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France. Inspection générale de l'environnement et du développement durable (IGEDD)

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Résumé

<div style="text-align: justify;">La technologie des doublets géothermiques sur nappe, l'une des pistes possibles du développement de la géothermie en France, est très développée aux Pays-Bas, depuis déjà 40 ans. Elle y est associée exclusivement au stockage intersaisonnier d'énergie dans la nappe (nommé ATES « aquifer thermal energy systems »). L'analyse du retour d'expérience de la politique des Pays-Bas en matière de soutien, de planification et de suivi des risques conduit la mission à formuler plusieurs recommandations. Tout d'abord, la mission recommande de donner en France les moyens au Bureau de recherche géologique et minière (BRGM) de rassembler toutes les données sur le sous-sol dans une base unique en libre accès pour constituer une cartographie détaillée des potentialités géothermiques du sous-sol. La mission recommande de plus de relever le niveau de subvention de production de chaleur de cette géothermie pour la rendre plus attractive et de prévoir une subvention spécifique pour la technologie avec stockage intersaisonnier. Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l'analyse et le suivi des risques. Les Pays-Bas ont mis en place depuis 2009 une planification spatiale fine afin d'éviter des phénomènes d'interférences entre forages et de prévenir les incidences, notamment sur la nappe. En France, la géothermie de minime importance (GMI) limite les puissances installées mais ne nécessite qu'une simple déclaration. La mission recommande notamment de modifier l'arrêté du 29 mai 2024 afin d'interdire la géothermie en zone de protection forte des milieux naturels (au sens du décret du 12 avril 2022) et en périmètre de protection rapprochée des captages d'eau potable ; de rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte par le projet de géothermie (implantation, travaux et exploitation) de la préservation des captages d'eau potable et des milieux naturels ; de réexaminer la méthodologie de cartographie des risques de la GMI. Par ailleurs, des incidents de techniques fréquents nuisent en France à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe. Le suivi des installations, notamment sur le plan des performances énergétiques et de l'impact sur la nappe est obligatoire mais ne fait pas l'objet de transmission à l'administration et d'un contrôle systématique, contrairement aux Pays-Bas. Afin de mieux contrôler ces risques tant techniques qu'environnementaux, la mission recommande de compléter le formulaire en téléservice de la GMI et de consolider la surveillance. Enfin, les risques combinés d'interférence des forages, de manque d'espace, d'impact sur la qualité de l'eau à long terme et la stabilité du sous-sol, pourraient nécessiter d'envisager une certaine forme de planification de la géothermie sur certains territoires.</div>

Editeur

IGEDD

Descripteur Urbamet

hydraulique ;géothermie ;stockage d'énergie ;production d'énergie ;risques ;qualité de l'environnement

Descripteur écoplanete

retour d'expérience ;risque ;planification des risques ;protection contre les risques

Thème

Environnement - Paysage ;Méthodes - Techniques

Texte intégral

P U B L I É Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Bénédicte GUERY (coordonnatrice) Hanitra RAKOTOARISON Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Les auteurs attestent qu'aucun des éléments de leurs activités passées ou présentes n'a affecté leur impartialité dans la rédaction de ce rapport Statut de communication ? Préparatoire à une décision administrative ? Non communicable ? Communicable (données confidentielles occultées) ? Communicable PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 3/91 Sommaire Sommaire........................................................................................................................ 3 Résumé ........................................................................................................................... 5 Liste des recommandations .......................................................................................... 7 Introduction .................................................................................................................... 8 1 Des enjeux importants de déploiement des énergies renouvelables avec une part encore marginale de la géothermie .................................................................. 9 1.1 Les doublets géothermiques et leur variante avec stockage intersaisonnier en nappe .................................................................................................................... 9 1.2 Un cadre politique européen et national ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables ................................................................................ 10 1.3 Une part encore marginale de la géothermie dans la consommation énergétique ............................................................................................................................ 11 1.4 Des superficies de bâtiments et des usages adaptés ......................................... 15 1.5 Une faible empreinte carbone ............................................................................. 16 2 Les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage ............... 17 2.1 Un climat tempéré et une forte urbanisation ........................................................ 17 2.2 Un aquifère approprié dont les ressources sont connues .................................... 17 2.3 Les facteurs de rentabilité et de performance des ATES aux Pays-Bas ............. 21 2.3.1 Une baisse des coûts d?investissement grâce aux innovations .................. 21 2.3.2 Les coûts d?exploitation dépendent principalement de la performance des pompes à chaleur ....................................................................................... 23 2.3.3 Un prix du gaz élevé rendant compétitif les ATES aux Pays-Bas ............... 24 2.4 Une politique de subvention nationale ................................................................. 26 2.4.1 Une politique de soutien évolutive selon la maturité technologique aux Pays-Bas .................................................................................................... 26 2.4.2 En France, adapter les critères de subvention pour une meilleure efficacité ................................................................................................................... 26 3 La géothermie sur nappe comporte des risques environnementaux et techniques qu?il convient de prévenir .................................................................... 32 3.1 Les modèles d'écoulement et la qualité des eaux souterraines peuvent être influencés ............................................................................................................ 32 3.1.1 La demande peut utiliser presque tout le volume de la nappe .................... 33 3.1.2 Les écoulements des nappes peuvent être perturbés ................................ 33 3.1.3 La qualité de la nappe peut être affectée ................................................... 34 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France..................................................................... 37 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées .................................................... 37 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques ..................................... 38 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol ................. 40 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays ........ 40 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques .................................................................. 40 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration.............................. 41 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider ......................................................................................................... 43 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 4/91 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux ..................................................................... 44 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets ........................................................ 49 Conclusion ................................................................................................................... 51 Annexes ........................................................................................................................ 52 Annexe 1. Lettre de commande .................................................................................. 53 Annexe 2. Liste des personnes rencontrées ............................................................. 55 Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur ...................................................................................................... 60 Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France ............ 61 Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France ....................... 62 Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France .......... 64 Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France ................. 66 Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas ................ 67 Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas ........................ 68 Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France .... 69 Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas ................................................... 72 Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France ........................................... 73 Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas ................................................ 74 Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays ................................................................................................................. 75 Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas ............ 76 Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique ........ 77 Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas .................................................................................................................................. 79 Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays- Bas ............................................................................................................................ 81 Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas ............................................. 82 Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023............ 83 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage ............................................................ 84 Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France ............................... 86 Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas ............. 87 Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France ..................... 89 Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires .................. 90 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 5/91 Résumé La géothermie est une énergie renouvelable exploitant la chaleur du sous-sol. Elle présente l?une des voies que la France veut développer pour réduire sa dépendance aux énergies fossiles et ses émissions de gaz à effet de serre. Pourtant, la géothermie s?est peu développée en France avec moins de 1% de la consommation énergétique nationale en 2021. Dans ce contexte, le plan géothermie français publié en 2023 « vise à faire de la France un leader de la géothermie en Europe, tant en termes de production d?énergies renouvelables que de filière industrielle ». La technologie des doublets géothermiques sur nappe, l?une des pistes possibles du développement de la géothermie en France, est déjà très développée aux Pays-Bas. Elle y est associée exclusivement au stockage intersaisonnier d?énergie dans la nappe (nommé ATES « Aquifer thermal energy systems »). Rapportée à la superficie de chaque pays, la densité des doublets avec stockage ATES (3 000) au Pays-Bas est six fois plus importante que celle des doublets en France (6 540). Les Pays-Bas ont un sous-sol mieux adapté à ce type de géothermie et ils ont développé le recours à cette technologie depuis 40 ans. Le plan géothermie français peut bénéficier du retour d?expérience de leur politique de soutien, de planification et de suivi des risques. Le sous-sol néerlandais présente principalement des couches sédimentaires meubles contenant des nappes à faible circulation d?eau, propices au stockage de chaleur, contrairement au sous-sol français où la géologie est très variée et ne peut accueillir partout la géothermie sur nappe et encore moins le stockage inter-saisonnier. La connaissance approfondie des potentialités du sous- sol aux Pays-Bas et la mise à disposition d?outils gratuits de simulation numérique favorise l?émergence des projets, ce qui n?est pas le cas en France. C?est pourquoi la mission recommande d?une part, de donner les moyens au Bureau de recherche géologique et minière (BRGM) de rassembler toutes les données nécessaires aux porteurs de projet de géothermie dans une base unique en libre accès, si possible la base existante sur le sous-sol, dans l?objectif de créer un outil d?aide à la décision, et d?autre part, de constituer une cartographie détaillée, sur une zone pilote dans un premier temps. En 2023, les données économiques disponibles montrent que le développement de la géothermie aux Pays-Bas s?explique en partie par le coût compétitif des ATES (en moyenne de 118 ¤/MWh) par rapport au gaz (162 ¤/MWh). À l?inverse, en France, la géothermie de surface n?est pas rentable dans les conditions actuelles (143 ¤/MWh) sans subvention publique et compte tenu du prix du gaz (91 ¤/MWh), même en ajoutant le coût des émissions de CO2 (97 ¤/MWh). Les Pays-Bas ont mis en oeuvre une politique de subvention massive puis l?ont retirée depuis 2023, en faveur d?instruments fiscaux mieux adaptés à un usage devenu mature. En France où la géothermie est moins mature, le fonds chaleur de l?Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) soutient financièrement une quarantaine de projets de géothermie sur nappe par an. La mission recommande de relever le niveau de subvention de production de chaleur de cette géothermie de 25 ¤/MWh actuellement à 50 ¤/MWh pour la rendre plus compétitive et de prévoir une subvention spécifique pour la technologie avec stockage intersaisonnier. La mission a examiné les risques environnementaux de la géothermie sur la nappe. L?écoulement et la qualité (température, qualité chimique) des eaux souterraines peuvent être altérés en l?absence de précautions. Enfin, si la géothermie se développe comme aux Pays-Bas, elle pourrait utiliser presque tout le volume de la nappe et entrer en compétition avec d?autres usages comme l?eau potable. À ce titre, la mission recommande de comptabiliser les volumes d?eaux prélevés par la géothermie sur nappe dans les études et documents de planification de l?eau et, pour les ATES, de vérifier que la somme des prélèvements est compatible avec le volume de la nappe. La réglementation est un levier pour exploiter durablement le sous-sol. La géothermie de surface réglementée concerne une profondeur de 10 à 200 mètres en France et de 0 à 500 mètres aux Pays-Bas. Elle fait l?objet en France d?une procédure simplifiée dite de géothermie de minime PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 6/91 importance (GMI), avec une simple déclaration par un téléservice. La procédure de GMI fonctionne ainsi sur le principe de « premier arrivé, premier servi ». Ce principe prévalait également jusqu?en 2009 aux Pays-Bas, qui a mis en place depuis une planification spatiale fine afin d?éviter des phénomènes d?interférences entre forages et de prévenir les incidences, notamment sur la nappe. Les zones autorisées à la GMI par la cartographie des aléas, exonèrent les projets d?étude d?impact même dans des zones sensibles pour l?environnement comme les zones de protection forte (au sens du décret du 12 avril 2022) et les périmètres de protection rapprochée de captages d?eau potable. La mission recommande de modifier l?arrêté du 29 mai 2024, afin d?interdire la géothermie en zones de protection forte des milieux naturels et en périmètre de protection rapprochée des captages d?eau potable et de rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte de ces objectifs de préservation. Des incidents techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France. La mission a analysé des rapports d?audit de l?Ademe de 95 installations de géothermie de surface subventionnées par le fonds chaleur, dont 40 sur nappe. Dans les régions auditées, au moins 60% des installations n?ont pas de suivi de la pompe à chaleur (PAC) ni de système d?asservissement. Ces facteurs, conjugués au colmatage des systèmes de filtration du forage, à l?absence d?optimisation de la PAC et au manque d?isolation du système, engendrent une hausse des coûts de consommation électrique. La mission recommande de compléter le formulaire de demande de subvention afin de rendre obligatoire la mention des moyens visant à améliorer les performances techniques et énergétiques des installations. Le suivi des installations, notamment sur le plan des performances énergétiques et de l?impact sur la nappe est obligatoire en France. Il ne fait cependant pas l?objet de transmission à l?administration ni d?un contrôle systématique, contrairement aux Pays-Bas. La prévention des risques concernant le sol, le sous-sol ainsi que les nappes phréatiques à court et long termes n?est donc pas garantie par la réglementation en France. Afin de mieux maîtriser ces risques tant techniques qu?environnementaux, la mission recommande de compléter le formulaire en téléservice de la GMI et de rendre obligatoire le remplissage des rubriques concernant notamment la production d?énergie et les moyens de suivi de la nappe et de la PAC. Elle recommande de modifier l?arrêté du 29 mai 2024 pour compléter le suivi annuel du fonctionnement de la GMI avec la consommation et la production d?énergie, rendre obligatoire la transmission de ce suivi aux DREAL et prévoir un contrôle tous les cinq ans par un bureau de contrôle certifié. Enfin, les risques combinés d?interférence des forages, de manque d?espace, d?impact sur la qualité de l?eau à long terme pourraient nécessiter d?envisager une certaine forme de planification de la géothermie sur des territoires. Contrairement aux Pays-Bas qui depuis 2023 développent des plans directeurs municipaux du sous-sol et mettent à disposition un outil pour faciliter la planification territoriale et la conception et l?implantation de systèmes ATES par les professionnels, il n?y a pas en France de système de coordination entre des projets soumis à simple déclaration. La mission recommande d?encourager les collectivités souhaitant développer des projets de géothermie à mettre en place une planification optimisant l?implantation des ouvrages de géothermie et prenant en compte les enjeux environnementaux. Sous réserve des résultats de l?étude d?impact menée par l'Ifpen (Institut français du pétrole et des énergies nouvelles) et du respect des recommandations précédentes, la mission recommande de relever à au moins 2 MW, le seuil de puissance de la GMI, actuellement de 500 kW1, afin de faciliter l?accélération des projets en France. L?usage de la géothermie contribue à la réduction de la consommation d'énergie fossile et des émissions de gaz à effet de serre. Son encouragement par les pouvoirs publics devrait en tout état de cause s?accompagner d?un effort de sobriété énergétique par l?ensemble des acteurs. 1 1 TWh : 1 Terawatt heure soit 1 milliard de kilowatts (kW) heure ; 1 GWh : 1 Gigawatt heure soit 1 million de kilowatts (kW) heure ; 1 kWh : 1 kilowattheure soit 1000 watt heure (Wh). 1 kWh correspond à l'énergie consommée ou produite par un appareil d'une puissance de 1 kW pendant 1 heure. PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000045551000 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 7/91 Liste des recommandations [DGPR] Rassembler toutes les données nécessaires aux porteurs de projet de géothermie dans une base unique en libre accès (« open data »), si possible la base existante sur le sous-sol (BRGM), dans l?objectif de créer un outil d?aide à la décision. Constituer une cartographie détaillée à l?échelle des projets des potentialités géothermiques du sous-sol, sur une zone pilote dans un premier temps (sur laquelle des ressources potentielles favorables au stockage intersaisonnier et des besoins en géothermie sont identifiés), avec la participation éventuelle de partenaires privés. ..................................... 21 [DGEC, Ademe] Ajuster à 50 ¤/MWh le niveau de subvention de production de chaleur du fonds chaleur pour la géothermie sur nappe pour la rendre compétitive et prévoir une subvention spécifique pour la géothermie sur nappe avec un stockage intersaisonnier (sous réserve de son éventuel encadrement réglementaire) et une révision de ce niveau de subvention selon l?évolution comparée des coûts de la géothermie et du gaz. Compléter le formulaire de demande de subvention afin de suivre le bilan énergétique, économique et environnemental des projets et rendre obligatoire la mention des moyens visant une bonne performance énergétique des installations de géothermie.31 [DEB] Comptabiliser les volumes d?eaux prélevés par la géothermie sur nappe dans les études et dans les documents de planification de l?eau et pour les ATES vérifier que la somme des prélèvements est compatible avec le volume de la nappe. ..... 33 [DGPR] Sous réserve des résultats de l?étude d?impact menée par l'Ifpen et du respect des recommandations de la mission, relever le seuil de puissance de la GMI de 500 kW, au moins jusqu?à 2 MW. ........................................................................... 43 [DGPR, DGEC] Compléter le formulaire de téléservice GMI et rendre obligatoire dans l?outil le remplissage des rubriques suivantes : 1) Estimation de la production d?énergie ; 2) Présence de matériel d?asservissement ; 3) Moyens préventifs concernant le colmatage en cas de risque ; 4) Moyens de suivi de la nappe (T°C, débit) et de la pompe à chaleur. Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 pour compléter le suivi annuel du fonctionnement de la GMI avec la consommation et la production d?énergie, rendre obligatoire la transmission aux DREAL du suivi et le contrôle tous les cinq ans par un bureau de contrôle certifié. .............................................................................................................. 44 [DGPR, BRGM] Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 afin d?interdire la géothermie en zone de protection forte des milieux naturels (au sens du décret du 12 avril 2022) et en périmètre de protection rapprochée des captages d?eau potable. Rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte par le projet de géothermie (implantation, travaux et exploitation) de la préservation des captages d?eau potable et des milieux naturels. Réexaminer la méthodologie de cartographie des risques de la GMI avec une évaluation des risques des aléas croisant leur probabilité d?apparition et leur impact potentiel local et la réviser grâce au suivi des impacts des installations. ...................................................... 49 [DGEC, DEB] Encourager les intercommunalités souhaitant favoriser le développement de la géothermie à mettre en place un outil de planification de l?implantation des ouvrages prenant en compte les enjeux environnementaux pour accompagner les porteurs de projet et éviter les principaux impacts. ................................ 50 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 8/91 Introduction La géothermie est une énergie renouvelable exploitant l?énergie du sous-sol. Elle présente l?une des voies que la France veut développer pour réduire sa dépendance aux énergies fossiles et ses émissions de gaz à effet de serre. En outre, la géothermie permet de produire du froid, ce qui est en fait une solution pour répondre à l?augmentation prévisible de la demande en froid avec l?augmentation des températures estivales dans les décennies à venir. Pourtant, la géothermie s?est peu développée en France, elle représente moins de 1% de la consommation énergétique nationale en 2021. Dans ce contexte, le plan géothermie français publié en 2023 « vise à faire de la France un leader de la géothermie en Europe, tant en termes de production d?