Brevet FR2791095A1 — publié le 20000922

Description L'invention concerne un dispositif pour l'utilisation de l'énergie géothermique dans lequel des moyens pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie thermique d'un liquide chaud sont placés sous terre. L'utilisation de l'énergie géothermique gagne de plus en plus d'importance en raison 0 de la diminution des réserves de pétrole et de l'augmentation de la pollution environnementale due à la combustion des combustibles fossiles. Dans le document EP 017 783 A1, un dispositif pour l'utilisation de la chaleur terrestre est décrit ainsi qu'un procédé de fabrication de ce dispositif. Ce dispositif utilise une sonde munie d'un corps tubulaire de type colonne s'étendant dans la terre et dont l'extrémité située dans la terre est fermée. Un tube interne, dont le diamètre est inférieur au diamètre interne du corps tubulaire, est placé à l'intérieur de celui-ci afin de former un manteau, l'extrémité inférieure du tube interne étant munie d'un trop-plein débouchant dans ce manteau. Une pompe à chaleur est placée au-dessus du trou de forage. Dans les documents WO/91/18205 et DE 41 15 431 C2, un dispositif pour l'utilisation de l'énergie géothermique est également représenté, dans lequel un tube de transport pour la montée d'un milieu situé à l'intérieur, chauffé par l'énergie géothermique et éventuellement transformé en vapeur, est enfoncé dans la croûte terrestre, avec un deuxième tube externe pour transporter le milieu vers le fond et qui entoure le tube de transport, et avec une pièce de fermeture qui sert à fermer le tube externe de façon étanche à la pression vis-à-vis de la roche environnante, le tube de transport étant dans sa partie de fermeture inférieure en contact avec le tube externe. A côté de ce procédé qui consiste à transporter de l'eau chaude provenant de l'intérieur de la terre vers la surface et là à la transformer en énergie électrique et qui n'est que peu rentable en raison d'importantes difficultés de transport, il est connu de positionner à l'extrémité d'un puits de 3 000 à 5 000 m de profondeur, par conséquent dans un domaine o les liquides tels que l'eau peuvent immédiatement passer en phase vapeur, une ou plusieurs turbines à vapeur reliées à des générateurs par des mécanismes de transmission, comme on le connaît du document DE 41 31 990 A1. Une conduite de courant sortant de ces générateurs va vers la surface. Le liquide nécessaire à l'actionnement des turbines à vapeur est dirigé de la surface vers le bas o il est chauffé. Ce procédé a l'inconvénient que l'actionnement de turbines à vapeur et de générateurs n'est pas rentable à cette profondeur. Le document DE 24 01 024 A1 décrit un système de centrale électrique pour capter l'énergie de la chaleur terrestre, dans lequel l'eau se dirigeant vers l'intérieur de la terre traverse au moyen de conduites des turbines à eau productrice d'énergie et réductrice de pression et, au fond, elle est vaporisée grâce à la chaleur terrestre et à l'ajout d'énergie, la 0 vapeur étant dirigée au travers de turbines à vapeur productrices d'énergie. Enfin, on connaît du document DE 29 18 001 A1 une centrale géothermique dans laquelle un moyen de travail est vaporisé à une profondeur terrestre d'environ 1 300 m o il actionne un moteur avec un générateur. La vapeur est ensuite condensée dans la terre à une température de 5 à 8 OC et elle est conduite à un moteur placé à une profondeur d'environ 1 000 m comme fluide entraîneur puis reconduit au vaporisateur. L'invention a donc pour objectif de créer un dispositif rentable pour l'utilisation de l'énergie géothermique. Cet objectif est atteint dans le cadre de l'invention par le fait que les moyens pour produire de l'énergie électrique sont placés au fond d'une mine et qu'une conduite est prévue pour le transport vers les moyens pour produire l'énergie électrique d'un liquide chaud provenant de domaines plus profonds dans lesquels règne une température terrestre suffisante pour chauffer le liquide. Grâce à l'invention, on peut renoncer, en plaçant les moyens pour produire l'énergie électrique sous terre, à transporter le liquide chaud jusqu'à la surface de sorte que seule l'énergie électrique produite doit être conduite à la surface. D'autre part, il est peu judicieux d'amener les moyens pour produire l'énergie électrique jusqu'à une profondeur o règne une température terrestre suffisante pour chauffer le liquide, car ceci n'est pas rentable et nécessite des installations de transport et des dispositifs de sécurité correspondants. C'est pourquoi il est proposé dans le cadre de l'invention de placer les moyens pour produire l'énergie électrique sous terre, par exemple au fond d'une mine o ils peuvent être transportés à l'aide de moyens de transport existants (ascenseurs). Grâce à cela, il n'est pas nécessaire de percer un trou de forage et de poser des tuyaux entre le fond de la mine et la surface. De plus, il règne à ces profondeurs des conditions de travail et de sécurité encore acceptables, de sorte que le montage, I'actionnement et l'entretien des moyens pour produire l'énergie électrique sont possibles pratiquement et économiquement. A partir du fond de la mine, on perce un trou de forage qui s'étend jusqu'à une profondeur suffisante pour chauffer le liquide utilisé. C'est justement pour des forages profonds de ce genre que l'économie d'une profondeur de forage d'environ 1 000 m est d'une grande importance, car les difficultés de forage (galerie de