits de démonstration de 118 mètres dans une carrière de granit au Texas. La prochaine étape consiste à atteindre environ 1 kilomètre, puis à progresser, palier après palier, vers les profondeurs de 10- à 20-kilomètres nécessaires pour viser des roches ultra-chaudes presque partout.

Dans certains bassins, des puits pétroliers et gaziers atteignent déjà 5 kilomètres et plus, mais avec des techniques très différentes et des objectifs situés dans des zones moins chaudes. Chaque kilomètre supplémentaire, avec cette approche électromagnétique–thermique hybride, ajoute de nouveaux défis mécaniques et thermiques.

Pourquoi les États-Unis veulent passer devant

Une puissance de base pour les centres de données et l’industrie lourde

Les États-Unis ont plusieurs raisons de soutenir cette technologie qui peut sembler de niche. Les centres de données, les pôles d’intelligence artificielle et les zones industrielles ont besoin d’une électricité disponible en continu, avec de faibles émissions de carbone.

Le solaire et l’éolien peuvent être couplés à des batteries, mais l’ensemble reste coûteux dès qu’il faut garantir une fiabilité sur plusieurs jours, ou alimenter des procédés industriels lourds. La géothermie superprofonde, elle, promet une électricité pilotable et régulière, avec une emprise au sol compatible avec des sites de centrales existants.

• Elle fonctionne en continu, sans dépendre de la météo.
• Elle peut se raccorder à des réseaux et des couloirs de transport d’électricité déjà en place.
• Elle exploite une ressource nationale, difficile à instrumentaliser ou à perturber sur le plan géopolitique.
• Elle peut, en principe, être implantée près de grands centres de consommation.

Il existe aussi un enjeu stratégique : les compétences avancées en forage et en modélisation du sous-sol servent autant aux projets géothermiques qu’à certains domaines de la défense et de l’extraction de ressources. Être en pointe ici renforce tout un ensemble de capacités industrielles.

La montée silencieuse de la géothermie dans les stratégies énergétiques mondiales

D’un acteur de niche à un candidat crédible

Sur le papier, la géothermie reste encore modeste. En 2024, la capacité électrique géothermique installée a atteint environ 15.1 GW dans le monde, pour une production d’environ 99 TWh - soit près de 1% de l’électricité renouvelable.

Là où elle se distingue déjà nettement, c’est dans la chaleur directe : réseaux de chauffage urbain, serres, procédés industriels et thermes ont consommé autour de 245 TWh de chaleur géothermique la même année, soit environ 3% de la demande mondiale de chaleur renouvelable.

Indicateur	Niveau 2024	Projection 2050	Part mondiale actuelle
Capacité électrique installée	15.1 GW	800 GW	Moins de 1% de l’électricité renouvelable
Production d’électricité	99 TWh	Équivalent aux États-Unis + l’Inde aujourd’hui	Environ 1% des renouvelables
Usage direct de la chaleur	245 TWh	n/a	Environ 3% de la chaleur renouvelable
Croissance des usages de chaleur	+20% en 2024	–	–
Investissement cumulé projeté	–	€2.5 trillion d’ici 2050	Jusqu’à 15% de la croissance de la demande d’électricité

Les scénarios internationaux accordent désormais à la géothermie un rôle bien plus important à l’horizon du milieu du siècle, surtout si des ressources plus profondes et plus chaudes deviennent exploitables. Certaines agences envisagent jusqu’à 800 GW de capacité en 2050, produisant à peu près autant d’électricité que les États-Unis et l’Inde réunis aujourd’hui.

Risques, inconnues et scénarios défavorables

Malgré l’enthousiasme, la géothermie superprofonde reste entourée d’incertitudes majeures.

Les coûts de forage pourraient s’envoler si la roche se révèle plus résistante que prévu, ou si les outils s’usent trop vite. Les puits peuvent également subir une corrosion chimique imprévue, des dépôts minéraux, ou des défaillances de tubage bien plus tôt que le calendrier initial.

Le risque sismique doit aussi être géré avec rigueur. L’injection et l’extraction de fluides en profondeur peuvent parfois déclencher de petits séismes, comme cela a été observé dans certains projets de géothermie stimulée. Les ingénieurs devront mettre au point des régimes de gestion des pressions et des réseaux de surveillance pour maintenir ce risque dans des limites acceptables pour les communautés voisines.

Il y a enfin une dimension sociale. Des projets peuvent rencontrer une opposition locale si les habitants redoutent une sismicité induite, une subsidence ou une contamination, même lorsque ces risques sont faibles. La confiance - via une surveillance transparente et un contrôle indépendant - pèsera autant que la performance technique.

Ce que « 63,000 GW » signifie réellement sur le terrain

Lorsque des chercheurs évoquent 63 terawatts de potentiel théorique, cela ne veut pas dire que l’humanité peut appuyer sur un interrupteur demain. Une grande partie de cette ressource restera inaccessible pour des raisons géologiques, économiques ou environnementales.

Un objectif plus crédible consiste à n’en capter qu’une faible fraction. Même 1% de ce potentiel ultra-chaud dépasserait déjà la demande électrique mondiale actuelle, mais atteindre un tel niveau pourrait demander de nombreuses décennies.

Dans des scénarios réalistes, la géothermie superprofonde pourrait jouer un rôle comparable à celui de l’hydroélectricité ou du nucléaire aujourd’hui : une ossature de puissance stable, complétée par des renouvelables variables et du stockage. Elle pourrait aussi fournir de la chaleur directement à des bassins industriels, en remplaçant des chaudières au charbon et au gaz dans le ciment, la chimie ou l’acier.

Concepts clés à clarifier

Deux notions techniques reviennent constamment dans les discussions sur la géothermie superprofonde :

• Eau supercritique : eau chauffée et comprimée au-delà de son point critique (374 °C, 221 bar), devenant un fluide dense et très énergétique, aux propriétés intermédiaires entre liquide et gaz.
• Géothermie des roches ultra-chaudes : systèmes qui ciblent une roche suffisamment chaude pour maintenir l’eau à l’état supercritique, en général à des profondeurs supérieures à 3 km, souvent bien au-delà.

Pour les non-spécialistes, l’image la plus parlante est celle d’une cocotte-minute posée sur une autre cocotte-minute, enterrées sous des kilomètres de roche. Le défi consiste à y « planter une paille », à conserver cette paille intacte pendant des décennies, puis à faire circuler le fluide sans boucher ni fissurer le système.

Si des équipes américaines comme celles de l’Oregon State University et de Quaise parviennent à le faire à l’échelle commerciale, elles n’auront pas seulement écrit un nouveau chapitre de la géothermie : elles auront ajouté une option puissante au dispositif mondial d’énergie propre, discrètement disponible sous presque tous les pays de la planète.