énergies renouvelables que de filière industrielle ». La technologie des doublets géothermiques ainsi que sa variante avec stockage intersaisonnier d?énergie dans la nappe (nommée ATES « aquifer thermal energy systems ») semble prometteuse. La technologie ATES est répandue aux Pays-Bas, avec environ 3 000 installations contre deux en France. Cependant, cette technologie, peut présenter des risques potentiels sur la qualité et l?hydraulique de la nappe. Dans ce contexte, le ministre chargé de l?écologie a souhaité un éclairage par une mission « flash » sur les contraintes et facteurs de réussite de cette technologie, en s?appuyant sur un parangonnage avec l?expérience des Pays-Bas. Les doublets tant en France qu?aux Pays-Bas se situent généralement à moins de 200 mètres de profondeur. Pourtant, cette technologie présente des risques sur les aquifères, d?autant qu?en France les installations de surface ne sont soumises qu?à déclaration (en tant que géothermie de minime importance, GMI). C?est pourquoi la mission s?est focalisée sur la géothermie de surface selon sa définition réglementaire (jusque 200 mètres en France et 500 mètres aux Pays-Bas). Conformément à la lettre de commande, la mission a examiné les points suivants : un état des lieux des enjeux, projets et usages (§1), les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage (§2), les risques environnementaux et techniques (§3) et la réglementation comme levier pour une exploitation géothermique durable (§4). Chaque chapitre met en perspective la situation française avec celle des Pays-Bas, afin d?identifier les facteurs propices au développement des doublets géothermiques de surface sur nappe et tirer un enseignement et des points d?amélioration pour la France. La mission a cherché à identifier les points pouvant alimenter les travaux en cours au niveau national sur l?amélioration de l?efficacité du plan géothermie et sur l?évolution éventuelle de l?encadrement réglementaire La mission a rencontré 19 organisations (voir l?Annexe 2), en France et aux Pays-Bas, dans ce dernier cas à l?occasion d?un déplacement entre le 8 et le 10 avril avec l?appui de l?ambassade de France). Ces organismes sont des services et opérateurs de l?État, en charge de l?économie, des risques et du sous-sol, des autorités environnementales, des représentants de la filière géothermique et des entreprises. La mission a établi un retour d?expérience de la mise en place des deux systèmes ATES français et néerlandais2. Elle a enfin analysé les données techniques et économiques issues de bases françaises et néerlandaises. 2 En France, la mission a visité le site du siège social d?Engie à la Garenne Colombes et interrogé les responsables scientifiques du site de l'Ecole Nationale Supérieure en Environnement, Géoressources et Ingénierie du Développement durable (ENSEGID) à Bordeaux. Aux Pays-Bas la mission a visité les sites de la province de la Haye, de l?université de Deft et deux sites d?une l?entreprise leader de l?ATES aux Pays-Bas (Installect, filiale du groupe français Equans). PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 9/91 1 Des enjeux importants de déploiement des énergies renouvelables avec une part encore marginale de la géothermie 1.1 Les doublets géothermiques et leur variante avec stockage intersaisonnier en nappe La géothermie désigne l?ensemble des procédés pour exploiter la température du sous-sol, à plus ou moins grande profondeur, à des fins de production de chaleur, de froid ou d'électricité. Il existe deux catégories : La géothermie de surface, dite de très basse énergie, désigne des systèmes énergétiques qui exploitent une ressource géothermale, dans la nappe ou dans le sol, de température inférieure à 30°C et de profondeur généralement inférieure à 200 mètres. Les installations de géothermie de surface sont constituées d?un dispositif de captage, avec ou sans pompe à chaleur (PAC), et d?un dispositif de régulation (Annexe 3). Selon leur dimensionnement, ces systèmes couvrent en partie ou en totalité les besoins en chaleur (chauffage et eau chaude sanitaire), et en froid par geocooling (rafraîchissement passif) ou par climatisation dans des bâtiments individuels, collectifs ou tertiaires. La géothermie profonde exploite l?énergie des aquifères et des fractures de roches à des températures comprises entre 30°C et 200°C, et des profondeurs généralement comprises entre 500 et 4 000 mètres. Les ressources géothermales profondes se situent dans des bassins sédimentaires (sable, grès, calcaire, craie) comme les bassins parisien et aquitain, le fossé rhénan, le couloir rhodanien, la Limagne et le Hainaut. En France métropolitaine, la géothermie profonde est principalement orientée vers la production de chaleur pour des réseaux de chaleur urbains et d?électricité lorsque la température dépasse 150°C. Les doublets géothermiques peuvent exploiter une ressource géothermique tant de faible énergie (de température inférieure à 90°C) à faible profondeur ce qui est le cas le plus général, que de moyenne énergie (de température supérieure à 90°C) ou haute énergie (de température supérieure à 120°C) à forte profondeur. Il s?agit d?un système en circuit ouvert qui utilise la température naturelle des aquifères. Ce système, est constitué de deux puits associés (en doublet) : un « puits de pompage » qui pompe l?eau de la nappe et un « puits d?injection » qui la réinjecte dans le même aquifère. Ce système ouvert sur nappe se distingue de la géothermie sur sonde. Cette dernière forme de géothermie fonctionne en circuit fermé (circuit horizontal dans le sol ou vertical dans le sous-sol. Elle prélève la chaleur du sous-sol environnant sans prélèvement d?eau. D?autres techniques de géothermie sur nappe que les doublets ne sont pas visées par la lettre de commande : la géothermie horizontale, compacte3, ou verticale avec un puits comme c?est le cas maintenant aux Pays-Bas pour l?ATES ou des triplets. Certains dispositifs de captage de la ressource géothermique permettent également de valoriser le stockage d?énergie thermique en aquifère (nommé ATES « Aquifer thermal energy systems ») 4 . Le stockage intersaisonnier de chaleur consiste à stocker dans la nappe, la 3 Version intermédiaire entre la géothermie horizontale et verticale. 4 Une autre technique de stockage dans le sous-sol existe dans le cas d?emploi de sondes (BTES « borehole thermal energy storage »). Le stockage en nappe peut aussi provenir d?une autre source externe : géothermie profonde, panneaux solaires, de chaleur fatale d?incinérateur ou des eaux usées etc. Ce type de stockage n?est pas visé par la lettre de mission. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 10/91 production de chaleur (eau chaude) issue de la climatisation l?été, pour l?utiliser pour le chauffage en été. Inversement, la production de froid (eau froide) issue du chauffage par la pompe à chaleur l?hiver est stockée dans la nappe pour être utilisée en climatisation l?été. Les circuits d?eau doivent être inversés aux passages de la saison froide à la saison chaude et réciproquement. Elle suppose un aquifère à faible circulation (gradient hydraulique quasi-nul) afin que les stocks d?eau dans les « bulles » de chaud et de froid ne se déplacent pas. Figure 1 : Différents type de géothermie (Source : BRGM) Figure 2 : Doublets géothermique (Source : Bloemendal, 2024) 1.2 Un cadre politique européen et national ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables En Europe, les énergies renouvelables doivent jouer un rôle clé dans l'indépendance énergétique et la sortie des énergies fossiles. En 2020, la Commission européenne a annoncé un paquet « Fit for 55% » visant une économie neutre en carbone en 2050, augmentant l'ambition du cadre européen « Énergie propre pour tous » adopté en 2018. Ce paquet prévoit une révision des directives sur les énergies renouvelables et l'efficacité énergétique et la création d?une directive sur la fiscalité de l'énergie et d'un fonds social climatique. La France et les Pays-Bas ont adopté des politiques visant à développer la géothermie. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 11/91 En France, la loi de 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte a pour objectif de porter la part des énergies renouvelables à 38% de la consommation finale de chaleur d?ici 2030 et de multiplier par cinq la quantité de chaleur et de froid issue d?énergies renouvelables et de récupération entre 2012 et 2030. Le gouvernement a publié en 2023, un plan d?action sur la géothermie de surface et profonde avec 27 actions prioritaires et 23 complémentaires. Ce plan « vise à faire de la France un leader de la géothermie en Europe, tant en termes de production d?énergies renouvelables que de filière industrielle ». Le plan a pour objectif de lancer plus de 40% de nouveaux projets géothermaux d?ici 2030, de produire en 15 à 20 ans (autour de 2040) suffisamment de chaleur géothermale pour économiser 100 TWh par an de gaz, soit plus que les importations de gaz russe avant 2022. Ce plan cherche ainsi une augmentation forte de la production actuelle. Selon le rapport de l?Académie des technologies de 2023, atteindre cette cible officielle de 100 TWh de chaleur fournie par la géothermie en 2040 suppose de parvenir à installer chaque année autant que le total de la puissance installée jusqu?en 2020, c?est à-dire environ 3 GW. La Programmation pluriannuelle de l?énergie (PPE2) fixe un objectif compris entre 5 à 7 TWh de consommation finale de chaleur renouvelable issue de pompes à chaleur géothermiques en 2028. Par ailleurs, en 2020, la France passe d?une réglementation thermique (RT2012) à une réglementation environnementale (RE2020 applicable en 2022), relevant l?exigence d?économie d?énergie pour les nouveaux bâtiments. Le Pays-Bas se démarque par un objectif de production géothermique plus élevé que la France et un accompagnement plus fort par des mesures concernant le gaz et les normes de performance énergétique des bâtiments. Le « Master Plan » de 2018 présente une cible d?environ 37,5 TWh en 2050 produits par la géothermie profonde (soit un objectif au tiers de celui français) ; il ne vise pas la géothermie de surface. Ainsi, il est prévu que le nombre d'installations par doublets en profondeur passe de 17 en 2018 à 700 en 2050. Deux facteurs semblent avoir été décisifs pour accélérer l?usage de la géothermie : en 2018, l?utilisation du gaz naturel est interdite pour les bâtiments nouvellement construits et l?élimination progressive des chaudières au gaz naturel est prévue à partir de 2026 ; depuis le début des années 90, les normes de performance énergétique des bâtiments sont devenues progressivement plus strictes, jusqu'à ce que, vers 2022, l'utilisation nette d'énergie d'un nouveau bâtiment doive être égale ou inférieure à zéro (bâtiment à énergie positive). 1.3 Une part encore marginale de la géothermie dans la consommation énergétique D'après Eurostat, la part des énergies renouvelables en 2022 dans la consommation énergétique totale européenne s'élève à seulement 23%. L?European Geothermal Council estime que la géothermie est capable de satisfaire environ 25% des besoins énergétiques européens d?ici 2030. En 2021, les énergies renouvelables représentaient 24% de la consommation finale brute5 de 5 La consommation finale brute d'énergie est définie comme la somme de la consommation finale d'énergie, des pertes de réseau et de l'électricité ou chaleur consommées par la branche énergie pour produire de l'électricité ou de la chaleur (source Insee) PUBLIÉ https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/02.02.2023_DP_Geothermie.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 12/91 chaleur et de froid en France contre 17% aux Pays-Bas. Dans les deux pays, la géothermie représente 1% de la production d?énergie renouvelable6. Selon le plan géothermie, la chaleur représente en France métropolitaine, environ la moitié de la consommation énergétique. Or, Le chauffage est à 75% produit par des énergies fossiles très émettrices de gaz à effet de serre comme le gaz naturel et le fioul. En France, selon l?Association française des professionnels de la géothermie (AFPG) en 2023, la géothermie de surface représente 70% de la production de la géothermie. 4,58 TWh/an sont produits actuellement par la géothermie de surface avec un potentiel estimé par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), de 100 TWh mobilisable d?ici 15 à 20 ans. Entre 2015 et 2024, 1017 nouvelles installations de surface (jusqu?à 200 m de profondeur) ont été déclarées en France métropolitaine7. Ces installations se concentrent surtout dans les régions Auvergne- Rhône-Alpes, Île-de-France et Grand-Est (Bretagne, Bourgogne Franche-Comté, Pays-de-la-Loire et Occitanie comportent moins d?installations (Annexe 4). Ce chiffrage est au demeurant bien inférieur à celui de la base de données du sous-sol (6 540), ce qui pose la question de la mise à jour de cette base avec les installations réellement en fonctionnement, créées avant 2015. Le stockage ATES n?est quant à lui pas du tout développé en France (deux sites selon les informations connues de la mission, l?un à Bordeaux et l?autre à Garenne-Colombes). Les systèmes ATES représentent à l?inverse l?ensemble des installations de surface en nappe aux Pays-Bas. Technologie mise en oeuvre à partir de la fin des années 1980, le nombre de systèmes ATES aux Pays-Bas s?élevait à environ 3 000 en 2020. La production de la géothermie de surface par ces 3 000 systèmes ATES et 65 000 BTES (sur sonde) représente environ 1,47 TWh en 2020 (selon Provoost et Agterberg 2022), augmentant de 7 à 8% par an. En 2024, l?organisme de recherche aux Pays-Bas TNO (Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek), estime cette production à environ 1,8 TWh/an. Ainsi, pour une surface 13 fois moins importante8, il y a en termes de densité, six fois plus de doublets géothermiques avec stockage ATES aux Pays-Bas que de forages géothermiques de surface sur nappe en France. Par ailleurs la technologie sur sonde, mieux adaptée aux habitations individuelles, représente quatre fois plus d?installations en France que celle sur nappe (cartes en Annexe 5) et vingt-deux fois plus aux Pays-Bas. 6 Bien que les Pays-Bas aient plus d?installations de surface que la France en termes de densité, une explication serait que ce pays dispose de 39 installations de géothermie profonde contre 78 en France, qui sont les plus productives en termes de puissance (voir figure 4). 7 L?AFPG indique qu?il est difficile d?estimer précisément le nombre d?installations, du fait de la difficulté de collecte des données antérieures au décret GMI de 2015. 8 La superficie de la France métropolitaine est 543 940 km² (source Observatoire des territoires, 2020) et celle des Pays-Bas est de 41 526 km² (source Wikipedia). PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 13/91 Figure 3 : Cartes des installations de géothermie de surface sur nappe recensées sur l?observatoire de la géothermie jusqu?au 20/04/2023 (Source : AFPG, 2023) et ATES aux Pays-Bas (Source : IF Technology 2023) Type de technologie France Pays-Bas Géothermie de surface sur nappe 6 540 / 1 017 (*) 3 000 (ATES) Géothermie de surface sur sonde 23 858 / non connu (*) 65 000 (BTES) Géothermie profonde 78 39 Figure 4 : Nombre d?installations de géothermie par catégorie en France et aux Pays-Bas(Source : AFPG selon l?observatoire du sous-sol (*) base GMI des installations déclarées depuis 2015, 2023) Le tableau ci-après montre une large variation des puissances des installations dans chaque pays. Les Pays-Bas, en l?absence de seuil réglementaire de puissance pour la géothermie de surface, ont des installations dont les plus puissantes vont jusqu?à 1 463 kW. Le tableau montre aussi qu?aux Pays-Bas, les systèmes ATES vont jusqu?à 250 m de profondeur, bien qu?ils soient réglementairement possibles jusqu?à 500 m. Les débits de nappe exploités aux Pays-Bas montrent une meilleure productivité de la nappe aux Pays-Bas. Critères techniques (Domaines de variation) Géothermie sur nappe (France) ATES (Pays-Bas) Puissance thermique des installations (kW) 1-5009 202-1463 Débit de pompage dans la nappe (m3/h) 1-80 25-250 Profondeur des puits (m) 6-173 40-250 Température dans les puits de réchauffement (°C) 11-13 13-17 Température dans les puits de refroidissement (°C) NC 5-10 Nombre d?installations étudiées 1017 12 Figure 5 : Comparaison des principales caractéristiques des forages sur nappe en France ( source BRGM, 2024) et aux Pays-Bas (Source : Installect, 2024) 9 Cinq installations ont une puissance thermique de 1 kW ce qui est infime et justifierait un contrôle accru au moment de la déclaration. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 14/91 En France, la puissance moyenne des 1 017 nouvelles installations de surface sur nappe déclarées entre 2015 et 2024 s'élève à 128 kW par installation. La moitié des installations ont une puissance de moins de 50 kW. Figure 6 : Répartition des puissances des installations de géothermie de surface sur nappe en France (Source : mission d?après les données déclarées en GMI entre 2015 et 2023) La figure ci-après issue de l?analyse des données de GMI10 en France (1017 installations) montre que la puissance produite par les installations de géothermie de surface sur nappe est fonction principalement du débit de la nappe (Annexe 6). Ainsi, on constate que la puissance augmente proportionnellement avec le débit de pompage dans la nappe. Un débit de 80 m³/h, permet par exemple d?obtenir une puissance moyenne de 300 kW. Figure 7 : Puissance thermique en fonction du débit de pompage des doublets géothermiques en France (Source : traitement des données de la GMI par la mission, 2024)11 10 Le modèle statistique de régression « Random Forest » a été utilisé par la mission. Il s?agit d?une méthode d'apprentissage statistique issue de Breiman (2001) utilisée en raison de sa capacité à traiter des relations complexes entre des variables d'entrée et de sortie. La méthode a permis de faire ressortir les variables explicatives des variations de puissances installées, avec un pouvoir explicatif de 86%. 11 Le modèle ne va pas prédire jusqu?à 500 kW car il existe peu de données de cette puissance ce qui ne permet pas des prédictions robustes. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 15/91 1.4 Des superficies de bâtiments et des usages adaptés L?ATES est une technologie utilisée aux Pays-Bas plus spécialement pour fournir du chauffage et du refroidissement pour des bâtiments publics ou des logements collectifs de grande taille, en raison des bonnes conditions offertes par la nappe. En France, la géothermie de surface sur nappe (sans ATES) est plus utilisée pour les logements individuels et pour le chauffage. Les usages favorables au stockage inter-saisonnier sont ceux nécessitant des besoins de chaleur et de froid équilibrés. Aux Pays-Bas, les systèmes ATES sont principalement utilisés par les établissements publics (71% du nombre de bâtiments utilisant l?ATES) pour des bureaux, des hôpitaux et des campus universitaires. Les logements ne représentent que 5% de la production. À l?inverse, en France, les doublets géothermiques de surface sur nappe sont principalement destinés aux logements individuels et collectifs (51%), aux équipements collectifs (22%) et aux bâtiments tertiaires (17%), tels que les bureaux, les commerces et les services. L'utilisation industrielle et agricole demeure marginale (4%). La taille des bâtiments équipés varie entre les deux pays. En France, la surface moyenne est de 3 700 m² (Annexe 7), tandis qu'aux Pays-Bas, elle atteint environ 17 600 m². La géothermie en France est principalement utilisée pour le chauffage seul, représentant 51% de la demande totale. Seulement 33% des bâtiments utilisent à la fois le chauffage et le refroidissement, une catégorie d'usage pour laquelle un système ATES pourrait être adapté, comme c'est le cas aux Pays-Bas. Figure 8 : Répartition du nombre total de bâtiments utilisant la géothermie sur nappe selon les usages à gauche de l?ATES aux Pays-Bas (Source : If Technology, 2023) et à droite de la géothermie de surface sur nappe en France (Source : base GMI du BRGM, 2024) Bureaux 10% Logement collectif et hébergement 10% Imprécis 6% Exploitation agricole et forestière 1% Equipements d'intérêt collectif et services publics 22% Commerce et services 7% Activités industrielles 3% Logement individuel 41% PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 16/91 1.5 Une faible empreinte carbone Le bilan carbone de la géothermie est faible par rapport aux autres énergies. Selon l?AFPG qui cite les travaux de Carbone 4, la géothermie de surface (avec PAC géothermique) serait sept fois moins carbonée que le gaz naturel en France. Figure 9 : Empreinte carbone des filières de production de chaleur renouvelable (Source : AFPG d?après Carbone 4, 2023) En outre, la technologie de géothermie avec stockage intersaisonnier consomme moins d'énergie que la géothermie classique par doublet grâce à l'optimisation de l'utilisation de la chaleur et du froid. À ce titre, le bilan carbone est amélioré par rapport à un doublet classique. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 17/91 2 Les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage La mission a identifié cinq facteurs favorables à la géothermie de surface et particulièrement au stockage intersaisonnier : un climat tempéré, avec un excédent de chaleur en été et un déficit de chaleur en hiver et des zones urbanisées ; la présence d?un aquifère approprié ; une optimisation de l?emplacement des doublets ; des coûts d?investissement et de fonctionnement compétitifs ; si nécessaire, une politique de subvention nationale. 2.1 Un climat tempéré et une forte urbanisation En climat tempéré, la climatisation par PAC génère un excédent de chaleur en été et le chauffage un excédent de froid en hiver, justifiant ainsi l?intérêt du stockage thermique. En outre, des économies d?échelles découlent de la concentration de bâtiments. Ces deux conditions favorables sont présentes aux Pays-Bas, rendant ces systèmes particulièrement efficaces dans ce pays (Bloemendal et al., 2015)12, tout comme dans une partie de la France métropolitaine, comme le montre la carte ci-après. Figure 10 : Potentiel d?ATES dans le monde (Source : Bloemendal et al, 2015) 2.2 Un aquifère approprié dont les ressources sont connues La présence d?un aquifère approprié et la connaissance fine de cette ressource sont essentielles. Les aquifères appropriés à la géothermie de surface et au stockage en nappe Pour tout doublet géothermique, un débit suffisant issu de l?aquifère est nécessaire et conditionne la puissance thermique extractible. Il dépend du paramètre de transmissivité, fonction 12 Bloemendal, M., T. Olsthoorn, and F. van de Ven, Combining climatic and geo-hydrological preconditions as a method to determine world potential for aquifer thermal energy storage. Science of the Total Environment, 2015. 538 (2015). PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 18/91 de la perméabilité et de l?épaisseur de la nappe. Selon le guide méthodologique du BRGM (2005)13, les nappes aquifères d?épaisseur supérieure à 20 m avec une transmissivité supérieure à 10-2 m2/s et une perméabilité de 7.10-4 m/s (sable fin) à 3.10-1 m/s (gravier moyen) ont un potentiel fort pour la géothermie. Le stockage intersaisonnier de surface, nécessite en outre une couche d'argile imperméable au- dessus et en dessous de l?aquifère et une vitesse d?écoulement naturel de la nappe faible (inférieur à 10-30 m par an), afin de limiter les pertes par convection au sein de l?aquifère utilisé. Selon la TNO et l?agence équivalant à l?Ademe aux Pays-Bas RVO (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland), d?autres critères pour ce stockage sont utilisés aux Pays-Bas : une concentration en chlorures faible (salée, saumâtre, douce) et une conductivité thermique14 (1,8 à 2,2 W/mK) et une capacité thermique (2,2 à 2,5 MJ/m3K) importantes. Les recherches menées par la TNO, permettent de définir les conditions de stockage en profondeur (Annexe 8). Figure 11 : Cas adapté (à droite) et inadapté (à gauche) au stockage ATES (Source : http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/) La potentialité des sous-sols aux Pays-Bas et en France Le sous-sol des Pays-Bas est principalement composé de sédiments meubles, notamment des argiles, des sables et des limons, déposés par des rivières et des glaciers au cours des périodes géologiques précédentes. La présence de ces sédiments meubles avec des aquifères à haute transmissivité d'environ 20 à 150 m d'épaisseur crée des conditions propices à l'utilisation de la géothermie de surface avec stockage intersaisonnier sur l?ensemble du territoire (Annexe 9). En revanche, le sous-sol français est plus diversifié en raison de la variété géologique du pays15. Les formations géologiques peuvent être des roches sédimentaires (comme le calcaire, le grès et l'argile), des roches métamorphiques ou des roches magmatiques. Cette diversité crée des conditions variées pour l'utilisation de la géothermie (Annexe 10). 