desserte pour le tubage et l'échange d'outils) augmentent exponentiellement avec l'augmentation de la profondeur de forage. Il est donc avantageux de ne commencer le forage qu'à partir d'une profondeur d'environ 1 000 m, c'est-à-dire au fond de mines existantes. Du reste, les mines existantes peuvent de cette façon trouver une nouvelle utilisation. Des modes de réalisation de l'invention prévoient que le liquide est de l'eau ou du tétrachlorométhane. L'eau, en particulier l'eau épurée, se prête à une telle utilisation en raison de ses propriétés thermiques et de son prix économique. Toutefois, des liquides tels que le tétrachlorométhane (CCI4) dont le point d'ébullition est inférieur à celui de l'eau sont envisageables. Un mode de réalisation de l'invention prévoit une conduite pour le retour du liquide dans les domaines plus profonds. Lorsque l'eau chaude et montante des profondeurs est utilisée comme liquide, il se pose le problème du reste de liquide après extraction de la chaleur. C'est pour cette raison et pour des considérations écologiques qu'il est approprié de recycler l'eau après l'extraction de la chaleur. Un autre mode de réalisation de l'invention prévoit que le liquide peut être conduit dans un circuit fermé. On évite ainsi différents problèmes liés aux circuits ouverts, à savoir l'ensablement, l'usure élevée des moyens pour produire l'énergie électrique en raison de la minéralisa- tion importante de l'eau, etc., et cela permet d'actionner le dispositif avec d'autres liquides que l'eau, par exemple avec du tétrachlorométhane. Il est de plus conforme à l'invention de prévoir une conduite pour le transport de l'énergie électrique produite vers la surface. Il serait également possible d'utiliser sous terre l'énergie électrique obtenue par exemple en l'introduisant dans le réseau de la mine. Il est conforme à l'invention que les moyens pour produire l'énergie électrique soient placés à une profondeur d'environ 600 à 2 000 m sous la surface terrestre. Ceci correspond aux profondeurs habituelles des mines. Les avantages de l'invention résident principalement dans le fait qu'une possibilité économique est conçue afin d'éviter le tubage d'un trou de forage de la surface de la terre jusqu'à une profondeur o règne une température terrestre suffisante pour chauffer l'eau. En économisant la profondeur de forage correspondante à la profondeur de mines existantes, I'utilisation de l'énergie géothermique est bien plus intéressante du point de vue économique. A cela s'ajoute le fait que les mines existantes peuvent être utilisées de façon adequate. Du reste, il serait également possible à partir du fond d'une mine existante de réaliser des forages profonds afin, non pas d'utiliser l'énergie géothermique, mais de transporter des ressources minérales (pierres précieuses, etc.), en économisant également dans la profondeur de forage. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit à l'aide d'une figure. La figure 1 montre une représentation en coupe d'un dispositif conforme à l'invention. Comme le montre la figure 1, une tour de forage (2) est érigée conformément à l'invention sous terre, par exemple sur le fond (1) le plus profond d'une mine (à une profondeur d'environ 600 à 2 000 m), avec laquelle un trou de forage profond est réalisé. Le trou de forage profond s'étend jusqu'à une profondeur o règne une température terrestre suffisante pour chauffer le liquide utilisé et il est muni d'un tubage à double paroi de sorte qu'un circuit liquide est possible dans cette conduite (4) entre le point le plus bas du tubage et le point de sortie du trou de forage profond. La conduite (4) est remplie de liquide, par exemple de l'eau épurée ou du tétrachlorométhane, et elle est fermée. Des moyens (3) pour produire de l'énergie électrique à partir d'un liquide chaud sont placés dans la partie supérieure de la conduite (4), ceci pouvant être réalisé directement ou en interposant un échangeur de chaleur. Les moyens (3) pour produire de l'énergie électrique peuvent être constitués par exemple d'une turbine à vapeur à laquelle est branché un générateur. Une conduite électrique s'étend des moyens (3) pour produire de l'énergie électrique jusqu'à la surface, dans laquelle l'énergie électrique produite est évacuée. Revendications 1. Dispositif pour l'utilisation de l'énergie géothermique dans lequel des moyens pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie thermique d'un liquide chaud sont placés sous terre, caractérisé en ce que les moyens (3) pour produire de l'énergie électrique sont placés au fond (1) d'une mine et en ce qu'il est prévue une conduite (4) destinée au transport vers les moyens (3) pour produire l'énergie électrique d'un liquide chaud provenant de domaines plus profonds dans lesquels règne une température lo terrestre suffisante pour chauffer le liquide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide est de l'eau ou du tétrachlorométhane. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une conduite-(4) est prévue pour le retour du liquide dans les domaines plus profonds. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liquide peut être conduit dans un circuit fermé. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une conduite est prévue pour le transport de l'énergie électrique produite vers la surface terrestre. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (3) pour produire l'énergie électrique sont placés à une profondeur d'environ 600 à 2 000 m sous la surface terrestre.