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Dans le cas de la géothermie profonde, les structures de la roche concernées sont situées à au moins 400 mètres sous la surface terrestre. Différentes utilisations sont possibles selon les températures du sous-sol.
Les aquifères profonds (nappes aquifères) que l’on trouve entre 400 et 2000 mètres de profondeur sont caractérisés par des températures allant de 20 à 70° C. Les eaux chaudes qu’ils contiennent sont idéales pour se baigner, mais également pour la production de chaleur. Cela peut-être réalisé en mettant à profit le même type d’appareils que ceux que l’on utilise pour le drainage de l’eau lors des travaux de construction de tunnels (OFEN, L’utilisation de la chaleur terrestre - Aperçu, technologies, visions).
Entre 4000, les températures au-dessous de la Suisse sont comprises entre 150 et 200° C. Les projets géothermiques qui accèdent aux masses rocheuses situées à cette profondeur se servent le plus souvent d’une partie de cette énergie directement pour produire de l’électricité. Le reste peut alimenter un réseau de chaleur à distance.
On peut distinguer deux systèmes pour la production d’énergie en profondeur: pétrothermal et hydrothermal.