13 Atlas du potentiel géothermique des aquifères superficiels : contribution à l?homogénéisation des méthodes de cartographie http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-59439-FR.pdf 14 La conductivité thermique (ou conductibilité thermique) d'un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à diffuser la chaleur dans les milieux sans déplacement macroscopique de matière. Elle s?exprime en Watt par mètre-kelvin. 15 illustré par la carte géologique métropolitaine 15 à l?échelle 1/1 000 000ème et à 1/50 000ème pour chaque département https://infoterre.brgm.fr/formulaire/telechargement-cartes-geologiques-departementales-150-000-bd- charm-50 PUBLIÉ http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/ https://infoterre.brgm.fr/formulaire/telechargement-cartes-geologiques-departementales-150-000-bd-charm-50 https://infoterre.brgm.fr/formulaire/telechargement-cartes-geologiques-departementales-150-000-bd-charm-50 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 19/91 Le rapport de l?Académie des technologies de 2023 évalue que le potentiel français en matière de possibilité de stockage pour les besoins d?ATES se concentre dans les grands bassins sédimentaires (bassins parisien et aquitains). Les massifs (central, armoricain) et chaînes montagneuses (Alpes, Pyrénées, Jura) sont moins favorables, car les aquifères superficiels y sont plus fragmentés ou complexes du fait de la fracturation des roches. Figure 12 : Potentiel des sols pour l?ATES en Europe (Source : https://www.deltares.nl/) Un besoin de connaissance fine des sous-sols Les potentialités du sous-sol sont mieux connues aux Pays-Bas qu?en France compte tenu de leur taille respective et des problématiques spécifique des Pays-Bas. En effet, en raison de sa géologie, les Pays-Bas sont sujets à des problèmes tels que l'affaissement du sol et les inondations, ce qui a conduit le pays à développer une connaissance très détaillée du sous-sol (hydrogéologie et géologie). Cela a permis au Service géologique des Pays-Bas (TNO) de mettre à disposition gratuitementun outil de simulation numérique du sous-sol appelé Dinoloket16 sur le territoire national composé de quatre modèles sur la géologie, l?hydrogéologie, la géomorphologie et la profondeur des nappes (Annexe 11). Cet outil permet d?identifier des secteurs propices à un projet de géothermie. Quarante ans de travail ont été nécessaires pour atteindre ce résultat dans ce pays. 16 https://www.dinoloket.nl/en est un site géré par TNO qui met à disposition gratuitement les données sur le sous- sol néerlandais. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/en Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 20/91 Figure 13 : Illustration des sorties des modèles néerlandais (Source : https://www.dinoloket.nl/) En France, une cartographie régionale des ressources géothermiques a été réalisée par le BRGM17, mais son maillage, à une échelle de 1/100 000, est moins précis (Annexe 10). Les données fournies sur la profondeur de la nappe et la lithologie sont considérées par les porteurs de projet comme ne permettant pas d?évaluer précisément la faisabilité d?un projet en termes de débit attendu et les zones propices pour le stockage. Pourtant des données existent sur le sous-sol, mais elles sont insuffisamment partagées ou renseignées. Par exemple, pour la nappe profonde du Dogger en Île-de-France, connue pour sa productivité élevée pour la géothermie (Annexe 12), de nombreuses données (profondeur, température etc.) figurent dans les tests de réponse thermique produits pour la géothermie. D?autres bases de données nationales fournissent des caractéristiques de nappes souterraines mais ne sont actuellement pas mises en commun. Elles concernent les ouvrages souterrains (Base de données du sous-sol BSS du BRGM), les points d?eau (BSS-Eau du BRGM) et les points d?eau appartenant à un réseau d?Accès aux données sur les eaux souterraines (ADES) de l?Office français de la biodiversité (OFB) et du BRGM. Enfin, l?arrêté du 29 mai 2024, prévoit désormais que dans un délai de deux mois suivant l'achèvement des travaux, l'entreprise de forage dépose sur le téléservice de la GMI, le rapport de fin de forage. Cette disposition nouvelle sera utile à condition que ces rapports soient effectivement déposés et bancarisés dans la base de données du sous-sol. Aux Pays-Bas, les opérateurs privés de la géothermie participent au financement des cartes « ThermoGIS » de potentiel pour des ATES de moyenne et haute température (supérieure à 25°C). 17 La cartographie régionale des potentialités de la géothermie de surface en système ouvert (sur nappe) est présentée dans la base « Géothermies » du BRGM (https://www.geothermies.fr/ annexe) dans des atlas régionaux élaborés à partir de cinq critères clés : la profondeur, l?épaisseur de l?ensemble des couches géologiques renfermant les aquifères, la transmissivité, l'hydrochimie de la nappe et la température de ces nappes souterraines. Chaque région produit des cartes avec des financements différents (Ademe, Régions, Départements, fonds Feder, etc.). Elles utilisent les mêmes critères avec un rendu différent. Une harmonisation est en cours par le BRGM. Un lien vers une fiche permet de donner des informations sur les différentes nappes constituant la couche. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 21/91 [DGPR] Rassembler toutes les données nécessaires aux porteurs de projet de géothermie dans une base unique en libre accès (« open data »), si possible la base existante sur le sous-sol (BRGM), dans l?objectif de créer un outil d?aide à la décision. Constituer une cartographie détaillée à l?échelle des projets des potentialités géothermiques du sous-sol, sur une zone pilote dans un premier temps (sur laquelle des ressources potentielles favorables au stockage intersaisonnier et des besoins en géothermie sont identifiés), avec la participation éventuelle de partenaires privés. 2.3 Les facteurs de rentabilité et de performance des ATES aux Pays-Bas La mission a produit une évaluation du coût complet de la géothermie sur 138 dossiers français issus des demandes de subvention auprès de l?Ademe et 12 projets néerlandais menés par l?entreprise Installect, filiale néerlandaise du groupe Equans (Annexe 13). Les données françaises sont fondées sur les déclarations fournies dans le dossier de déclaration, tandis que les données néerlandaises le sont sur les consommations suivies réelles. Le nombre de projets et les conditions différentes d?acquisition des données permettent difficilement de comparer ces données entre les deux pays. 2.3.1 Une baisse des coûts d?investissement grâce aux innovations Les coûts d?investissement englobent six postes : les forages, l?ingénierie de conception et de réalisation, les équipements de PAC, le système de gestion et de suivi et les travaux de VRD (voiries et réseaux divers). La mission a analysé les coûts issus des seuls 18 dossiers complets du fonds chaleur de l?Ademe (entre 2010 et 2020). Les coûts d?investissement les plus importants proviennent des PAC et du forage. Ces données ne permettent pas d?affiner selon les caractéristiques de la nappe (profondeur, débit, température), des matériels (longueur des réseaux, marque, performance) et des caractéristiques des bâtiments utilisant la ressource (isolation thermique, réseau de distribution, demande en chaleur et en froid). Aux Pays-Bas, les données disponibles pour les 12 sites (entre 2009 et 2023) ne permettent pas non plus d?approfondir ces points. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 22/91 Figure 14 : Décomposition des coûts d?investissement en France (Source : traitement de données des 18 dossiers complets de l?Ademe par la mission) Le coût d?investissement d?un projet en France est un peu supérieur à celui aux Pays-Bas, avec une grande variabilité selon les projets. L?analyse des 138 dossiers français montre que le coût moyen d?un projet d?investissement en géothermie de surface sur nappe est d?environ 0,76 M¤ variant de 4 000 ¤ à 9,8 M¤ en fonction de la taille du projet, mais aussi de l?inclusion ou non dans le coût de la création d?un réseau de chaleur. Aux Pays-Bas, le coût d?un projet d?investissement est en moyenne de 0,59 M¤ variant entre 117 000 ¤ et 1,6 M¤. Ces coûts d'investissement calculés par la mission sont représentatifs de la situation aux Pays-Bas. Selon la bibliographie18, ils sont en effet, en moyenne de 200 000 ¤ pour les petits systèmes et de 2 M¤ pour les grandes applications. Le ratio entre le coût d?investissement total 19 (CAPEX ou capital expenditure) et l?unité de puissance en chaleur 20 installée (en ¤/kW) permet de mieux comparer les projets en s?affranchissant de leur taille. La figure ci-après (et l?Annexe 14), montre que les coûts d?investissement moyens sur la période 2009-2020 sont comparables dans les deux pays mais diminuent aux Pays-Bas alors qu?ils augmentent en France. Ainsi, en France, ce ratio est en moyenne de 1 990 ¤/kW en France et 1 620 ¤/kW aux Pays-Bas. Il semble augmenter de manière irrégulière entre 2009 et 2020 en France, alors qu?il diminue depuis 2013 aux Pays-Bas, compte tenu de la diffusion des connaissances et d?innovations pilotées notamment par le service géologique TNO (tests en grandeur nature du sous-sol, 18 Fleuchaus P. et al., Worldwide application of aquifer thermal energy storage ? A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 19 Concernant la France, le coût d?investissement total correspond aux montants des travaux d?investissement éligibles aux subventions et P est la puissance installée (kW). 20 La puissance en froid des installations géothermiques n?a pas pu être prise en compte dans l?analyse car elle n?était pas renseignée dans les dossiers du fond chaleur de l?Ademe. En revanche pour les Pays-Bas, le CAPEX moyen avec le froid est d?environ 919 ¤/kW. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 23/91 exploration des sous-sols en mer, connexion avec la géothermie profonde par exemple). Toutefois, ces bases de données ne permettent pas de détailler les coûts d?investissement mais résument des tendances générales dans les deux pays. . Figure 15 : Evolution du coût d?investissement par unité de puissance thermique (chauffage) installée de en France et aux Pays-Bas (Source : traitement des données de l?Ademe (France) et d?Installect (Pays-Bas) par la mission) 2.3.2 Les coûts d?exploitation dépendent principalement de la performance des pompes à chaleur Les coûts de fonctionnement ou « operational expenditure » (OPEX) sont fonction de la maintenance et de la consommation électrique de l?installation (les pompes à chaleur et systèmes annexes). En France, les données de suivi des coûts de fonctionnement ne sont pas centralisées. Un rapport de l?AFPG (2020) donne cependant une fourchette concernant la maintenance entre 6 960 et 9 840 ¤/an. Aux Pays-Bas, les coûts de maintenance varient entre 10 000 et 55 000 ¤/an, avec une moyenne de 26 ¤/MWh sur les douze projets observés qui est relativement stable sur la période d?observation (Annexe 15). Ces coûts ne sont donc pas négligeables. La performance des installations est surtout fonction du rendement des pompes à chaleur, appelé coefficient de performance énergétique (COP). Il s?agit du rapport entre la puissance en production de chaleur et la puissance électrique utilisée par le fonctionnement de la PAC. L?analyse des données françaises et néerlandaises montre des performances moyennes comparables de la géothermie (COP « machine » en production de chaud) dans les deux pays de 4,3, mais il varie entre 1 et 6,9 en France contre de 3,7 à 5,121 aux Pays-Bas. Cela montre une plus grande uniformité de performance des installations d?ATES aux Pays-Bas, comparée à celles de la géothermie sur nappe en France. Le COP « machine » chaud ne reflète néanmoins pas l?avantage qu?ont les systèmes ATES d?être plus rentables que des doublets classiques, car ils produisent à la fois du froid et du chaud. La production réelle en chaleur et en chauffage n?est pas connue puisque l?Ademe ne dispose que des estimations par les bureaux d?études avant que les travaux 21 Ce COP de l?ATES est cohérent avec les résultats de l?Université de Deft (Bloemendal, 2024) qui le situe pour le froid entre 20 et 40 et pour le chauffage entre 3 et 4. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 24/91 n?aient été effectués. Géothermie sur nappe en France ATES aux Pays-Bas Figure 16 : : Comparaison de la performance énergétique des pompes à chaleur géothermique en France et aux Pays-Bas (Source : traitement des données de l?Ademe (France) et d?Installect (Pays-Bas) par la mission) Aux Pays-Bas, les entreprises effectuent un suivi automatique de l?énergie produite (chaud et froid) et de l?électricité consommée pour faire fonctionner l?ensemble de l?installation. Le suivi de la consommation des auxiliaires (notamment les pompes de circulation situées en amont et en aval), n?est toutefois pas individualisé dans les deux pays alors qu?elle n?est pas négligeable. 2.3.3 Un prix du gaz élevé rendant compétitif les ATES aux Pays-Bas Le coût actualisé de l?énergie (LCOE) 22 est le coût complet moyen de production (incluant l?investissement et le coût d?exploitation) d?un mégawattheure sur la durée de vie de l?équipement. Les formules de calculs sont données dans l?Annexe 16. La mission a évalué ce coût des projets français et néerlandais selon trois scénarios : scénario 1 : chauffage au gaz avec un prix pour les industriels de 80 ¤/MWh en France et 153 ¤/MWh aux Pays Bas en 202323 , auquel s?ajoutent des coûts d?investissement et d?entretien de la chaudière à gaz décrits ci-dessous : Puissance de la chaudière 150 kW 150-500 kW 500-1000 kW 1 à 3 MW plus de 3 MW CAPEX (¤/MWh) 8,6 4,6 2,35 1 0,6 Coût entretien (¤/MWh) 8,6 4,4 2,8 1,1 0,6 Figure 17 : CAPEX et coût d?entretien de la chaudière à gaz en France (valeurs extrapolées de celles des chaudières à gaz aux Pays-Bas en l?absence de données françaises), Source : Ademe (2019). scénario 2 : le scénario 1 avec une prise en compte du coût des émissions de CO2 du gaz par rapport à la géothermie sur nappe sur la base d?un prix de référence de l?OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques) de 30 ¤/t équivalent CO2 (OCDE 2021) ; 22 Cet indicateur LCOE en anglais « Levelized Cost Of Energy » soit en français le « coût actualisé de l?énergie » correspond, pour une installation de production d?énergie, à la somme des coûts de production d?énergie (investissement initial et charges fixes (coûts d?entretien avec les pièces de rechange et main-d?oeuvre, coût variable notamment de la consommation électrique par MWh) divisée par la production annuelle d?énergie produite. 23 France : MTECT, https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 / Pays-Bas : bureau central de la statistique CBS, (https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 25/91 scénario 3 : chauffage et apport de froid avec de la géothermie sur nappe. La mission a utilisé les valeurs suivantes pour cette évaluation : prix de l?électricité en 2023 à 219 ¤/MWh en France (prix du marché non régulé) et 290 ¤/MWh aux Pays-Bas ; taux d?actualisation de 3% (Ademe 2019) ; durée de vie des équipement de 20 ans (Ademe 2019). Le graphique ci-après montre plusieurs résultats. En premier lieu, les coûts de production de la géothermie sur nappe sont plus variables en France qu?aux Pays-Bas. En second lieu, en France la géothermie de surface n?est pas rentable (moyenne de 143 ¤/MWh) sans subvention publique compte tenu du prix du gaz (91 ¤/MWh), même en le comparant au coût du gaz intégrant le coût des émissions de CO2 (97 ¤/MWh24 ). Ce n?est pas le cas des Pays-Bas où la géothermie (moyenne de 118 ¤/MWh) est compétitive par rapport au gaz même sans intégration du coût des émissions de CO2 (162 ¤/MWh). Les prix de l?énergie dans les deux pays pour les consommateurs professionnels ont augmenté rapidement ces dernières années notamment avec la guerre en Ukraine (Annexe 17) mais le prix du gaz aux Pays-Bas, qui traverse une crise énergétique, est significativement plus élevé qu?en France en 2023. Le prix de l?énergie est extrêmement volatile selon la loi de l?offre et de la demande, les taxes, les aides de l?État aux consommateurs et la situation géopolitique. A ce titre, la hausse du prix du gaz rend les projets géothermiques un peu plus compétitifs en France que dans le passé. Si on compare ces résultats avec ceux de la géothermie profonde, selon des études technico- économiques, l?indicateur de LCOE varie entre 15 et 55 ¤ /MWh, ce qui est inférieur à la géothermie de surface sur nappe et à celui du gaz (Ademe 2019). Figure 18 : Comparaison des coûts de la géothermie par rapport à ceux du gaz, le coût du CO2 a été pris forfaitairement à 30 ¤/t équivalent CO2 (Source : traitement des données de l?Ademe (France) et 24 D?après le graphique sur le bilan carbone (chapitre 1.5), le gaz émet environ 230 g/kWh et la PAC géothermique 30 g/kWh. La prise en compte de la valeur du carbone émis engendre une baisse de 6 ¤/MWh, le CO2 étant valorisé à 30 ¤ par tonne équivalent CO2. PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 26/91 d?Installect (Pays-Bas) par la mission)25 2.4 Une politique de subvention nationale 2.4.1 Une politique de soutien évolutive selon la maturité technologique aux Pays-Bas Aux Pays-Bas au démarrage de la technologie, la stratégie d?aide de l?État à la géothermie a été fondée sur une subvention massive appelée SDE++26 d?incitation à l?innovation. Ensuite, lorsqu?un taux suffisant d?usagers de la géothermie a été atteint (le taux de 13% du schéma ci-dessous est donné à titre illustratif), la subvention a été modulée suivant le prix du gaz. Ainsi, quand le prix du gaz a augmenté, la subvention a diminué comme illustré dans l?Annexe 18. En 2023, les subventions ont été retirées en faveur d?instruments fiscaux (par exemple une réduction d'impôt sur les bénéfices pour les investissements d?entreprises dans les technologies d'économie d'énergie et l'énergie durable), jugés par les Pays-Bas mieux adaptés à un usage devenu mature. Figure 19 : Stratégie de subvention des systèmes ATES aux Pays-Bas (Source : RVO, 2024) Le gouvernement mène d?autres actions pour soutenir la filière géothermique, telles que la création d?une plateforme numérique pour les entreprises de la filière. Il a également contribué au financement du Rijswijk Centre for Sustainable Geo-Energy (RCSG), centre de recherche et d'innovation conduisant des expérimentations et des transferts de connaissance en partenariat avec le secteur public et privé, décrit dans l?Annexe 19. Enfin, à l?échelle de l?Europe, les représentants du gouvernement pilotent une association nommée Geothermica. 2.4.2 En France, adapter les critères de subvention pour une meilleure efficacité En France, différents dispositifs visent à soutenir financièrement l?ensemble des projets de chaleur renouvelable (géothermie, solaire, biomasse). Ce sont : le fonds chaleur géré par l?Ademe (522 M¤ en 202227 et 520 M¤ en 2023 selon l?Ademe) 25 NB : Les boxplots (ou « boîtes à moustaches ») sont utilisés ici pour visualiser la distribution des coûts de production mesurés avec le LCOE groupés à travers leurs quartiles. Pour les scénarios de géothermie sur nappe, la limite basse correspond au premier quartile (25% des projets) et la limite haute au troisième quartile (75% des projets). Les traits horizontaux continus représentent les projets médians (50% des projets). Les traits verticaux continus définissent le minimum et le maximum. Les points représentent les valeurs aberrantes. 26 SDE ++ : Sustainable Energy Production and Climate Transition Incentive Scheme. 27 Depuis sa création, le Fonds Chaleur a donné un puissant coup d?accélérateur aux énergies renouvelables et de récupération (EnR&R) : doté de 3,68 milliards d?euros sur la période 2009-2022, le Fonds Chaleur a permis d?aider plus de 7 100 installations représentant 12,4 milliards d?euros d?investissements et totalisant une capacité de production de 42,6 TWh d?EnR&R cumulée. En 2022, les aides à l?investissement ont représenté le premier poste de dépense du Fonds chaleur à hauteur de 463 M¤. Les aides ont été majoritairement utilisées pour la création ou l?extension de réseaux de chaleur et de froid (221 M¤) et pour des chaufferies biomasse (146 M¤). 7% des aides à l?investissement vont à la géothermie. PUBLIÉ https://fondschaleur.ademe.fr/wp-content/uploads/2023/10/ademe-fonds-chaleur-plaquette-10-23.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 27/91 bénéficiant aux collectivités et porteurs de projet privés hormis les particuliers (entreprises, agriculteurs, artisans) ; des fonds d?assurance en cas d?échec du forage gérés par la SAF-Environnement, sur la base d'une convention avec l'ADEME : le fonds de garantie géothermique « assurant » les projets sur nappe profonde (195,6 M¤ sur 10 ans), Aquapac « assurant » les projets sur nappe à moins de 200 m de profondeur ; une TVA (taxe sur la valeur ajoutée) de 5,5% sur l?abonnement des particuliers pour tout réseau de chaleur alimenté à plus de 50% par des énergies renouvelables et de récupération et des aides aux particuliers28. Le fonds chaleur subventionne une partie des coûts d?investissement : études de faisabilité et d?impact environnemental, forages exploratoires et de production et équipements de captage, pompes à chaleur, réseaux de chaleurs et outils de mesures et suivi des performances. Sur la technologie de géothermie sur nappe, les subventions du fonds chaleur accordent une aide au taux moyen de 18%29, ce taux pouvant atteindre un maximum de 50%. La figure ci-après montre que le nombre de dossiers augmente depuis 2010 mais reste faible, autour d?une quarantaine par an depuis 2017. Les demandes se font en ligne sur https://agirpourlatransition.ademe.fr/entreprises/aides- financieres/2024/installations-production-chaleur-froid-renouvelable-a-partir-geothermie Figure 20 : Evolution des montants et du nombre de dossiers de subvention de la géothermie sur nappe en France (Source : mission d?après les dossiers de subvention de Ademe, 2010-2020) Les conditions d'éligibilité et de financement actualisées en 2024, figurent dans le tableau ci- dessous. 28 MaPrimeRénov, éco-prêt à taux zéro, Coup de pouce Chauffage, Habiter Mieux. 29 Sur la base d?une analyse par la mission des données issues des dossiers traités par l?Ademe. PUBLIÉ https://agirpourlatransition.ademe.fr/entreprises/aides-financieres/2024/installations-production-chaleur-froid-renouvelable-a-partir-geothermie https://agirpourlatransition.ademe.fr/entreprises/aides-financieres/2024/installations-production-chaleur-froid-renouvelable-a-partir-geothermie Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 28/91 Production minimale 25 MWh/an Montant des subventions par unité de production de chaleur 25 ¤/MWh30 Montant des subventions par unité lié à la production de froid 13 ¤/MWh Heure d?utilisation annuelle > 1 000 h pour le chauffage et 1 500 h pour le froid COP machine > 4,5 Coefficient de performance saisonnier (SCOP) > 3 Efficacité énergétique des bâtiments Résidentiels entre B et C Tertiaire entre B et D Industries : non applicable Figure 21 : Les principaux critères utilisés par le fonds chaleur en France en 2024 pour la géothermie sur nappe (Source : Ademe, 2024) Le montant de la subvention pour la géothermie de surface sur nappe accordée par le fonds chaleur est calculé en fonction de l?estimation de la quantité d'énergie thermique renouvelable produite par le projet, mesurée en MWh. Les subventions sont calculées sur la durée de vie théorique de 20 ans de l'installation. La production de chaleur par la géothermie sur sonde (50 ¤/MWh) et sur échangeur compact (44 ¤/MWh) bénéficie de subventions plus importantes que la géothermie sur nappe (25 ¤/MWh). L?Ademe motive cet écart par le coût d?investissement de ces deux premières technologies et le besoin de favoriser leur adoption. Pour la production de froid, les aides pour les trois technologies de géothermie de surface sont uniformes (13 ¤/MWh). Par ailleurs, les technologies permettant un stockage intersaisonnier ne font pas l?objet d?un financement spécifique alors qu?elles pourraient être plus rentables et plus efficaces que la géothermie classique par doublet. La mission a analysé les données des 162 dossiers de subvention de l?Ademe entre 2010 et 2020. Ces données sont remplies par le porteur de projet dans un formulaire en ligne lors de sa demande, accompagnant la transmission de documents plus détaillés comme des études de faisabilité. La mission compare ces données avec les conditions d'éligibilité et de financement actualisées en 2024. La mission n?a pu vérifier comment ces conditions ont varié depuis 2010, cependant, l?analyse permet de tirer des enseignements sur la qualité de ces dossiers. Les constats suivants sont déduits de cette analyse, sur la pertinence des critères de subvention, le respect de ces critères par les porteurs de projet et le remplissage de cette base. La subvention ne permet pas de rendre la géothermie compétitive par rapport au gaz actuellement mais le budget des ménages peut absorber l?écart lorsque les logements sont bien isolés (classe de performance énergétique A). La subvention à la géothermie peut contribuer à favoriser l?indépendance énergétique et une énergie de faible bilan carbone. Les montants mobilisés pour la subvention par le fonds chaleur (520 M¤ en 202331) sont pourtant sans commune mesure avec le coût total du bouclier tarifaire du gaz et de l?électricité en France, estimé à 23 milliards d'euros en 202232. 30 La production considérée comme base de calcul est obtenue par la production utile moins la consommation électrique. 31 https://fondschaleur.ademe.fr/wp-content/uploads/2023/10/guidefondschaleur2023.pdf 32 Le bouclier tarifaire sur le gaz et l?électricité : https://www.cre.fr/electricite/marche-de-detail-de- lelectricite/dispositifs-de-soutien-aux-consommateurs.html PUBLIÉ https://fondschaleur.ademe.fr/wp-content/uploads/2023/10/guidefondschaleur2023.pdf https://www.cre.fr/electricite/marche-de-detail-de-lelectricite/dispositifs-de-soutien-aux-consommateurs.html https://www.cre.fr/electricite/marche-de-detail-de-lelectricite/dispositifs-de-soutien-aux-consommateurs.html Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 29/91 La géothermie sur nappe sans subvention n?est pas encore compétitive en France par rapport au gaz, avec un coût moyen de production (LCOE) calculé par la mission de 143 ¤/MWh. Toutefois, si les subventions de la géothermie sur nappe, actuellement de 25 ¤/MWh, étaient augmentées à 50 ¤/MWh, le coût annualisé de la géothermie subventionnée serait réduit à 93 ¤/MWh, se rapprochant ainsi du coût du gaz en 2023, estimé à 91 ¤/MWh. Le prix du gaz est extrêmement volatile, il semble diminuer en 2024. C?est pourquoi, il faut suivre cette évolution sur deux à trois ans avant de procéder à des ajustements. Ce soutien accru à la géothermie sur nappe, pourrait doubler les dépenses actuelles du fonds chaleur pour la géothermie (estimées à 4 M¤ par an par la mission entre 2010 et 2020). Elles resteraient cependant dans le budget prévu pour les énergies renouvelables (520 M¤ en 2023). Ce soutien faciliterait la massification de la géothermie sur nappe, mieux adaptée aux bâtiments de superficie importante en milieu urbanisé dense. Pour les consommateurs, le facteur bloquant est le coût de l?investissement initial élevé de la géothermie. L?objectif est ainsi d?analyser si les coûts de la géothermie peuvent rentrer dans le budget annuel d?un ménage. La mission a considéré pour son calcul, la taille moyenne en France d?un logement de 65 m2 puis modélisé, en fonction des coûts d?investissement figurant dans les dossiers ayant reçu la subvention du fonds chaleur, le coût annualisé 33 incluant investissement et fonctionnement, de la géothermie pour le consommateur, en considérant deux cas, avec et sans subvention. Ce coût a été calculé pour les différentes classes de performance énergétique des bâtiments subventionnés : Coût annuel moyen (¤/an) DPE Sans subvention Avec subvention A 761 684 B 2 773 2 515 C 2 996 2 791 D 4 975 4 662 E 9 200 8 357 Figure 22 : Coût annuel moyen de la géothermie sur nappe selon les classes de performance énergétique (Source : mission d?après les dossiers de subvention de l?Ademe) Cette analyse permet de tirer trois enseignements. D?une part, les coûts annualisés sont faibles lorsque les bâtiments sont bien isolés de classe A. Ils sont multipliés par 12 lorsque les bâtiments sont énergivores, de classe énergétique E. Par ailleurs, si on compare ces résultats au budget en énergie des ménages, seule la géothermie sur nappe dans la classe de catégorie A est accessible. En effet, une étude du Commissariat général au développement durable (CGDD)34 33 Le coût annualisé est défini de la manière suivante : Coût annuel = (AK_0+ F+?p.CONSO?_ELEC) / SURFACE * ?SURFACE?_app Le Coût annuel de l?énergie pour un appartement est la somme de la valeur de l?annuité constante correspondant à l?investissement initial noté K_0, les charges fixes annuelles (coûts d?entretien avec les pièces de rechange et la main d?oeuvre) notées F, le coût variable notamment de la consommation électrique annuelle. Cette somme est divisée par la surface totale du projet notée SURFACE puis multipliée par la surface moyenne d?un appartement ?SURFACE?_app. L?annuité constante annuelle est issue de la multiplication entre le capital initial noté K_0 et le même coefficient d?actualisation noté A décrit dans le paragraphe 2.4.4. 34 CGDD. Bilan énergétique de la France pour 2021, https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2021/9-18-le-prix-de-la-chaleur-augmente-dans-lindustrie- ainsi-que-dans-les-autres-secteurs.php PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2021/9-18-le-prix-de-la-chaleur-augmente-dans-lindustrie-ainsi-que-dans-les-autres-secteurs.php https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2021/9-18-le-prix-de-la-chaleur-augmente-dans-lindustrie-ainsi-que-dans-les-autres-secteurs.php https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2021/9-18-le-prix-de-la-chaleur-augmente-dans-lindustrie-ainsi-que-dans-les-autres-secteurs.php Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 30/91 montre qu?en 2020, les ménages ont dépensé en moyenne 1 589 ¤ en énergie pour leur logement. Enfin, la subvention joue peu sur la diminution du coût annuel moyen. Le COP « machine » n?est pas systématiquement respecté Sur 138 dossiers de 2010 à 2020, 51 dossiers soit 37% seulement ont des COP « machine » supérieurs à 4,5 qui est le seuil minimal de ce critère figurant dans les conditions d?éligibilité en 2024. Figure 23 : Evolution du COP « machine » dans les dossiers de subvention du fond chaleur (Source : mission d?après les dossiers de subvention de l?Ademe, 2010-2020) Le critère d?efficacité énergétique des bâtiments est assez bien respecté La consommation électrique par m² de surface de bâtiment théorique35 des dossiers subventionnés a été comparée aux classes de performance énergétique des bâtiments. Figure 24 : Calcul de la classe énergétique théorique des bâtiments ayant reçu des subventions du Fond Chaleur (Source : mission d?après les dossiers de subvention de l?Ademe, 2010-2020) 35 La consommation énergétique par m² de surface de bâtiment (notée CONSO_M2) est calculée de la manière suivante : CONSO_M2 = ?CONSO?_ELEC/SURFACE. ?CONSO?_ELEC représente la consommation électrique annuelle des PAC tandis que SURFACE est la surface totale du bâtiment. Cette méthode sous-estime la consommation totale prévisible car elle ne prend pas en compte les autres consommations du logement (lumière, cuisson, appareils électroménagers). Critère Ademe du COP machine (4,5) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 31/91 La majorité des bâtiments ayant reçu les aides du fonds présente une performance énergétique théorique entrant dans les critères d?attribution (97% entre A et D, 3% sont classés E à G). Le remplissage de certaines données est incomplet dans la demande de subvention Par ailleurs, le remplissage de l?ensemble des données n?est pas obligatoire, ainsi la mission a constaté que sur 272 dossiers, les subventions d?étude de faisabilité et le financement de projets réels ne sont pas distinguées et que seuls 18 formulaires sont remplis entièrement. L?ensemble des paramètres techniques des projets sont communiqués par les entreprises dans des dossiers sous format pdf non exploitables. Le formulaire en ligne de demande de subvention ne permet pas de remplir sept paramètres techniques (COP réel, SCOP, puissance en froid, nombre d?heures d?utilisation du froid, débit de la nappe, température initiale, profondeur des ouvrages) et cinq postes de coût d?investissement (forage, PAC, voiries, suivi, études). Au même titre que les autres installations n?ayant pas demandé de financement, ces installations ne sont pas suivies en termes d?OPEX, de consommation électrique réelle et de retour d?expérience. [DGEC, Ademe] Ajuster à 50 ¤/MWh le niveau de subvention de production de chaleur du fonds chaleur pour la géothermie sur nappe pour la rendre compétitive et prévoir une subvention spécifique pour la géothermie sur nappe avec un stockage intersaisonnier (sous réserve de son éventuel encadrement réglementaire), et une révision de ce niveau de subvention selon l?évolution comparée des coûts de la géothermie et du gaz. Compléter le formulaire de demande de subvention afin de suivre le bilan énergétique, économique et environnemental des projets et rendre obligatoire la mention des moyens visant une bonne performance énergétique des installations de géothermie. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 32/91 3 La géothermie sur nappe comporte des risques environnementaux et techniques qu?il convient de prévenir 3.1 Les modèles d'écoulement et la qualité des eaux souterraines peuvent être influencés La géothermie sur nappe par doublet de forage possède en théorie un bilan hydrique nul entre le volume prélevé et réinjecté mais la demande peut utiliser presque toute la capacité de la nappe et n?être plus disponible pour les autres usages. En outre, la qualité des eaux souterraines, et dans une moindre mesure et plus localement, les circulations d?eau, peuvent être influencés. Une étude aux Pays-Bas sur les systèmes ATES (Matthijs Bonte et al., 201136) évalue le risque comme élevé pour les impacts hydrologiques (mise en communication des nappes) et chimiques (voir tableau ci-dessous). Ces risques présentent une gravité accrue, lorsque ces systèmes interfèrent avec des captages d?eau potable sans mesures de prévention et de surveillance. Micropolluants : IMIPO : inorganiques, OMIPO : organiques, DOC : organiques dissous, VC : Chlorure de vinyle Probabilité : ++ : presque toujours, + : élevée, +/- : faible, modérée, - : aucun Conséquences : ++ : élevée, + : faible, +/- : aucun, - : opportunité Figure 25 : Risques liés au stockage souterrain d'énergie thermique à basse température (< 30 °C) sur les eaux souterraines (Source : Bonte et al., 2011, traduction @google) 36 Underground Thermal Energy Storage: Environmental Risks and Policy, Developments in the Netherlands and European Union Matthijs Bonte 1, Pieter J. Stuyfzand 1, Adriana Hulsmann 1, and Patrick Van Beelen 2, 2011 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 33/91 3.1.1 La demande peut utiliser presque tout le volume de la nappe Le développement des ATES aux Pays-Bas entraine une pression sur l?espace souterrain dans les zones urbaines, où la densité de construction est élevée. Par exemple, dans le centre-ville d'Utrecht, l'une des plus grandes villes des Pays-Bas, avec une forte concentration de bâtiments polyvalents dans un rayon d'environ 600 m et une épaisseur d'aquifère de 20 m, les permis ATES entraînent l'utilisation d'environ un volume de 20 millions de m3 d'espace souterrain, tandis que le volume total de l'aquifère situé sous le centre est de 23 millions de m3. Cela implique que la demande pourrait bientôt dépasser l?offre, notamment en période de sécheresse telle que la France en a connu en 2022 et 2023 (Annexe 20). [DEB] Comptabiliser les volumes d?eaux prélevés par la géothermie sur nappe dans les études et dans les documents de planification de l?eau et pour les ATES vérifier que la somme des prélèvements est compatible avec le volume de la nappe. 3.1.2 Les écoulements des nappes peuvent être perturbés Des perturbations de l?écoulement de l?eau souterraine (niveau piézométrique et vitesse d?écoulement) peuvent être perceptibles à une distance de plusieurs fois l?écart entre les deux forages. La variation du niveau piézométrique peut se traduire en cas de multiplication de forages, par un rabattement de la nappe avec une apparition d?un cône de rabattement à proximité du forage en pompage. Ce phénomène peut induire une remontée de la nappe et l?apparition d?un dôme piézométrique à proximité du forage d?injection. Un cours d'eau recevant normalement des eaux souterraines peut par conséquent alimenter la nappe d?eau souterraine lors du fonctionnement des forages géothermiques. Les caractéristiques des nappes propices à la technologie ATES, à faible circulation d?eau, réduisent en principe ce risque. En outre, comme l?illustre le schéma ci-dessous, des doublets géothermiques peuvent interférer avec des captages d?eau potable, en réduisant le débit d?eau prélevée et en augmentant le risque de pollution. Figure 26 : Effets d'un système de stockage d'énergie thermique (ATES) sur un captage d?eau potable : captage AEP seul (A), doublet géothermique à l'extérieur (B), et à l'intérieur (C) de la zone de captage AEP. Les flèches indiquent le chemin de l'écoulement des eaux souterraines ; les pastilles rouges et PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 34/91 bleues sont respectivement les puits chauds et froids d'un système ATES (Source : Bonte et al., 2011) 3.1.3 La qualité de la nappe peut être affectée Risque thermique Les systèmes géothermiques et le stockage intersaisonnier peuvent avoir plusieurs impacts sur la température et la qualité de la nappe phréatique. L'injection d?une eau plus chaude en été ou plus froide en hiver dans la nappe peut modifier la température de l'eau souterraine localement, d?autant qu?il peut exister un déséquilibre annuel entre la demande de froid et de chaud. Cette modification dépend de la quantité de chaleur ou de froid injectée et des caractéristiques thermiques et hydrauliques de l'aquifère. Figure 27 : Influence thermique du stockage ATES en hiver (Source :Bloemendal 2024) Equilibrer le stockage saisonnier de la chaleur et du froid est essentiel pour soutenir l?utilisation à long terme de l?aquifère pour le stockage intersaisonnier. Selon Bloemendal et al.(2014)37 , la capacité de stockage d'énergie thermique d'un m3 d'espace souterrain est d'environ 3 kWh si la différence de température entre les puits ATES chauds et froids est de 4°C. Après l'arrêt du stockage, la température tend à se rééquilibrer avec son environnement, mais ce processus peut prendre plusieurs mois ou même des années. L?héritage de systèmes ATES abandonnés reste bien plus longtemps dans le sous-sol que la durée de vie d?un bâtiment (de 30 à 50 ans). Une étude aux Pays-Bas (Hecht-Mendez et Al., 2010), montre qu?il faut des centaines, voire des milliers d'années pour que la température des volumes d'eau souterraine chaude et froide se diffuse pour des nappes à faible à très faible circulation. Une augmentation de température peut favoriser les risques de contamination chimique, en mobilisant certains polluants présents dans le sol ou dans la nappe, comme les métaux lourds ou les composés organiques, et en augmentant ainsi leur concentration dans l'eau. La plupart des recherches publiées sur les impacts chimiques se concentrent sur les changements dans la solubilité des minéraux, la cinétique des réactions et l'oxydation de la matière organique lorsque généralement les températures sont supérieures à 30°C. En effet, les réactions chimiques peuvent être accélérées par la hausse de température, et modifier ainsi la composition chimique de l'eau. L?injection de chaleur peut modifier les conditions d'oxydoréduction de la nappe, influençant la solubilité et la mobilité de certains contaminants. Par exemple, des conditions plus réductrices peuvent mobiliser des métaux comme le fer et le manganèse, tandis que des conditions oxydantes peuvent mobiliser l'arsenic. 37 4. Bloemendal, M., T. Olsthoorn, and F. Boons, How to achieve optimal and sustainable use of the subsurface for Aquifer Thermal Energy Storage. Energy Policy, 2014. 66: p. 104-114. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 35/91 L'augmentation de la température peut également favoriser la prolifération de micro-organismes. Par exemple, certains pathogènes ou algues peuvent se développer plus rapidement dans des eaux plus chaudes. Risque chimique La contamination chimique de la nappe phréatique du fait de la géothermie de surface peut provenir de plusieurs sources, outre les phénomènes évoqués précédemment dus à l?augmentation de température : par la pénétration de polluants par des forages mal conçus, la dégradation des matériaux ou des fuites d?additifs chimiques utilisés pour l?entretien des installations. Le défaut de conception des forages peut consister en une mauvaise cimentation de l?espace annulaire entre le tubage et la paroi naturelle du forage induisant des voies d'écoulement entre aquifères et une contamination potentielle ente eux. Ainsi, ce défaut peut influencer la chimie des eaux souterraines en mélangeant différents types d?eaux souterraines, par exemple oxygénées et non oxygénées, en mobilisant les contaminants des eaux souterraines présents dans de nombreuses zones urbaines (relativement immobiles dans des conditions naturelles), par exemple les métaux lourds ou les hydrocarbures, ou en modifiant le régime thermique de l'eau. Figure 28 : Mise en communication de contaminants entre deux nappes par une mauvaise conception de forage (Source :FBLS.net) Des malfaçons ont entraîné des impacts sur les aquifères, les milieux aquatiques et les riverains, avant la mise en place en 2015 de la cartographie des aléas pour la géothermie de surface : mise en communication d?une couche d?anhydrite avec des arrivées d?eau provenant d?aquifères plus profonds et artésiens à Lochwiller (67) en 2008, causée par une cimentation incomplète du forage : surrection par hydratation d?anhydrite (phénomène de gonflement des sols) qui a provoqué la fissuration et la déformation d?une trentaine d?habitations, ainsi que de voiries et de réseaux ; mise en communication des couches salines avec des arrivées d?eau provenant d?aquifères plus profonds et artésiens à Hilsprich (57) causée également par une mauvaise cimentation, entrainant l?affaissement des terrains par dissolution de l?horizon salifère ayant entrainé des désordres sur une quinzaine de maisons de la commune. La conception des forages (cimentation, bentonite) doit permettre d?éviter les fuites et la communication des nappes et le transfert de pollution. L?annexe de l?arrêté du 29 mai 2024 détaille les mesures que l'entreprise de forage certifiée doit mettre en oeuvre pour une cimentation préservant la qualité des eaux souterraines, en prévenant l'infiltration superficielle de pollutions ou PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 36/91 la mise en connexion des nappes. Ce même arrêté impose également que, lors du fonctionnement d?échangeurs géothermiques ouverts, aucune substance chimique ne soit additionnée, dans les ouvrages de production et de réinjection, à l'eau de la nappe prélevée ou rejetée. Les opérations visant au nettoyage du forage de production ou de réinjection doivent se faire de manière à ne pas introduire de produits chimiques induisant un risque pour la ressource en eau et ses usages potentiels. Les substances utilisées doivent être exclusivement des acides et des polyphosphates. Les opérations menées, les méthodes, les matériaux, les substances et volumes employés doivent être mentionnés au dossier de l'installation38. Cependant, des liquides de refroidissement utilisés dans les systèmes géothermiques peuvent contenir diverses substances chimiques, telles que des additifs, des inhibiteurs de corrosion, des agents antigel, des biocides, et des lubrifiants. Si ces liquides sont mal gérés ou si des fuites se produisent, ces substances peuvent contaminer la nappe phréatique. Risques microbiologiques Les impacts microbiologiques peuvent se produire majoritairement en raison de l?augmentation de température des eaux souterraines. Selon l?étude de l?Ineris (Institut national de l'environnement industriel et des risques) de 2015 sur le stockage souterrain d?énergie thermique, la température moyenne des eaux souterraines (non thermales) en France métropolitaine est généralement comprise entre 10 et 15°C, ce qui correspond au domaine de développement des bactéries autochtones dites psychrophiles (température inférieure à 20°C). L?injection d?eau plus chaude risque d?augmenter le développement de certains microorganismes mésophiles (entre 20 et 45°C) et/ou thermophiles (au-delà de 45°C), potentiellement pathogènes. Les conséquences pour la nappe pourraient devenir significatives si plusieurs dispositifs de géothermie venaient à être implantés dans un même aquifère alors qu?elles resteraient probablement négligeables dans le cas de dispositifs isolés. La prolifération bactérienne peut induire une contamination de la nappe par des pathogènes, la formation de biofilms microbiens provoquant un colmatage de la crépine du forage et la corrosion des équipements métalliques par des bactéries sulfato-réductrices. En France, selon l?arrêté du 29 mai 2024, l?activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d'eau exploitée de plus de 4°C à 200 m des échangeurs géothermiques de production ou de réinjection. La température maximale de réinjection ne doit pas dépasser 32°C. Aux Pays- Bas, la température de rejet ne doit pas excéder 25°C (avec une possibilité de dérogation). En conclusion, afin de prévenir les principaux risques environnementaux sur la nappe, des mesures préventives sont nécessaires pour l?équilibre annuel des besoins de température (chaud/froid). La surveillance de la nappe, ainsi que la conception des forages (cimentation, bentonite) permettent de réduire les risques de fuite, de communication des nappes et de transfert de pollution. Un autre facteur important est la définition d?un espacement minimal entre forages et la planification de l?emplacement des forages afin d?éviter les phénomènes d?interférence entre forages géothermique. 38 La mission s?est interrogée, compte tenu des variations de pression (en cas de forage de profondeur avoisinant 500 m) et des dégazages qui s?ensuivent, et donc des modifications des potentiels redox ou d?équilibre calco- carbonique, sur la possibilité de faire fonctionner les équipements géothermiques dont la PAC, sans injection plus ou moins continue d?adoucisseur d?eau, de produit anti-bactérien, etc. PUBLIÉ https://www.ineris.fr/fr/stockage-souterrain-energie-thermique-contexte-transition-energetique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 37/91 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées Depuis 2014, l?Ademe a mis en place une démarche d'audit des systèmes de géothermie de surface subventionnés dans chaque région La mission a recueilli des données sur les anomalies relevées dans cinq régions, sur 95 installations auditées, dont 40 exploitées sur nappe. Figure 29 : Anomalies techniques sur la GMI sur 95 installations de cinq régions (Source : mission sur la base des audits régionaux de l?Ademe)39 Ces audits montrent que les systèmes de géothermie de surface présentent douze types d?anomalies sur les pompes à chaleur (PAC)40 et cinq sur la nappe. Dans les régions auditées, plus de 60% des installations n?ont pas de suivi de la PAC (compteurs thermiques, de débit et électriques) ou de système d?asservissement. Or, le surdimensionnement ou la non-optimisation de la PAC, ou l?absence d?asservissement ou de calorifuge engendrent une hausse des coûts de consommation électrique. La mission relève que les risques audités concernant la nappe sont d?ordre technique et que les risques environnementaux ne sont pas audités par l?Ademe, comme le défaut d?étanchéité ou de corrosion, ou la modification de la piézométrie de la nappe au niveau des forages. 39 Sur le schéma, l?injectivité est une mesure de la facilité avec laquelle l'eau peut être injectée dans la nappe. Elle dépend de multiples facteurs géologiques, hydrauliques et opérationnels. 40 Ces anomalies détectées sur la PAC peuvent également être rencontrées dans la géothermie sur sonde et en mer. Les données n?étaient pas distinctes selon les types de géothermie. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Risque de recyclage dans la nappe Productivité de la nappe Pas d'équipement de suivi de la nappe Injectivité dans la nappe Suivi de la nappe Performance de la PAC Entretien de la PAC Débit de la PAC Conformité selon les guides de l'Ademe Abscence de calorifuge sur la PAC Risque réglémentaire de légionnelle Pompe de la PAC Hydraulique de la PAC Surdimensionnement de la PAC PAC non optimisé Asservissement de la PAC Suivi de la PAC Les Hauts-de-France Champagne Ardenne Normandie Pays de la Loire Occitanie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 38/91 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques Le manque de suivi Contrairement aux Pays-Bas, il n?existe pas en France de transmission à l?administration d?un suivi de la géothermie sur nappe, concernant la performance énergétique et l?impact sur la nappe. Le manque de suivi des PAC géothermiques et de la nappe ne permet pas de connaître précisément la quantité d?eau pompée et réinjectée dans le sol, le rendement des équipements et l?énergie consommée et générée. Pour toute nouvelle installation de production d?électricité, le Code de l?énergie prône la prise en compte de l'efficacité énergétique par l?autorisation d?exploiter (art. L311-5) et établit un principe de contrôle des installations et de mise à disposition de l'administration des résultats de ce contrôle (art. L311-13-5). Ces principes pourraient utilement être étendus aux installations de production de chaleur. L?absence d?asservissement Outre la PAC, une installation de géothermie comporte des pompes de circulation situées en amont et en aval pour assurer une extraction efficace de l'eau souterraine et son retour approprié dans la nappe phréatique après l'échange de chaleur. Elle peut aussi comporter une pompe de circulation entre l'échangeur de chaleur et la PAC pour des raisons spécifiques (comme la protection contre le gel). L?absence d?asservissement signifie que la PAC ne transmet pas d?information aux pompes qui fonctionnent alors en continu même lors de l?arrêt de la demande en énergie. Il en découle une surconsommation en électricité et une usure prématurée des pompes. La simulation ci-dessous réalisée par l?Ademe, montre une augmentation de 50% du coût de l?électricité de pompage d?un système non asservi. Figure 30 : Effet de l?absence d?asservissement sur les coûts de consommation électrique (Source : Ademe Pays-de-la-Loire, 2017) Le colmatage peut entraîner une baisse des possibilités de réinjection dans la nappe La pérennité des doublets géothermiques sur nappe est conditionnée à la possibilité de pouvoir pomper l?eau souterraine puis de la réinjecter. Le colmatage de la boucle géothermale, en particulier des échangeurs et des forages est un problème courant qui peut affecter la réinjection de l?eau dans la nappe. Le colmatage intervient en raison de la qualité de l?eau souterraine (présence de fer ou manganèse PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/section_lc/LEGITEXT000023983208/LEGISCTA000023986314/ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000031069738 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 39/91 pouvant précipiter en cas d?oxydation, présence de carbonates pouvant précipiter en cas de relargage de gaz carbonique dans le circuit du fait des changements de pression, présence de sédiments fins sableux et argileux), du développement de biofilms bactériens (générés par des modifications du potentiel redox de l?eau et favorisés par une hausse de température), de systèmes de filtration défectueux, sous-dimensionnés ou mal entretenus, de forages mal cimentés, ou de variations de débits et de pression lors de l?exploitation (voir Annexe 21)41. Des problèmes de colmatage de forages ont été observés par l?Ademe notamment en Pays-de-la- Loire, Normandie et Champagne Ardenne, et sont susceptibles de mettre en arrêt le système. Par exemple en 2012, dans un immeuble à Orléans, des problèmes de colmatage et de fortes concentrations de bactéries ferrugineuses sont apparus dès les premiers mois d?utilisation d?un doublet et ont entraîné de nombreuses réparations puis l?abandon des installations42. L?Ademe recommande d?optimiser la conception des forages, une maintenance régulière et une surveillance de la qualité de l?eau pour contrôler la formation de biofilms. Les Pays-Bas (Bloemendal et al., 2023) ont établi des normes strictes pour la conception, la construction et l'exploitation des installations géothermiques afin de prévenir les problèmes de colmatage, avec des inspections régulières de l?autorité provinciale (pour l?ATES). L'entrepreneur est responsable de la maintenance, ce qui l'incite à construire des puits de haute qualité. Les normes de conception de l'ATES interdisent l'installation de grilles à travers les zones redox. Les normes de l'industrie de l'eau potable relatives au dimensionnement du massif filtrant et à l'étanchéité des puits ont été adoptées pour empêcher l'intrusion de sable dans les puits et le court- circuitage de l'aquifère. Les normes prévoient également un entretien en temps opportun. La recommandation 2 vise à rendre obligatoire dans le dossier de demande de subvention, l?indication par le porteur de projet dans le formulaire en ligne de demande, du suivi prévu (bilan énergétique, économique et environnemental des projets) et de l?usage d?un système techniquement efficient. 41 Le rapport final du projet Geoclogging sur les colmatages de la géothermie sur nappe. https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline- files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf 42 BRGM 2020 « Retour d?expérience sur l?opération de doublet géothermique de l?immeuble Le Loiret à Orléans (Loiret) ». http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf . PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 40/91 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays La géothermie dite de surface concerne une profondeur de 10 à 200 m en France et de 0 à 500 m aux Pays-Bas. Elle fait l?objet en France d?une procédure simplifiée, dite de géothermie de minime importance (GMI), avec une déclaration via un téléservice (Annexe 22). La procédure de GMI fonctionne sur le principe de « premier arrivé, premier servi » en France. Ce système prévalait jusqu? en 2009 aux Pays-Bas, qui a mis en place depuis une planification spatiale fine afin d?éviter des phénomènes d?interférence entre forages et de prévenir les incidences, notamment sur la nappe. En France, dans les zones autorisées à la GMI, la réglementation ne prévoit pas la réalisation d?étude d?impact. Le suivi des installations, notamment sur le plan des performances énergétiques et de l?impact sur la nappe, est obligatoire en France mais ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration pour vérification, contrairement aux Pays-Bas. La maîtrise des risques concernant le sol, le sous- sol ainsi que les nappes phréatiques à court, moyen et long termes n?est donc pas complètement garantie par la réglementation en France. 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques La profondeur permettant la distinction entre géothermie de surface et profonde est de 500 mètres aux Pays-Bas sans limitation de puissance, avec une température de réinjection inférieure à 25°C. Par ailleurs, la réglementation porte aussi sur le stockage souterrain d?énergie ce qui n?est pas le cas en France. Le régime d?autorisation (et de contrôle) de la géothermie profonde relève des autorités environnementales de l?État, plus précisément du département national des mines du ministère des affaires économiques et du climat. Celui de la géothermie de surface relève du niveau provincial (systèmes ouverts ATES nécessitant un permis) ou communal (systèmes fermés BTES nécessitant une déclaration). Le niveau local peut compléter les exigences nationales par des critères spécifiques pour prendre en compte l?environnement. La loi « Omgevingswet » (signifiant « loi sur l'environnement ») entrée en vigueur en janvier 2024, a fusionné vingt lois et codes (nature, eau, forêt, urbanisme, émissions industrielles). Cela a permis la simplification de la procédure d?autorisation environnementale devenue unique, réduisant le délai d?instruction des permis de six mois à huit semaines. Le point d?entrée de toute demande d?autorisation se fait par un portail numérique dans lequel toutes les réglementations sont intégrées. Le rapport de demande de permis (Annexe 23) déposé par le maître d?ouvrage comprend l?évaluation environnementale du projet. Celle-ci porte sur les sujets suivants : niveau de la nappe souterraine, interférences avec les forages d?alimentation en eau potable et systèmes ATES à proximité, pollution des sols, zones naturelles (dont Natura 2000) et archéologiques. Elle ne vise pas les risques de sismicité et d?affaissement du terrain jugés a priori absents pour les ATES. Les municipalités, dont celle de la ville de la Haye, collaborent étroitement avec les provinces pour la validation des permis et mènent en amont une planification spatialisée de l?utilisation du sous- sol à l?échelle de leur territoire afin d?éviter les impacts sur l?eau potable, la biodiversité et les interactions entre les installations. La municipalité de la Haye met ainsi en place une planification PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 41/91 des sols et une réglementation particulière pour la géothermie. Un plafond est fixé par habitation à d?extraction nette annuelle de chaleur par mètre de profondeur de sol. La loi rend obligatoire des suivis mensuels et quinquennaux des systèmes ATES par la province. Le suivi mensuel porte sur les débits et températures aux points d'injection et d?extraction, et sur l?énergie consommée et produite. Le suivi quinquennal porte sur le bilan énergétique ; il permet de vérifier que la nappe exploitée atteint un équilibre thermique sur une période de cinq ans, faute de quoi les paramètres du système doivent être modifiés (débit d?injection ou de pompage et température de l?eau injectée). En cas de non-conformité, des pénalités sont appliquées et le permis peut être révoqué. 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration Au-delà de dix mètres de profondeur43, l?usage du sous-sol en France est soumis au code minier. Les réglementations et les procédures administratives concernant la géothermie varient cependant en fonction des profondeurs exploitées : ? entre 0 et 10 m, la géothermie est considérée comme sans forages (échangeurs horizontaux et compacts), et non répertoriée dans la GMI. Il n?existe donc pas d?information sur ces installations (puits canadiens, structures thermiques, échangeurs ouverts) ; ? entre 10 et 200 m de profondeur et avec une puissance thermique maximale de 500 kW44 , la géothermie relève de la géothermie de minime importance (GMI). Si l?opérateur opte pour un système avec échangeur ouvert (donc avec un doublet), trois critères doivent être respectés : température de l?eau en sortie du puits d?injection inférieure à 32?°C, débits prélevés inférieurs à 80 m3/h et équilibre entre volume d?eau prélevé et réinjecté45 ; ? au-dessus de ces seuils de profondeur et de puissance et dans les zones « rouges »46 de la cartographie des risques de la GMI, les procédures réglementaires et administratives sont plus complexes et plus longues (environ 1 à 2 ans) et doivent se conformer aux obligations prévues par le code minier47. Elles nécessitent notamment une évaluation environnementale en application de l?article R122-2 du code de l?environnement et une enquête publique. 43 Cependant, les activités exclues du code minier (<10 m) peuvent relever des IOTA (Installations, ouvrages, travaux et aménagements soumis à législation sur l?eau) ou relever d?autres réglementations par connexité (ICPE). 44 Ce seuil serait issu d?un calcul basé sur le seuil de déclaration IOTA de 80 m3/h de prélèvement dans la nappe, multiplié par la capacité calorifique du sous-sol 45 Article 3 du décret n°78-498 du 28 mars 1978 : relatif aux titres de recherches et d'exploitation de géothermie https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true 46 La situation de dépôt d?un dossier de demande d?autorisation de géothermie de surface en zone rouge n?existe en réalité pas selon les interlocuteurs interrogés par la mission. 47 Pour la recherche (Code minier, art. L. 124-1 et L. 141-3), l?exploitation (art. L. 134-1), les titres et autorisations (art. L. 141-3, L. 141-4, L. 143-7, L. 143-13 et L. 144-4), les droits et obligations (art. L. 156-1), les travaux (L. 164- 1), la surveillance et la police (art. L. 177-1), les fouilles et levés géophysiques (L. 414-1) pour les infractions et sanctions pénales (art. L. 513-6). PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 42/91 Les réglementations sur lesquelles repose la GMI sont les suivantes : le décret du 28 mars 1978, relatif aux titres de recherche et d'exploitation de géothermie : fixe les conditions des activités et des installations géothermiques selon le régime légal des mines ; le décret du 8 janvier 2015 relatif aux travaux de recherche par forage et à l'exploitation de la géothermie de minime importance, modifie les deux décrets qui encadrent l?activité géothermique : le décret du 28 mars 1978 relatif aux titres de recherche et d?exploitation de géothermie modifié et le décret du 2 juin 2006. Il instaure la géothermie de minime importance, met en place une procédure simplifiée pour l?exploitant et détermine les conditions d?arrêt d?exploitation ; l?arrêté du 25 juin 2015, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance ; l?arrêté du 20 décembre 2022 relatif au téléservice dédié à l'accomplissement des procédures relatives à la GMI, dénommé « Télé GMI » par le BRGM ; le décret du 15 mars 2024 portant diverses dispositions en matière de GMI, révisant le décret de 2006, instaure l'obligation pour les exploitants de faire attester par une entreprise certifiée les prestations de réalisation de forages de géothermie de minime importance. Par ailleurs, deux arrêtés viennent d?être publiés en 2024 : l?arrêté du 29 mai 2024, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance, modifiant l?arrêté du 25 juin 2015. Il introduit la certification en lieu et place de la qualification pour les entreprises de forage intervenant en matière de GMI, en application de l?ordonnance n°2022-1423 du 10 novembre 2022. L?arrêté lève en outre l?interdiction d?implanter des échangeurs géothermiques au sein d?un périmètre de protection rapproché (PPR) des captages d?eau destinés à la consommation humaine, et soumet à une analyse de compatibilité, réalisée par un expert agréé, les projets de GMI envisagés dans ces périmètres. Il introduit la prise en compte de certains sites naturels pour le choix d?implantation du site de forage, la réalisation et l?exploitation de l?échangeur géothermique ; l?arrêté du 29 mai 2024 fixant les modalités de certification, le référentiel, les modalités d?audit, les conditions d?accréditation des organismes de certification. Il fixe les exigences en matière de certification des entreprises qui réalisent les travaux de forage d'un gîte géothermique de minime importance. Selon le plan de géothermie français, le cadre réglementaire des installations de géothermie prévoit des adaptations pour la géothermie de surface, sous le pilotage de la DGPR : ? « Définir le stockage souterrain d?énergie calorifique de minime importance et déterminer s?il peut être soumis aux critères de la GMI. D?après le code minier, les activités de stockage souterrain d?énergie calorifique sont soumises aux dispositions applicables aux gîtes géothermiques pour la délivrance du titre d?exploitation et l?autorisation préfectorale d?ouverture de travaux miniers. L?article L. 165-2 du code minier prévoit qu?un décret en Conseil d?État fixe les cas où il peut être dérogé en totalité ou en partie à ces dispositions pour les stockages souterrains d?énergie calorifique dits de minime importance ; ? Adapter en 2023 le cadre réglementaire de la GMI aux sondes géothermiques inclinées (non verticales) ». Le plan prévoit éventuellement, de relever le seuil de puissance thermique en GMI à 1 ou 2 MW (contre 500 kW actuellement). La DGPR a saisi l?Ifpen pour étudier l?impact de cette augmentation PUBLIÉ https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 43/91 de puissance, expertise dont le résultat devrait être disponible courant 2024. Le plan ne prévoit pas de modifier le critère de profondeur lié à la GMI. [DGPR] Sous réserve des résultats de l?étude d?impact menée par l'Ifpen et du respect des recommandations de la mission, relever le seuil de puissance de la GMI de 500 kW, au moins jusqu?à 2 MW. 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider En France, la quantité d'énergie produite par chaque installation en géothermie sur nappe reste méconnue. Ces données, pourtant cruciales pour évaluer l'efficacité et l'impact de ces installations, sont absentes des déclarations de GMI dans 57% des cas pour la chaleur et 78% pour le froid, alors que l?arrêté du 20 décembre 2022 prévoit le renseignement des informations relatives à l?efficacité énergétique. Il est à noter que l?absence de ces informations, tout comme du nombre d?heures de fonctionnement, bien que demandées dans le formulaire de télédéclaration, ne bloque pas la déclaration d?un projet dans le téléservice48 (Annexe 22). L?arrêté du 29 mai 2024 (art. 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3) prévoit une surveillance annuelle et décennale. Cette surveillance ne couvre pas l?impact environnemental49, hormis en cas de désordre constaté à l?issue des travaux. La surveillance annuelle comprend « le nombre d'heures de fonctionnement de la pompe à chaleur, les températures en entrée et sortie de la pompe à chaleur, lorsque cette dernière est en fonctionnement nominal ainsi que le relevé de la température maximale sortie de l'échangeur géothermique, les volumes prélevés et rejetés annuellement ». Contrairement aux Pays-Bas50, elle ne prévoit pas le suivi de la consommation et de la production d?énergie. En France, la surveillance décennale est réalisée par inspection vidéo et concerne uniquement les échangeurs géothermiques. Elle est réalisée par une entreprise de forage certifiée. Aux Pays-Bas, ce contrôle de conformité est réalisé par les agents de l?État. Il concerne les puits, les pompes, les filtres, les drains et la nappe et se fait dans un intervalle de temps plus court de cinq ans. L?exploitant doit met en oeuvre des mesures de surveillance mentionnées comme « adéquates » par l?arrêté, dans les zones en amont hydraulique des ouvrages de prélèvement d'eau destinée à l'alimentation en eau potable et dans les zones de nappes stratégiques identifiées par les SDAGE ou SAGE. 48 Accessible par le site https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr 49 L?autorité environnementale préconise dans sa note de 2024, afin de s?assurer également de la non dégradation des eaux souterraines, un suivi des eaux souterraines prélevées et réinjectées a minima pour des paramètres physico-chimiques et biologiques, du débit, du volume pompé, de la température, conductivité, piézométrie et pression en tête de forage de réinjection. 50 Au Pays-Bas, un système est piloté par des capteurs reliés à des ordinateurs à chaque point de l?installation suivant : heure, débit, température et consommation électrique. Ces données permettent de produire un tableau de bord transmis à l?autorité environnementale compétente. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 44/91 Cette surveillance ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration (DREAL) et donc de pénalités en cas de manquement de suivi ou de dysfonctionnement. Néanmoins, en cas d'inspection par la DREAL, l'exploitant doit être en mesure de fournir les justificatifs. La DGPR n?a pas été en mesure de fournir à la mission des informations sur le nombre d?inspections réalisées par les DREAL51. [DGPR, DGEC] Compléter le formulaire de téléservice GMI et rendre obligatoire dans l?outil le remplissage des rubriques suivantes : 1) Estimation de la production d?énergie ; 2) Présence de matériel d?asservissement ; 3) Moyens préventifs concernant le colmatage en cas de risque ; 4) Moyens de suivi de la nappe (T°C, débit) et de la pompe à chaleur. Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 pour compléter le suivi annuel du fonctionnement de la GMI avec la consommation et la production d?énergie, rendre obligatoire la transmission aux DREAL du suivi et le contrôle tous les cinq ans par un bureau de contrôle certifié. 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux Aux Pays-Bas, les systèmes ATES sont par principe partout autorisés sauf dans des zones interdites. Ces zones interdites à la géothermie en surface comme en profondeur sont présentées dans la carte ci-après : en vert les périmètres de protection de captages eau potable, en bleu les zones Natura 2000, en jaune les zones interdites au forage pour des ressources stratégiques pour l?eau potable52 et en rouge les zones inondables (« 100 years zone » sur la carte ci-après). 51 Selon la DGPR, depuis l'entrée en vigueur de l'autorisation environnementale pour les travaux miniers à compter du 1er juillet 2023, la police des mines dispose d'une application lui permettant de renseigner toutes ses visites d'inspection. L'utilisation de l'outil se met en place progressivement et la DGPR n?est pas encore en mesure de transmettre un reporting fiable. De manière plus générale, la police des mines procède à des inspections surtout lorsqu'il s'agit de plaintes ou de défauts de qualification de foreurs. Des modifications ont été introduites récemment dans le projet de loi simplification de la vie économique, afin d'autoriser la police des mines à accéder au domicile privé. Enfin les travaux de forage font l'objet d'audits de chantier dans le cadre de la qualification qui est délivrée aux foreurs, ce qui permet de vérifier que les travaux sont réalisés conformément à la réglementation. 52 Il s?agit d?une ressource d?eau souterraine stratégique autour des captages d?eau potable pour un usage existant ou futur : https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics- 2022-ENG-WEB.pdf PUBLIÉ https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 45/91 Figure 31 : Les zones protégées interdites à la géothermie aux Pays-Bas (Source : Dinkelman et al. , 2020) En France, les risques font l?objet d?une cartographie des aléas, uniquement pour la géothermie de surface, dans le cas de la GMI. L?élaboration des cartes des zones réglementaires relatives à la GMI à l?échelle régionale est menée conformément au guide méthodologique national de 2015 et son addendum de 2023, rédigé par la DGPR, le BRGM et le Cerema (Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement). Neuf types d?aléas sont cartographiés en France par le BRGM avec une résolution de 500 mètres dans la cartographie réglementaire de la GMI. De nouvelles cartes régionales sont en cours de finalisation et doivent faire l?objet d?arrêtés préfectoraux fin 2024. Elles permettront des distinctions selon la profondeur et une maille plus fine de 100 x 100 mètres à l?échelle régionale. Les aléas peuvent être regroupés en trois catégories : ? aléas dans le sous-sol : le risque d?affaissement ou de surrection causé par la dissolution ou le gonflement des évaporites, l?affaissement ou l?effondrement des cavités naturelles ou minières, les glissements de terrain ; ? aléas liés à l?eau souterraine : l?artésianisme, la remontée de nappe, le risque de mise en communication d'aquifères de qualité différente, le risque de réinjection d?eau de qualité différente de l?eau pompée et l?avancée du biseau salé en zone littorale ; ? aléas mixtes : le risque de pollution des sols et des nappes souterraines par une fuite du puits de forage. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 46/91 Figure 32 : Niveaux de cotation des aléas (Source :Guide méthodologique national, 2023) La cartographie a été élaborée au niveau de chaque région avec des cotations d?aléas, pouvant varier selon les spécificités régionales. Ainsi les légendes, voire les critères de cotation des aléas peuvent différer. Le guide présente les aléas (appelés « phénomènes redoutés ») et les cotations devant être au minimum utilisés pour les cartes régionales actualisées. Les systèmes ouverts sur nappe présentent un facteur aggravant plus important que ceux fermés (sondes) concernant les problèmes liés à la réinjection et au biseau salé mais curieusement pas pour la pollution des sols et nappes souterraines et la mise en communication d?aquifères. Chaque aléa est noté en multipliant la cotation par le facteur aggravant. Le classement en zone verte (pour rappel permettant la déclaration), orange, rouge résulte de la somme des notes de chaque aléa. Notation Conséquence Vert : 0-13 (83% du territoire) Activité GMI réputée ne pas présenter de dangers et inconvénients graves, ce qui permet la télédéclaration Orange : 14-41 (15% du territoire) Activité GMI non réputée présenter des dangers et inconvénients graves et dans lesquelles est exigée la production de l'attestation par un expert agréé Rouge : > 41 (2% du territoire) Réalisation d'ouvrages de géothermie réputée présenter des dangers et inconvénients graves et ne peut pas bénéficier du régime déclaratif de GMI PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 47/91 Figure 33 : Cartographie de la cotation des aléas (Source : BRGM, 2023) La méthodologie ne garantit pas la prise en compte de certains risques Des défauts techniques au niveau des forages peuvent conduire à des pollutions de l?eau potable et à des accidents liés à la présence de gaz ou autres substances dans le sous-sol. Un avis de l?Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail) de 2011 souligne les risques de pollution des aquifères notamment en périmètre de protection rapprochée (PPR) et la nécessité de la surveillance de la qualité de la nappe. La mission a procédé à l?analyse du recoupement entre les PPR de captages d?eau potable et les zones Natura 2000 avec les coordonnées géographiques des installations de géothermie sur nappe, déclarées en téléservice auprès du BRGM depuis 2015. L?analyse par la mission des données spatiales de la GMI montre que bien que la réglementation française prenne en considération les enjeux de protection de l'eau potable et de la biodiversité, certaines installations de géothermie de surface sur nappe sont présentes dans des zones sensibles (Annexe 25). Ainsi, six installations sont en PPR de captage d?eau potable et au moins douze en zones Natura 2000 qui sont des zones sensibles mais non interdites à la GMI actuellement du point de vue réglementaire. Enfin, les nappes stratégiques à préserver pour l?alimentation en eau potable future, ne sont pas prises en compte dans la carte réglementaire de la GMI alors que des SDAGE (celui de Seine-Normandie 2022-2027 par exemple) les identifient. PUBLIÉ https://www.anses.fr/fr/system/files/EAUX2010sa0047Ra.pdf https://www.eau-seine-normandie.fr/sites/public_file/inline-files/SDAGE_2022-2027.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 48/91 Zone sensible Description Nombre d?installations présentes Dont après avis d?un expert agréé (zone orange) Régions concernées Périmètre de protection rapprochée de captage d?eau potable Zonage établi autour des captages utilisés pour la production d'eau potable et déclarés d'utilité publique53 6 0 Normandie (5) Centre Val-de-Loire (1) Zone Natura 2000 Conservation d?habitats et d?espèces animales et végétales figurant aux annexes I et II de la Directive "Habitats" (ZSC)54 12 4 Auvergne, Rhône-Alpes (1) ; Bourgogne, Franche- Comté (1) ; Centre-Val-de- Loire (6) ; Provence-Alpes- Côte d?Azur (4) Conservation des espèces d?oiseaux sauvages figurant à l?annexe I de la Directive "Oiseaux" (ZPS) 12 3 Centre Val-de-Loire (7) Grand Est (3) Occitanie (1) Provence-Alpes-Côte d?Azur (1) Figure 1 : Résultats de la superposition des installations de géothermie de surface sur nappe avec les autres zonages réglementaires (Source : mission à partir de l?analyse des données de la GMI du BRGM) En conclusion, la mission constate que la méthodologie actuelle présente des insuffisances : le guide renvoie à des réglementations non prises en compte dans la carte des zones réglementaires de la GMI. C?est ainsi le cas des périmètres de protection rapprochée des captages d?alimentation en eau potable ; l?arrêté du 19 juin 2024 sur la GMI lève l?interdiction actuelle de la GMI en périmètre de protection rapprochée de captage. La mission recommande de restaurer cette interdiction dans un nouvel arrêté ; d?autres zones sensibles à protéger comme les zones naturelles ne sont pas prises en compte par la cartographie des aléas. L?arrêté de 2024 introduit la nécessité de prendre en compte pour le choix d?implantation du site de forage, sans toutefois en interdire l?implantation : les zones humides, les sites Natura 2000, les réserves naturelles nationales et régionales et les parcs nationaux, les espaces naturels sensibles et les sites inscrits ou classés au titre du code de l?environnement (certains de ces espaces sont pris en compte dorénavant dans la définition des zones de protection forte au sens du décret du 12 avril 2022) ; des aléas comme le risque d?affaissement/surrection lié aux niveaux évaporitiques, dès lors que leur cotation est maximale, devraient faire basculer la zone en rouge, interdite à la GMI, alors que la mission a identifié cinq installations déclarées en GMI après 2015 (zones vertes et oranges) en aléa évaporite. Les superficies concernées sont relativement peu importantes (1,14 M d?ha soit 1% du sol de la métropole). 53 https://carteaux.atlasante.fr/apropos 54 https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura PUBLIÉ https://carteaux.atlasante.fr/apropos https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 49/91 [DGPR, BRGM] Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 afin d?interdire la géothermie en zone de protection forte des milieux naturels (au sens du décret du 12 avril 2022) et en périmètre de protection rapprochée des captages d?eau potable. Rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte par le projet de géothermie (implantation, travaux et exploitation) de la préservation des captages d?eau potable et des milieux naturels. Réexaminer la méthodologie de cartographie des risques de la GMI avec une évaluation des risques des aléas croisant leur probabilité d?apparition et leur impact potentiel local et la réviser grâce au suivi des impacts des installations. 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets Les problèmes combinés d?interférence des forages, de rareté de l?espace et de durée de l?impact nécessitent la planification de l?installation de la géothermie sur nappe à une échelle allant au-delà des projets individuels. Contrairement aux Pays-Bas, la coordination en France s'effectue actuellement par une simple déclaration sur la base du « premier arrivé, premier servi ». Ce système ne tient pas compte des éventuels effets de cumul des impacts sur l?écoulement et la qualité des eaux souterraines et ne garantit pas une utilisation durable et optimale des sous-sols. Cette absence de régulation pourrait poser difficulté en France, notamment en zones de densité importante de forages comme en région parisienne ou lyonnaise. Espacement entre les installations (entre doublets et avec d?autres forages) Aux Pays-Bas, le développement de la géothermie avait également débuté selon le principe du premier arrivé, premier servi. Les nouveaux systèmes nécessitaient une distance minimale entre les nouveaux puits et les puits existants d'au moins trois fois le rayon thermique maximal55 (qui varie entre 50 et 150 m dans le cas d?ATES), ce qui conduisait en théorie à une utilisation optimale du sous-sol. Une étude de 202156 a montré que des distances plus faibles entre des puits similaires pouvaient être appliquées avec des effets négligeables sur la performance. Ainsi, des puits de même température peuvent être placés plus près les uns des autres (0,5 fois le rayon thermique), tandis que les puits de températures opposées doivent être plus éloignés les uns des autres (plus de trois fois le rayon thermique) pour éviter toute interaction négative. En France, l?arrêté du 29 mai 2024 spécifie que l?exploitant établit une distance minimale, afin de ne pas les perturber de façon significative, avec les ouvrages de prélèvement d?eau voisins, déclarés ou autorisés, et susceptibles d'être influencés par son activité, sans préciser cette distance. En tout état de cause, son activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d?eau exploitée de plus de 4 °C soit aux limites parcellaires soit à 200 mètres des 55 Lors de l'infiltration dans un puits ATES, un volume de forme cylindrique d'eau souterraine chaude/froide se forme autour du puits, c'est ce qu'on appelle le rayon thermique. Il est calculé en fonction de la capacité thermique volumétrique (J/K/m3) de la nappe, V le volume total injecté (m3) et L l'épaisseur de la nappe (m). 56 1Duijff, R., M. Bloemendal, and M. Bakker, Interaction Effects Between Aquifer Thermal Energy Storage Systems. Ground Water, 2021. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 50/91 échangeurs géothermiques de production ou de réinjection hors des limites parcellaires. Selon l?étude de l?Académie des technologies de 2023, la distance entre les deux puits géothermiques doit être de 50 m à 150 m pour éviter les interférences. Planification de l?emplacement des doublets Depuis peu, des plans directeurs du sous-sol municipaux sont élaborés aux Pays-Bas, définissant des zones froides et chaudes où les forages ATES peuvent être implantés de manière à rassembler les puits de même nature, comme le montre la carte de planification souterraine de Gouda ci-après. Figure 34 : Carte de planification spatiale souterraine à Gouda, aux Pays-Bas. Les bandes rouges, bleues et grises indiquent les zones où des puits de stockage d'énergie thermique chaude, froide et sans aquifère, respectivement, peuvent être installés (Source : Bonte et al., 2011) Les Pays-Bas ont développé l?outil WKOtool57 (Water-Warmte-Koude-Opslag) pour faciliter la planification, la conception et l?implantation de systèmes ATES par les professionnels de l'énergie géothermique. Il permet de prendre des décisions éclairées fondées sur des données techniques et économiques pour optimiser la performance des systèmes géothermiques et réduire leur impact environnemental. La cartographie permet d?identifier à l?échelle parcellaire les captages d?eau souterrains, la présence d?autres forages géothermiques et les restrictions réglementaires (nature, géologie, archéologie). [DGEC, DEB] Encourager les intercommunalités souhaitant favoriser le développement de la géothermie à mettre en place un outil de planification de l?implantation des ouvrages prenant en compte les enjeux environnementaux pour accompagner les porteurs de projet et éviter les principaux impacts. 57 https://wkotool.nl/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Acad%C3%A9mie%20des%20technologies_Rapport-STES_2024.pdf https://wkotool.nl/ https://wkotool.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 51/91 Conclusion Des thèmes importants nécessaires pour optimiser la rentabilité et réduire les risques n?ont pas fait l?objet de développement dans ce rapport, comme l?acceptabilité sociale, la certification et la formation, la recherche et développement sur les nouveaux gisements et les solutions face aux risques futurs (changement climatique, érosion du sol). À ce titre, le plan d?action du 15 avril 2024, pour produire 1 million de pompes à chaleur en France dès 2027, prévoit notamment de stimuler l?innovation aux plus hauts standards écologiques de demain, accompagner la montée en puissance des métiers et améliorer la confiance du citoyen. Les pompes à chaleur géothermiques dont les performances sont supérieures à celle d?une pompe à chaleur aérothermique, pourraient utilement être mises en avant dans ce plan. La complémentarité entre les deux types de géothermie, de surface et profonde, ainsi qu?entre les différentes technologies (sondes, nappes, etc.) mériterait d?être approfondie afin d?alimenter les décideurs sur le meilleur choix en fonction d?une analyse coûts/bénéfices/risques en lien avec la réalité du territoire et des besoins. Enfin, l?usage de la géothermie contribue à la réduction de la consommation d'énergie fossile et des émissions de gaz à effet de serre. Son encouragement par les pouvoirs publics devrait s?accompagner d?un effort de sobriété énergétique par l?ensemble des acteurs. Bénédicte Guery Hanitra Rakotoarison Inspectrice Inspectrice PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 52/91 Annexes PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 53/91 Annexe 1. Lettre de commande PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 54/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 55/91 Annexe 2. Liste des personnes rencontrées Nom Prénom Organisme Fonction France Abécassis Geoffrey Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Conseiller du président Aymard Dimitri ENGIE Solutions Expert géothermie Bailly Guillaume Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chef du bureau du sol et du sous-sol Bommensatt Norbert Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent national géothermie profonde. Bonté Damien IFP Energies nouvelles Ingénieur de recherche Géologue Géothermie, Direction Sciences de la Terre et Technologies de l?Environnement Bouchet Florence Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chargée de mission géothermie Cardona Maestro Astrid Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référente nationale géothermie de surface De Panthou Adrien Equans Commercial director Didier Christophe Bureau de recherches géologiques et minières Directeur des Géoressources Durst, Pierre Bureau de recherches géologiques et minières Chef de projet en géothermie Duwiquet Hugo ENGIE Solutions Expert géothermie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 56/91 Nom Prénom Organisme Fonction Fakoury Rose-Adeline Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Ingénieure géologue Favereaux Sophie Bureau de recherches géologiques et minières Correspondante scientifique en appui aux politiques publiques dans le domaine de l?environnement Galko Elodie Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Directrice adjointe du cabinet du ministre Genthon Bénédicte Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Directrice adjointe bioéconomie et énergies Geronimi Jean-Baptiste ENGIE Solutions Directeur Commercial Territoire Ile-de-France Godinaud Jérémy Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Chercheur postdoctoral Gombert Philippe Institut national de l'environnement industriel et des risques Hydrogéologue à la direction Sites et Territoires Graff Jean-Jacques Association Française des Professionnels de la Géothermie Président Invernizzi Philippe Equans Directeur division réfrigération sécurité incendie et activités décarbonation Izard Joséphine Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Cheffe de projet chaleur renouvelable et rénovation énergétique Klein Emmanuelle Institut national de l'environnement industriel et des risques Responsable de l?unité auscultation et surveillance géotechnique et géophysique, direction sites et territoires PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 57/91 Nom Prénom Organisme Fonction Laplaige Philippe Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent géothermie Larroque François Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Maître de conférences Larzillière Philippe Engie Solutions Directeur du Bureau Etudes Ile- de-France Laugier Patrick Engie solutions Directeur des affaires publiques et régulation Lecomte Jean-Claude Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Chargé de mission Lenoble Clément Institut national de l'environnement industriel et des risques Chargé de mission auprès du président de l?Ineris Lepin Laure Equans Responsable Energies Décentralisées, Direction du Développement Mikael Philippe Bureau de recherches géologiques et minières Responsable de l?unité géothermie et stockage d?énergie Moch Xavier Association française des professionnels de la géothermie Animateur géothermie Centre- Val de Loire, Coordinateur du réseau des animateurs, Expert géothermie de surface Monnot Pascal Bureau de recherches géologiques et minières Expert en géothermie Peysson Yannick IFP Energies nouvelles Responsable de programme Pomart Armand Association française des professionnels de la géothermie Ingénieur de projets - animateur « filière géothermie » en région PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 58/91 Nom Prénom Organisme Fonction île-de-france, référent géothermie profonde Qechchar Rim Engie Solutions Engineer, Project Manager Stubler Jérôme Equans Directeur général Taillardas Joël Engie Solutions Directeur de la Business Line Territoires et Services Publics Pays-Bas Bernard Anna Ministère de l'Économie et des Finances , Direction générale du Trésor Cheffe du bureau Pilot (études, stratégie et pilotage du réseau internationa)l Bloemendal Martin Université technologique de Delft Associate Professor, Underground Thermal Energy Storage and TNO, Dutch Geological Survey, Lead scientist, Underground Thermal Energy Storage Cjesttmir Hockin Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Géologue Dinkelman Dorien Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Geoscientist Dragtenstein Ivannia ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Elewaut, Koenraad Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Senior beleidsmedewerker mijnbouwprogramma?s op land Labroue Selma Ministère de l'Économie et des Finances, Direction générale du Trésor Chargée de mission, bureau Pilot PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 59/91 Nom Prénom Organisme Fonction Maral Clotilde Ambassade de France aux Pays-Bas Attachée sectorielle énergie et transport Ouahsine Samy Ambassade de France aux Pays-Bas Conseiller Développement Durable et Industrie Régional - Chef de Secteur Ramsak Paul Netherlands Enterprise Agency (NEA) Coprésident de l'Initiative GEOTHERMICA, Département énergie, mise en oeuvre des politiques, innovation Schakel Vincent Equans, Installect Bedrijven Directeur Schrover Mark ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Owner & Consultant at IWSS Stulp Marinus Municipalité de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Tjon-Ka-Jie Kimberley Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Equipe chaleur transition énergétique (systèmes collectifs) Van Bergen Frank Rijswijk Centre for Sustainable Geo-energy Program coordinator Van de Velde Menno ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Teamleider Ruimte & Ondergrond, afd. Toetsing en Vergunningverlening bij Omgevingsdienst Haaglanden Wienk Wouter Netherlands Enterprise Agency (NEA) Senior adviseur, Duurzame Energie Decentraal, Team Duurzame Warmte PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 60/91 Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur Source Bordeaux INP Ensegid, 2024 PUBLIÉ https://terra-energy.be/fr/ates-btes/ete/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 61/91 Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France Répartition régionale des puissances installées en géothermie sur nappe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 62/91 Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 63/91 Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 64/91 Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France ? Données : Les variables disponibles analysées pour la modélisation sont décrites dans le tableau suivant : $ Nom de la variable Unité Description Remplissage O : Obligatoire, N : non obligatoire CODE_GMI Numéro d'identifiant national d'installation GMI O CODE_BSS Identifiant de la relation entre ouvrages de la BSS O DATE_D Date de transmission de la déclaration O Numéro d'identifiant de la déclaration GMI O DATE_E Date de dépose du Rapport de Fin de Forage (RFF) ouvrant droit à l'exploitation O X m, Lambert 93 Coordonnée X au barycentre des échangeurs souterrains O Y m, Lambert 93 Coordonnée Y au barycentre des échangeurs souterrains O Code postal à la localisation de l'installation O Code INSEE à la localisation O Nom du département à la localisation O REGION Nom de la nouvelle région à la localisation O TYPE Type d'échangeur pour l'installation O PUISS kW Puissance thermique en kw déclarée en GMI O PUISS kW Puissance calorifique délivrée par la PAC en mode chauffage et production d'eau chaude sanitaire, en kW N PUISS kW Puissance frigorifique délivrée par la PAC en mode climatisation, en kW N USE Valeurs : Chauffage, Chauffage + Refroidissement, Eau chaude sanitaire N BAT Secteur déterminé du bâtiment raccordé à l'installation N SURF m² Nombre de mètres carrés raccordés à la pompe à chaleur (PAC) N ECART m Espacement entre le(s) puits de réinjections et le(s) puits de production N DEBIT m3/h Débit nominal de fonctionnement, prélèvement et réinjection, en m3/h O RISQUE Couleur de la carte réglementaire lors de la déclaration des ouvrages de l'installation, avec (1) vert, (2) orange O PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 65/91 ? Méthode de modélisation : L?objectif est d?identifier les variables qui agissent réellement sur la production potentielle de la géothermie sur nappe et qui mériteraient une attention particulière pour de nouvelles installations. Les « Random Forest » ou « forêts aléatoires » sont une méthode d'apprentissage statistique issue de Breiman (2001) largement utilisée dans de nombreux domaines de la recherche scientifique en raison de leur capacité à apprendre des relations complexes entre les variables d'entrée et de sortie et aussi de leur capacité à traiter des données de haute dimension. ? Résultats : La qualité du modèle de Random Forest, qui est le ratio entre la variance expliquée par le modèle et la variance à expliquer (Puissance) est élevée avec 85.59 %. Le modèle est donc robuste. Il classe les variables explicatives selon leur importance de la manière suivante : PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 66/91 Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 67/91 Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas Paramètres Barrière Barrière possible Conditions fa- vorables Profondeur <50, >500 m 50-500 m Épaisseur de la couche de sable <10m 10-15 m > 15 m Conductivité hydraulique horizontale <5 m/j > 5 m/j Présence ou absence de couche de confine- ment (argile) épaisseur > 5 m Epaisseur < 5 m Failles < 1 km > 1 km Vitesse d'écoulement de l'eau souterraine > 25 m/an < 25 m/an Concentration en chlorures (légale) 1 g/l > 1 g/l Zones de protection des eaux souterraines (lé- gales) Dans la zone En dehors de la zone Source : TNO 2024 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 68/91 Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas Potentiels ATES aux Pays-Bas (Source : RVO, 2012) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 69/91 Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France Géothermie de surface sur nappe (à noter que les cartes sont régionales et que la légende diffère selon les régions, un exemple est donné pour l?Alsace ci-dessous) Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/espace-cartographique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 70/91 Zoom sur l?Alsace avec les installations existantes : Source : https://www.geothermies.fr/viewer/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/viewer/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 71/91 Géothermie profonde Source : BRGM PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 72/91 Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas Les modèles sont présentés dans le tableau suivant : Nom du modèle Source de données Usage Modèles géologiques numériques : GeoTOP (pour les 50 premiers mètres), BRO- DGM (en surface) et DGM-deep (en profondeur) 540 000 journaux de forage 430 000 investigations de forage 135 levés sismiques 3D 5 800 puits pétroliers Cartes géologiques numérisées Profil lithostratigraphique en 2D ou 3D du sous-sol Modèle hydrogéologique (REGIS II) Cartographie des couches selon la perméabilité BRO Géomorphologie : relief, la genèse et l'âge, dépôts fluviaux Mise à jour régulière, analyse des chercheurs de Wageningen Suivi spatial de la résilience au climat Profondeur de la nappe phréatique Mesures Planification de l?usage de l?eau PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/en/bro-geomorphological-map Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 73/91 Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 74/91 Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas Localisation Année d?instal- lation Type de bâtiments Type de puits Débits (m3/h) Puissance (kW) Poederoijen 2014 Monument Doublet 20 160 Sliedrecht 2013 Centre de soin Doublet 40 310 Amsterdam 2010 Immeuble de bureaux Monowell 100 823 Hoogeveen 2009 Logements Doublet 80 650 Utrecht 2010 Centre de réhabilitation Monowell 20 115 Deventer 2014 Centre innovation Doublet 70 540 Schiedam 2010 Logements Doublet 100 340 Amsterdam 2011 Gymnase Monowell 20 140 Amsterdam 2009 Centre d'exposition et de congrès Monowell 60 550 Amsterdam 2019 Logements Monowell 45 240 Venlo 2019 Bureau Doublet 70 600 Alphen aan den Rijn 2020 Education Monowell 30 240 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 75/91 Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays Source : https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart. Les indices des prix à la production manufacturière mesurent les variations des prix « départ usine » des produits. Ils excluent toutes les taxes, marges de transport et marges commerciales que l'acheteur peut avoir à payer. On entend par production manufacturière la fabrication des biens semi-transformés et autres biens intermédiaires, ainsi que des produits finis. L?usage de l?IPP et non des indices de prix à la consommation (IPC) est lié au fait que la géothermie sur nappe est destinée principalement à des entreprises et des industries et non pas directement aux consommateurs individuels. PUBLIÉ https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 76/91 Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 77/91 Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique Pour tenir compte des différentes composantes des coûts, il est nécessaire de calculer un critère de coût complet moyen de production d?un mégawatt-heure ? également appelé Levelized Cost Of Energy (LCOE) dans ce rapport et utilisé également pour les autres énergies renouvelables (Ademe 2022; 2019). Il est défini de la manière suivante : ???? = ??0 ? + ? ? + ? Le LCOE s?exprime alors comme la somme de la valeur de l?annuité constante correspondant à l?investissement et les charges fixes (coûts d?entretien avec les pièces de rechange et la main d?oeuvre) divisés par la production annuelle, plus le coût variable notamment le prix de la consommation électrique par MWh. L?annuité constante annuelle est issue de la multiplication entre le capital initial noté ?0 et un coefficient d?actualisation noté A. ? = ? (1 + ?)?? Où r est le taux d?actualisation, composé par le taux d?amortissement financier de l?investissement et la valeur du temps dans les projets d?intérêt public. t est la durée de vie de l?installation. La performance énergétique est analysée dans les deux pays à travers 4 critères : - COP : il ne prend en compte que le chaud car la puissance en froid n?est pas renseignée en France. Les puissances sont en kw. PUISS_CHAUD : puissance en chauffage et PUISS_ABS : puissance absorbée. - Consommation électrique : - Consommation de gaz équivalente : - Consommation électrique par m2 : Nous avons estimé les consommations énergétiques par m² notée ??????2des bâtiments qui ont reçu des subventions par le ratio suivant : ?????_?2 = ?????????/??????? ????????? représente la consommation électrique annuelle des PAC tandis que ??????? est la PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 78/91 surface totale du bâtiment. Nous comparons aux classes énergétiques des diagnostics de performance énergétique. Cette méthode reste imparfaite car nous ne prenons pas en compte les autres sources de consommation électrique du logement (lumière, cuisson, appareils électroménagers ?) mais présente l?avantage d?être facile à lire. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 79/91 Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas En France : Source : Le prix du gaz pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 : données récoltés janvier 2024) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 80/91 Source : Le prix de l?électricité pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 données récoltés janvier 2024) Aux Pays-Bas : Source : https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Prix du gaz naturel | Bandes de consommation non-ménages | 28 433 jusqu'à 284 333 m³ Prix de l'électricité | Bandes de consommation non-ménages | 500 jusqu'à 2 000 MWh 1 m³ ? 10,55 kWh ? 0,01055 MWh - 50 100 150 200 250 300 350 P ri x d e l'é n er gi e (¤ /M w h ) Période Prix moyen du gaz (euros/MWh) Prix moyen de l'electricité (euros/MWh) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 81/91 Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas Le montant de base de la subvention reste identique pendant toute la période de subvention. Il y a un montant de correction qui est lui déterminé annuellement et fluctue avec des prix dynamiques qui s?adaptent selon le marché. Par conséquent, si la valeur du prix du gaz augmente dans le temps, la subvention variable à recevoir va diminuer, comme illustré par la figure suivante. https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter- Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent PUBLIÉ https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 82/91 Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas Source : Rijswijk Centre for Sustainable Geo-Energy (TNO 2024) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 83/91 Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 84/91 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage Source ? rapport d?audit de l?Ademe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 85/91 Les facteurs de risque sont synthétisés ci-dessous : Source : (Ademe 2018) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 86/91 Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 87/91 Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 88/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 89/91 Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 90/91 Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires 1- Périmètres de protection rapprochée (PPR) d?eau potable 2- Zones Natura 2000 PUBLIÉ Site internet de l?IGEDD : « Les rapports de l?inspection » PUBLIÉ https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0 https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0  Sommaire  Résumé  Liste des recommandations  Introduction  1 Des enjeux importants de déploiement des énergies renouvelables avec une part encore marginale de la géothermie  1.1 Les doublets géothermiques et leur variante avec stockage intersaisonnier en nappe  1.2 Un cadre politique européen et national ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables  1.3 Une part encore marginale de la géothermie dans la consommation énergétique  1.4 Des superficies de bâtiments et des usages adaptés  1.5 Une faible empreinte carbone  2 Les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage  2.1 Un climat tempéré et une forte urbanisation  2.2 Un aquifère approprié dont les ressources sont connues  2.3 Les facteurs de rentabilité et de performance des ATES aux Pays-Bas  2.3.1 Une baisse des coûts d?investissement grâce aux innovations  2.3.2 Les coûts d?exploitation dépendent principalement de la performance des pompes à chaleur  2.3.3 Un prix du gaz élevé rendant compétitif les ATES aux Pays-Bas  2.4 Une politique de subvention nationale  2.4.1 Une politique de soutien évolutive selon la maturité technologique aux Pays-Bas  2.4.2 En France, adapter les critères de subvention pour une meilleure efficacité  3 La géothermie sur nappe comporte des risques environnementaux et techniques qu?il convient de prévenir  3.1 Les modèles d'écoulement et la qualité des eaux souterraines peuvent être influencés  3.1.1 La demande peut utiliser presque tout le volume de la nappe  3.1.2 Les écoulements des nappes peuvent être perturbés  3.1.3 La qualité de la nappe peut être affectée  3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France  3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées  3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques  4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol  4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays  4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques  4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration  4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider  4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux  4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets  Conclusion  Annexes  Annexe 1. Lettre de commande  Annexe 2. Liste des personnes rencontrées  Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur  Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France  Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France  Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France  Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France  Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas  Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas  Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France  Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas  Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France  Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas  Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays  Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas  Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique  Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas  Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas  Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas  Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023  Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage  Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France  Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas  Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France  Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires (ATTENTION: OPTION ues peuvent se produire majoritairement en raison de l?augmentation de température des eaux souterraines. Selon l?étude de l?Ineris (Institut national de l'environnement industriel et des risques) de 2015 sur le stockage souterrain d?énergie thermique, la température moyenne des eaux souterraines (non thermales) en France métropolitaine est généralement comprise entre 10 et 15°C, ce qui correspond au domaine de développement des bactéries autochtones dites psychrophiles (température inférieure à 20°C). L?injection d?eau plus chaude risque d?augmenter le développement de certains microorganismes mésophiles (entre 20 et 45°C) et/ou thermophiles (au-delà de 45°C), potentiellement pathogènes. Les conséquences pour la nappe pourraient devenir significatives si plusieurs dispositifs de géothermie venaient à être implantés dans un même aquifère alors qu?elles resteraient probablement négligeables dans le cas de dispositifs isolés. La prolifération bactérienne peut induire une contamination de la nappe par des pathogènes, la formation de biofilms microbiens provoquant un colmatage de la crépine du forage et la corrosion des équipements métalliques par des bactéries sulfato-réductrices. En France, selon l?arrêté du 29 mai 2024, l?activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d'eau exploitée de plus de 4°C à 200 m des échangeurs géothermiques de production ou de réinjection. La température maximale de réinjection ne doit pas dépasser 32°C. Aux Pays- Bas, la température de rejet ne doit pas excéder 25°C (avec une possibilité de dérogation). En conclusion, afin de prévenir les principaux risques environnementaux sur la nappe, des mesures préventives sont nécessaires pour l?équilibre annuel des besoins de température (chaud/froid). La surveillance de la nappe, ainsi que la conception des forages (cimentation, bentonite) permettent de réduire les risques de fuite, de communication des nappes et de transfert de pollution. Un autre facteur important est la définition d?un espacement minimal entre forages et la planification de l?emplacement des forages afin d?éviter les phénomènes d?interférence entre forages géothermique. 38 La mission s?est interrogée, compte tenu des variations de pression (en cas de forage de profondeur avoisinant 500 m) et des dégazages qui s?ensuivent, et donc des modifications des potentiels redox ou d?équilibre calco- carbonique, sur la possibilité de faire fonctionner les équipements géothermiques dont la PAC, sans injection plus ou moins continue d?adoucisseur d?eau, de produit anti-bactérien, etc. PUBLIÉ https://www.ineris.fr/fr/stockage-souterrain-energie-thermique-contexte-transition-energetique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 37/91 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées Depuis 2014, l?Ademe a mis en place une démarche d'audit des systèmes de géothermie de surface subventionnés dans chaque région La mission a recueilli des données sur les anomalies relevées dans cinq régions, sur 95 installations auditées, dont 40 exploitées sur nappe. Figure 29 : Anomalies techniques sur la GMI sur 95 installations de cinq régions (Source : mission sur la base des audits régionaux de l?Ademe)39 Ces audits montrent que les systèmes de géothermie de surface présentent douze types d?anomalies sur les pompes à chaleur (PAC)40 et cinq sur la nappe. Dans les régions auditées, plus de 60% des installations n?ont pas de suivi de la PAC (compteurs thermiques, de débit et électriques) ou de système d?asservissement. Or, le surdimensionnement ou la non-optimisation de la PAC, ou l?absence d?asservissement ou de calorifuge engendrent une hausse des coûts de consommation électrique. La mission relève que les risques audités concernant la nappe sont d?ordre technique et que les risques environnementaux ne sont pas audités par l?Ademe, comme le défaut d?étanchéité ou de corrosion, ou la modification de la piézométrie de la nappe au niveau des forages. 39 Sur le schéma, l?injectivité est une mesure de la facilité avec laquelle l'eau peut être injectée dans la nappe. Elle dépend de multiples facteurs géologiques, hydrauliques et opérationnels. 40 Ces anomalies détectées sur la PAC peuvent également être rencontrées dans la géothermie sur sonde et en mer. Les données n?étaient pas distinctes selon les types de géothermie. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Risque de recyclage dans la nappe Productivité de la nappe Pas d'équipement de suivi de la nappe Injectivité dans la nappe Suivi de la nappe Performance de la PAC Entretien de la PAC Débit de la PAC Conformité selon les guides de l'Ademe Abscence de calorifuge sur la PAC Risque réglémentaire de légionnelle Pompe de la PAC Hydraulique de la PAC Surdimensionnement de la PAC PAC non optimisé Asservissement de la PAC Suivi de la PAC Les Hauts-de-France Champagne Ardenne Normandie Pays de la Loire Occitanie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 38/91 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques Le manque de suivi Contrairement aux Pays-Bas, il n?existe pas en France de transmission à l?administration d?un suivi de la géothermie sur nappe, concernant la performance énergétique et l?impact sur la nappe. Le manque de suivi des PAC géothermiques et de la nappe ne permet pas de connaître précisément la quantité d?eau pompée et réinjectée dans le sol, le rendement des équipements et l?énergie consommée et générée. Pour toute nouvelle installation de production d?électricité, le Code de l?énergie prône la prise en compte de l'efficacité énergétique par l?autorisation d?exploiter (art. L311-5) et établit un principe de contrôle des installations et de mise à disposition de l'administration des résultats de ce contrôle (art. L311-13-5). Ces principes pourraient utilement être étendus aux installations de production de chaleur. L?absence d?asservissement Outre la PAC, une installation de géothermie comporte des pompes de circulation situées en amont et en aval pour assurer une extraction efficace de l'eau souterraine et son retour approprié dans la nappe phréatique après l'échange de chaleur. Elle peut aussi comporter une pompe de circulation entre l'échangeur de chaleur et la PAC pour des raisons spécifiques (comme la protection contre le gel). L?absence d?asservissement signifie que la PAC ne transmet pas d?information aux pompes qui fonctionnent alors en continu même lors de l?arrêt de la demande en énergie. Il en découle une surconsommation en électricité et une usure prématurée des pompes. La simulation ci-dessous réalisée par l?Ademe, montre une augmentation de 50% du coût de l?électricité de pompage d?un système non asservi. Figure 30 : Effet de l?absence d?asservissement sur les coûts de consommation électrique (Source : Ademe Pays-de-la-Loire, 2017) Le colmatage peut entraîner une baisse des possibilités de réinjection dans la nappe La pérennité des doublets géothermiques sur nappe est conditionnée à la possibilité de pouvoir pomper l?eau souterraine puis de la réinjecter. Le colmatage de la boucle géothermale, en particulier des échangeurs et des forages est un problème courant qui peut affecter la réinjection de l?eau dans la nappe. Le colmatage intervient en raison de la qualité de l?eau souterraine (présence de fer ou manganèse PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/section_lc/LEGITEXT000023983208/LEGISCTA000023986314/ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000031069738 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 39/91 pouvant précipiter en cas d?oxydation, présence de carbonates pouvant précipiter en cas de relargage de gaz carbonique dans le circuit du fait des changements de pression, présence de sédiments fins sableux et argileux), du développement de biofilms bactériens (générés par des modifications du potentiel redox de l?eau et favorisés par une hausse de température), de systèmes de filtration défectueux, sous-dimensionnés ou mal entretenus, de forages mal cimentés, ou de variations de débits et de pression lors de l?exploitation (voir Annexe 21)41. Des problèmes de colmatage de forages ont été observés par l?Ademe notamment en Pays-de-la- Loire, Normandie et Champagne Ardenne, et sont susceptibles de mettre en arrêt le système. Par exemple en 2012, dans un immeuble à Orléans, des problèmes de colmatage et de fortes concentrations de bactéries ferrugineuses sont apparus dès les premiers mois d?utilisation d?un doublet et ont entraîné de nombreuses réparations puis l?abandon des installations42. L?Ademe recommande d?optimiser la conception des forages, une maintenance régulière et une surveillance de la qualité de l?eau pour contrôler la formation de biofilms. Les Pays-Bas (Bloemendal et al., 2023) ont établi des normes strictes pour la conception, la construction et l'exploitation des installations géothermiques afin de prévenir les problèmes de colmatage, avec des inspections régulières de l?autorité provinciale (pour l?ATES). L'entrepreneur est responsable de la maintenance, ce qui l'incite à construire des puits de haute qualité. Les normes de conception de l'ATES interdisent l'installation de grilles à travers les zones redox. Les normes de l'industrie de l'eau potable relatives au dimensionnement du massif filtrant et à l'étanchéité des puits ont été adoptées pour empêcher l'intrusion de sable dans les puits et le court- circuitage de l'aquifère. Les normes prévoient également un entretien en temps opportun. La recommandation 2 vise à rendre obligatoire dans le dossier de demande de subvention, l?indication par le porteur de projet dans le formulaire en ligne de demande, du suivi prévu (bilan énergétique, économique et environnemental des projets) et de l?usage d?un système techniquement efficient. 41 Le rapport final du projet Geoclogging sur les colmatages de la géothermie sur nappe. https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline- files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf 42 BRGM 2020 « Retour d?expérience sur l?opération de doublet géothermique de l?immeuble Le Loiret à Orléans (Loiret) ». http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf . PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 40/91 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays La géothermie dite de surface concerne une profondeur de 10 à 200 m en France et de 0 à 500 m aux Pays-Bas. Elle fait l?objet en France d?une procédure simplifiée, dite de géothermie de minime importance (GMI), avec une déclaration via un téléservice (Annexe 22). La procédure de GMI fonctionne sur le principe de « premier arrivé, premier servi » en France. Ce système prévalait jusqu? en 2009 aux Pays-Bas, qui a mis en place depuis une planification spatiale fine afin d?éviter des phénomènes d?interférence entre forages et de prévenir les incidences, notamment sur la nappe. En France, dans les zones autorisées à la GMI, la réglementation ne prévoit pas la réalisation d?étude d?impact. Le suivi des installations, notamment sur le plan des performances énergétiques et de l?impact sur la nappe, est obligatoire en France mais ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration pour vérification, contrairement aux Pays-Bas. La maîtrise des risques concernant le sol, le sous- sol ainsi que les nappes phréatiques à court, moyen et long termes n?est donc pas complètement garantie par la réglementation en France. 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques La profondeur permettant la distinction entre géothermie de surface et profonde est de 500 mètres aux Pays-Bas sans limitation de puissance, avec une température de réinjection inférieure à 25°C. Par ailleurs, la réglementation porte aussi sur le stockage souterrain d?énergie ce qui n?est pas le cas en France. Le régime d?autorisation (et de contrôle) de la géothermie profonde relève des autorités environnementales de l?État, plus précisément du département national des mines du ministère des affaires économiques et du climat. Celui de la géothermie de surface relève du niveau provincial (systèmes ouverts ATES nécessitant un permis) ou communal (systèmes fermés BTES nécessitant une déclaration). Le niveau local peut compléter les exigences nationales par des critères spécifiques pour prendre en compte l?environnement. La loi « Omgevingswet » (signifiant « loi sur l'environnement ») entrée en vigueur en janvier 2024, a fusionné vingt lois et codes (nature, eau, forêt, urbanisme, émissions industrielles). Cela a permis la simplification de la procédure d?autorisation environnementale devenue unique, réduisant le délai d?instruction des permis de six mois à huit semaines. Le point d?entrée de toute demande d?autorisation se fait par un portail numérique dans lequel toutes les réglementations sont intégrées. Le rapport de demande de permis (Annexe 23) déposé par le maître d?ouvrage comprend l?évaluation environnementale du projet. Celle-ci porte sur les sujets suivants : niveau de la nappe souterraine, interférences avec les forages d?alimentation en eau potable et systèmes ATES à proximité, pollution des sols, zones naturelles (dont Natura 2000) et archéologiques. Elle ne vise pas les risques de sismicité et d?affaissement du terrain jugés a priori absents pour les ATES. Les municipalités, dont celle de la ville de la Haye, collaborent étroitement avec les provinces pour la validation des permis et mènent en amont une planification spatialisée de l?utilisation du sous- sol à l?échelle de leur territoire afin d?éviter les impacts sur l?eau potable, la biodiversité et les interactions entre les installations. La municipalité de la Haye met ainsi en place une planification PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 41/91 des sols et une réglementation particulière pour la géothermie. Un plafond est fixé par habitation à d?extraction nette annuelle de chaleur par mètre de profondeur de sol. La loi rend obligatoire des suivis mensuels et quinquennaux des systèmes ATES par la province. Le suivi mensuel porte sur les débits et températures aux points d'injection et d?extraction, et sur l?énergie consommée et produite. Le suivi quinquennal porte sur le bilan énergétique ; il permet de vérifier que la nappe exploitée atteint un équilibre thermique sur une période de cinq ans, faute de quoi les paramètres du système doivent être modifiés (débit d?injection ou de pompage et température de l?eau injectée). En cas de non-conformité, des pénalités sont appliquées et le permis peut être révoqué. 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration Au-delà de dix mètres de profondeur43, l?usage du sous-sol en France est soumis au code minier. Les réglementations et les procédures administratives concernant la géothermie varient cependant en fonction des profondeurs exploitées : ? entre 0 et 10 m, la géothermie est considérée comme sans forages (échangeurs horizontaux et compacts), et non répertoriée dans la GMI. Il n?existe donc pas d?information sur ces installations (puits canadiens, structures thermiques, échangeurs ouverts) ; ? entre 10 et 200 m de profondeur et avec une puissance thermique maximale de 500 kW44 , la géothermie relève de la géothermie de minime importance (GMI). Si l?opérateur opte pour un système avec échangeur ouvert (donc avec un doublet), trois critères doivent être respectés : température de l?eau en sortie du puits d?injection inférieure à 32?°C, débits prélevés inférieurs à 80 m3/h et équilibre entre volume d?eau prélevé et réinjecté45 ; ? au-dessus de ces seuils de profondeur et de puissance et dans les zones « rouges »46 de la cartographie des risques de la GMI, les procédures réglementaires et administratives sont plus complexes et plus longues (environ 1 à 2 ans) et doivent se conformer aux obligations prévues par le code minier47. Elles nécessitent notamment une évaluation environnementale en application de l?article R122-2 du code de l?environnement et une enquête publique. 43 Cependant, les activités exclues du code minier (<10 m) peuvent relever des IOTA (Installations, ouvrages, travaux et aménagements soumis à législation sur l?eau) ou relever d?autres réglementations par connexité (ICPE). 44 Ce seuil serait issu d?un calcul basé sur le seuil de déclaration IOTA de 80 m3/h de prélèvement dans la nappe, multiplié par la capacité calorifique du sous-sol 45 Article 3 du décret n°78-498 du 28 mars 1978 : relatif aux titres de recherches et d'exploitation de géothermie https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true 46 La situation de dépôt d?un dossier de demande d?autorisation de géothermie de surface en zone rouge n?existe en réalité pas selon les interlocuteurs interrogés par la mission. 47 Pour la recherche (Code minier, art. L. 124-1 et L. 141-3), l?exploitation (art. L. 134-1), les titres et autorisations (art. L. 141-3, L. 141-4, L. 143-7, L. 143-13 et L. 144-4), les droits et obligations (art. L. 156-1), les travaux (L. 164- 1), la surveillance et la police (art. L. 177-1), les fouilles et levés géophysiques (L. 414-1) pour les infractions et sanctions pénales (art. L. 513-6). PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 42/91 Les réglementations sur lesquelles repose la GMI sont les suivantes : le décret du 28 mars 1978, relatif aux titres de recherche et d'exploitation de géothermie : fixe les conditions des activités et des installations géothermiques selon le régime légal des mines ; le décret du 8 janvier 2015 relatif aux travaux de recherche par forage et à l'exploitation de la géothermie de minime importance, modifie les deux décrets qui encadrent l?activité géothermique : le décret du 28 mars 1978 relatif aux titres de recherche et d?exploitation de géothermie modifié et le décret du 2 juin 2006. Il instaure la géothermie de minime importance, met en place une procédure simplifiée pour l?exploitant et détermine les conditions d?arrêt d?exploitation ; l?arrêté du 25 juin 2015, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance ; l?arrêté du 20 décembre 2022 relatif au téléservice dédié à l'accomplissement des procédures relatives à la GMI, dénommé « Télé GMI » par le BRGM ; le décret du 15 mars 2024 portant diverses dispositions en matière de GMI, révisant le décret de 2006, instaure l'obligation pour les exploitants de faire attester par une entreprise certifiée les prestations de réalisation de forages de géothermie de minime importance. Par ailleurs, deux arrêtés viennent d?être publiés en 2024 : l?arrêté du 29 mai 2024, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance, modifiant l?arrêté du 25 juin 2015. Il introduit la certification en lieu et place de la qualification pour les entreprises de forage intervenant en matière de GMI, en application de l?ordonnance n°2022-1423 du 10 novembre 2022. L?arrêté lève en outre l?interdiction d?implanter des échangeurs géothermiques au sein d?un périmètre de protection rapproché (PPR) des captages d?eau destinés à la consommation humaine, et soumet à une analyse de compatibilité, réalisée par un expert agréé, les projets de GMI envisagés dans ces périmètres. Il introduit la prise en compte de certains sites naturels pour le choix d?implantation du site de forage, la réalisation et l?exploitation de l?échangeur géothermique ; l?arrêté du 29 mai 2024 fixant les modalités de certification, le référentiel, les modalités d?audit, les conditions d?accréditation des organismes de certification. Il fixe les exigences en matière de certification des entreprises qui réalisent les travaux de forage d'un gîte géothermique de minime importance. Selon le plan de géothermie français, le cadre réglementaire des installations de géothermie prévoit des adaptations pour la géothermie de surface, sous le pilotage de la DGPR : ? « Définir le stockage souterrain d?énergie calorifique de minime importance et déterminer s?il peut être soumis aux critères de la GMI. D?après le code minier, les activités de stockage souterrain d?énergie calorifique sont soumises aux dispositions applicables aux gîtes géothermiques pour la délivrance du titre d?exploitation et l?autorisation préfectorale d?ouverture de travaux miniers. L?article L. 165-2 du code minier prévoit qu?un décret en Conseil d?État fixe les cas où il peut être dérogé en totalité ou en partie à ces dispositions pour les stockages souterrains d?énergie calorifique dits de minime importance ; ? Adapter en 2023 le cadre réglementaire de la GMI aux sondes géothermiques inclinées (non verticales) ». Le plan prévoit éventuellement, de relever le seuil de puissance thermique en GMI à 1 ou 2 MW (contre 500 kW actuellement). La DGPR a saisi l?Ifpen pour étudier l?impact de cette augmentation PUBLIÉ https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 43/91 de puissance, expertise dont le résultat devrait être disponible courant 2024. Le plan ne prévoit pas de modifier le critère de profondeur lié à la GMI. [DGPR] Sous réserve des résultats de l?étude d?impact menée par l'Ifpen et du respect des recommandations de la mission, relever le seuil de puissance de la GMI de 500 kW, au moins jusqu?à 2 MW. 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider En France, la quantité d'énergie produite par chaque installation en géothermie sur nappe reste méconnue. Ces données, pourtant cruciales pour évaluer l'efficacité et l'impact de ces installations, sont absentes des déclarations de GMI dans 57% des cas pour la chaleur et 78% pour le froid, alors que l?arrêté du 20 décembre 2022 prévoit le renseignement des informations relatives à l?efficacité énergétique. Il est à noter que l?absence de ces informations, tout comme du nombre d?heures de fonctionnement, bien que demandées dans le formulaire de télédéclaration, ne bloque pas la déclaration d?un projet dans le téléservice48 (Annexe 22). L?arrêté du 29 mai 2024 (art. 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3) prévoit une surveillance annuelle et décennale. Cette surveillance ne couvre pas l?impact environnemental49, hormis en cas de désordre constaté à l?issue des travaux. La surveillance annuelle comprend « le nombre d'heures de fonctionnement de la pompe à chaleur, les températures en entrée et sortie de la pompe à chaleur, lorsque cette dernière est en fonctionnement nominal ainsi que le relevé de la température maximale sortie de l'échangeur géothermique, les volumes prélevés et rejetés annuellement ». Contrairement aux Pays-Bas50, elle ne prévoit pas le suivi de la consommation et de la production d?énergie. En France, la surveillance décennale est réalisée par inspection vidéo et concerne uniquement les échangeurs géothermiques. Elle est réalisée par une entreprise de forage certifiée. Aux Pays-Bas, ce contrôle de conformité est réalisé par les agents de l?État. Il concerne les puits, les pompes, les filtres, les drains et la nappe et se fait dans un intervalle de temps plus court de cinq ans. L?exploitant doit met en oeuvre des mesures de surveillance mentionnées comme « adéquates » par l?arrêté, dans les zones en amont hydraulique des ouvrages de prélèvement d'eau destinée à l'alimentation en eau potable et dans les zones de nappes stratégiques identifiées par les SDAGE ou SAGE. 48 Accessible par le site https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr 49 L?autorité environnementale préconise dans sa note de 2024, afin de s?assurer également de la non dégradation des eaux souterraines, un suivi des eaux souterraines prélevées et réinjectées a minima pour des paramètres physico-chimiques et biologiques, du débit, du volume pompé, de la température, conductivité, piézométrie et pression en tête de forage de réinjection. 50 Au Pays-Bas, un système est piloté par des capteurs reliés à des ordinateurs à chaque point de l?installation suivant : heure, débit, température et consommation électrique. Ces données permettent de produire un tableau de bord transmis à l?autorité environnementale compétente. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 44/91 Cette surveillance ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration (DREAL) et donc de pénalités en cas de manquement de suivi ou de dysfonctionnement. Néanmoins, en cas d'inspection par la DREAL, l'exploitant doit être en mesure de fournir les justificatifs. La DGPR n?a pas été en mesure de fournir à la mission des informations sur le nombre d?inspections réalisées par les DREAL51. [DGPR, DGEC] Compléter le formulaire de téléservice GMI et rendre obligatoire dans l?outil le remplissage des rubriques suivantes : 1) Estimation de la production d?énergie ; 2) Présence de matériel d?asservissement ; 3) Moyens préventifs concernant le colmatage en cas de risque ; 4) Moyens de suivi de la nappe (T°C, débit) et de la pompe à chaleur. Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 pour compléter le suivi annuel du fonctionnement de la GMI avec la consommation et la production d?énergie, rendre obligatoire la transmission aux DREAL du suivi et le contrôle tous les cinq ans par un bureau de contrôle certifié. 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux Aux Pays-Bas, les systèmes ATES sont par principe partout autorisés sauf dans des zones interdites. Ces zones interdites à la géothermie en surface comme en profondeur sont présentées dans la carte ci-après : en vert les périmètres de protection de captages eau potable, en bleu les zones Natura 2000, en jaune les zones interdites au forage pour des ressources stratégiques pour l?eau potable52 et en rouge les zones inondables (« 100 years zone » sur la carte ci-après). 51 Selon la DGPR, depuis l'entrée en vigueur de l'autorisation environnementale pour les travaux miniers à compter du 1er juillet 2023, la police des mines dispose d'une application lui permettant de renseigner toutes ses visites d'inspection. L'utilisation de l'outil se met en place progressivement et la DGPR n?est pas encore en mesure de transmettre un reporting fiable. De manière plus générale, la police des mines procède à des inspections surtout lorsqu'il s'agit de plaintes ou de défauts de qualification de foreurs. Des modifications ont été introduites récemment dans le projet de loi simplification de la vie économique, afin d'autoriser la police des mines à accéder au domicile privé. Enfin les travaux de forage font l'objet d'audits de chantier dans le cadre de la qualification qui est délivrée aux foreurs, ce qui permet de vérifier que les travaux sont réalisés conformément à la réglementation. 52 Il s?agit d?une ressource d?eau souterraine stratégique autour des captages d?eau potable pour un usage existant ou futur : https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics- 2022-ENG-WEB.pdf PUBLIÉ https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 45/91 Figure 31 : Les zones protégées interdites à la géothermie aux Pays-Bas (Source : Dinkelman et al. , 2020) En France, les risques font l?objet d?une cartographie des aléas, uniquement pour la géothermie de surface, dans le cas de la GMI. L?élaboration des cartes des zones réglementaires relatives à la GMI à l?échelle régionale est menée conformément au guide méthodologique national de 2015 et son addendum de 2023, rédigé par la DGPR, le BRGM et le Cerema (Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement). Neuf types d?aléas sont cartographiés en France par le BRGM avec une résolution de 500 mètres dans la cartographie réglementaire de la GMI. De nouvelles cartes régionales sont en cours de finalisation et doivent faire l?objet d?arrêtés préfectoraux fin 2024. Elles permettront des distinctions selon la profondeur et une maille plus fine de 100 x 100 mètres à l?échelle régionale. Les aléas peuvent être regroupés en trois catégories : ? aléas dans le sous-sol : le risque d?affaissement ou de surrection causé par la dissolution ou le gonflement des évaporites, l?affaissement ou l?effondrement des cavités naturelles ou minières, les glissements de terrain ; ? aléas liés à l?eau souterraine : l?artésianisme, la remontée de nappe, le risque de mise en communication d'aquifères de qualité différente, le risque de réinjection d?eau de qualité différente de l?eau pompée et l?avancée du biseau salé en zone littorale ; ? aléas mixtes : le risque de pollution des sols et des nappes souterraines par une fuite du puits de forage. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 46/91 Figure 32 : Niveaux de cotation des aléas (Source :Guide méthodologique national, 2023) La cartographie a été élaborée au niveau de chaque région avec des cotations d?aléas, pouvant varier selon les spécificités régionales. Ainsi les légendes, voire les critères de cotation des aléas peuvent différer. Le guide présente les aléas (appelés « phénomènes redoutés ») et les cotations devant être au minimum utilisés pour les cartes régionales actualisées. Les systèmes ouverts sur nappe présentent un facteur aggravant plus important que ceux fermés (sondes) concernant les problèmes liés à la réinjection et au biseau salé mais curieusement pas pour la pollution des sols et nappes souterraines et la mise en communication d?aquifères. Chaque aléa est noté en multipliant la cotation par le facteur aggravant. Le classement en zone verte (pour rappel permettant la déclaration), orange, rouge résulte de la somme des notes de chaque aléa. Notation Conséquence Vert : 0-13 (83% du territoire) Activité GMI réputée ne pas présenter de dangers et inconvénients graves, ce qui permet la télédéclaration Orange : 14-41 (15% du territoire) Activité GMI non réputée présenter des dangers et inconvénients graves et dans lesquelles est exigée la production de l'attestation par un expert agréé Rouge : > 41 (2% du territoire) Réalisation d'ouvrages de géothermie réputée présenter des dangers et inconvénients graves et ne peut pas bénéficier du régime déclaratif de GMI PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 47/91 Figure 33 : Cartographie de la cotation des aléas (Source : BRGM, 2023) La méthodologie ne garantit pas la prise en compte de certains risques Des défauts techniques au niveau des forages peuvent conduire à des pollutions de l?eau potable et à des accidents liés à la présence de gaz ou autres substances dans le sous-sol. Un avis de l?Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail) de 2011 souligne les risques de pollution des aquifères notamment en périmètre de protection rapprochée (PPR) et la nécessité de la surveillance de la qualité de la nappe. La mission a procédé à l?analyse du recoupement entre les PPR de captages d?eau potable et les zones Natura 2000 avec les coordonnées géographiques des installations de géothermie sur nappe, déclarées en téléservice auprès du BRGM depuis 2015. L?analyse par la mission des données spatiales de la GMI montre que bien que la réglementation française prenne en considération les enjeux de protection de l'eau potable et de la biodiversité, certaines installations de géothermie de surface sur nappe sont présentes dans des zones sensibles (Annexe 25). Ainsi, six installations sont en PPR de captage d?eau potable et au moins douze en zones Natura 2000 qui sont des zones sensibles mais non interdites à la GMI actuellement du point de vue réglementaire. Enfin, les nappes stratégiques à préserver pour l?alimentation en eau potable future, ne sont pas prises en compte dans la carte réglementaire de la GMI alors que des SDAGE (celui de Seine-Normandie 2022-2027 par exemple) les identifient. PUBLIÉ https://www.anses.fr/fr/system/files/EAUX2010sa0047Ra.pdf https://www.eau-seine-normandie.fr/sites/public_file/inline-files/SDAGE_2022-2027.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 48/91 Zone sensible Description Nombre d?installations présentes Dont après avis d?un expert agréé (zone orange) Régions concernées Périmètre de protection rapprochée de captage d?eau potable Zonage établi autour des captages utilisés pour la production d'eau potable et déclarés d'utilité publique53 6 0 Normandie (5) Centre Val-de-Loire (1) Zone Natura 2000 Conservation d?habitats et d?espèces animales et végétales figurant aux annexes I et II de la Directive "Habitats" (ZSC)54 12 4 Auvergne, Rhône-Alpes (1) ; Bourgogne, Franche- Comté (1) ; Centre-Val-de- Loire (6) ; Provence-Alpes- Côte d?Azur (4) Conservation des espèces d?oiseaux sauvages figurant à l?annexe I de la Directive "Oiseaux" (ZPS) 12 3 Centre Val-de-Loire (7) Grand Est (3) Occitanie (1) Provence-Alpes-Côte d?Azur (1) Figure 1 : Résultats de la superposition des installations de géothermie de surface sur nappe avec les autres zonages réglementaires (Source : mission à partir de l?analyse des données de la GMI du BRGM) En conclusion, la mission constate que la méthodologie actuelle présente des insuffisances : le guide renvoie à des réglementations non prises en compte dans la carte des zones réglementaires de la GMI. C?est ainsi le cas des périmètres de protection rapprochée des captages d?alimentation en eau potable ; l?arrêté du 19 juin 2024 sur la GMI lève l?interdiction actuelle de la GMI en périmètre de protection rapprochée de captage. La mission recommande de restaurer cette interdiction dans un nouvel arrêté ; d?autres zones sensibles à protéger comme les zones naturelles ne sont pas prises en compte par la cartographie des aléas. L?arrêté de 2024 introduit la nécessité de prendre en compte pour le choix d?implantation du site de forage, sans toutefois en interdire l?implantation : les zones humides, les sites Natura 2000, les réserves naturelles nationales et régionales et les parcs nationaux, les espaces naturels sensibles et les sites inscrits ou classés au titre du code de l?environnement (certains de ces espaces sont pris en compte dorénavant dans la définition des zones de protection forte au sens du décret du 12 avril 2022) ; des aléas comme le risque d?affaissement/surrection lié aux niveaux évaporitiques, dès lors que leur cotation est maximale, devraient faire basculer la zone en rouge, interdite à la GMI, alors que la mission a identifié cinq installations déclarées en GMI après 2015 (zones vertes et oranges) en aléa évaporite. Les superficies concernées sont relativement peu importantes (1,14 M d?ha soit 1% du sol de la métropole). 53 https://carteaux.atlasante.fr/apropos 54 https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura PUBLIÉ https://carteaux.atlasante.fr/apropos https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 49/91 [DGPR, BRGM] Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 afin d?interdire la géothermie en zone de protection forte des milieux naturels (au sens du décret du 12 avril 2022) et en périmètre de protection rapprochée des captages d?eau potable. Rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte par le projet de géothermie (implantation, travaux et exploitation) de la préservation des captages d?eau potable et des milieux naturels. Réexaminer la méthodologie de cartographie des risques de la GMI avec une évaluation des risques des aléas croisant leur probabilité d?apparition et leur impact potentiel local et la réviser grâce au suivi des impacts des installations. 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets Les problèmes combinés d?interférence des forages, de rareté de l?espace et de durée de l?impact nécessitent la planification de l?installation de la géothermie sur nappe à une échelle allant au-delà des projets individuels. Contrairement aux Pays-Bas, la coordination en France s'effectue actuellement par une simple déclaration sur la base du « premier arrivé, premier servi ». Ce système ne tient pas compte des éventuels effets de cumul des impacts sur l?écoulement et la qualité des eaux souterraines et ne garantit pas une utilisation durable et optimale des sous-sols. Cette absence de régulation pourrait poser difficulté en France, notamment en zones de densité importante de forages comme en région parisienne ou lyonnaise. Espacement entre les installations (entre doublets et avec d?autres forages) Aux Pays-Bas, le développement de la géothermie avait également débuté selon le principe du premier arrivé, premier servi. Les nouveaux systèmes nécessitaient une distance minimale entre les nouveaux puits et les puits existants d'au moins trois fois le rayon thermique maximal55 (qui varie entre 50 et 150 m dans le cas d?ATES), ce qui conduisait en théorie à une utilisation optimale du sous-sol. Une étude de 202156 a montré que des distances plus faibles entre des puits similaires pouvaient être appliquées avec des effets négligeables sur la performance. Ainsi, des puits de même température peuvent être placés plus près les uns des autres (0,5 fois le rayon thermique), tandis que les puits de températures opposées doivent être plus éloignés les uns des autres (plus de trois fois le rayon thermique) pour éviter toute interaction négative. En France, l?arrêté du 29 mai 2024 spécifie que l?exploitant établit une distance minimale, afin de ne pas les perturber de façon significative, avec les ouvrages de prélèvement d?eau voisins, déclarés ou autorisés, et susceptibles d'être influencés par son activité, sans préciser cette distance. En tout état de cause, son activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d?eau exploitée de plus de 4 °C soit aux limites parcellaires soit à 200 mètres des 55 Lors de l'infiltration dans un puits ATES, un volume de forme cylindrique d'eau souterraine chaude/froide se forme autour du puits, c'est ce qu'on appelle le rayon thermique. Il est calculé en fonction de la capacité thermique volumétrique (J/K/m3) de la nappe, V le volume total injecté (m3) et L l'épaisseur de la nappe (m). 56 1Duijff, R., M. Bloemendal, and M. Bakker, Interaction Effects Between Aquifer Thermal Energy Storage Systems. Ground Water, 2021. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 50/91 échangeurs géothermiques de production ou de réinjection hors des limites parcellaires. Selon l?étude de l?Académie des technologies de 2023, la distance entre les deux puits géothermiques doit être de 50 m à 150 m pour éviter les interférences. Planification de l?emplacement des doublets Depuis peu, des plans directeurs du sous-sol municipaux sont élaborés aux Pays-Bas, définissant des zones froides et chaudes où les forages ATES peuvent être implantés de manière à rassembler les puits de même nature, comme le montre la carte de planification souterraine de Gouda ci-après. Figure 34 : Carte de planification spatiale souterraine à Gouda, aux Pays-Bas. Les bandes rouges, bleues et grises indiquent les zones où des puits de stockage d'énergie thermique chaude, froide et sans aquifère, respectivement, peuvent être installés (Source : Bonte et al., 2011) Les Pays-Bas ont développé l?outil WKOtool57 (Water-Warmte-Koude-Opslag) pour faciliter la planification, la conception et l?implantation de systèmes ATES par les professionnels de l'énergie géothermique. Il permet de prendre des décisions éclairées fondées sur des données techniques et économiques pour optimiser la performance des systèmes géothermiques et réduire leur impact environnemental. La cartographie permet d?identifier à l?échelle parcellaire les captages d?eau souterrains, la présence d?autres forages géothermiques et les restrictions réglementaires (nature, géologie, archéologie). [DGEC, DEB] Encourager les intercommunalités souhaitant favoriser le développement de la géothermie à mettre en place un outil de planification de l?implantation des ouvrages prenant en compte les enjeux environnementaux pour accompagner les porteurs de projet et éviter les principaux impacts. 57 https://wkotool.nl/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Acad%C3%A9mie%20des%20technologies_Rapport-STES_2024.pdf https://wkotool.nl/ https://wkotool.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 51/91 Conclusion Des thèmes importants nécessaires pour optimiser la rentabilité et réduire les risques n?ont pas fait l?objet de développement dans ce rapport, comme l?acceptabilité sociale, la certification et la formation, la recherche et développement sur les nouveaux gisements et les solutions face aux risques futurs (changement climatique, érosion du sol). À ce titre, le plan d?action du 15 avril 2024, pour produire 1 million de pompes à chaleur en France dès 2027, prévoit notamment de stimuler l?innovation aux plus hauts standards écologiques de demain, accompagner la montée en puissance des métiers et améliorer la confiance du citoyen. Les pompes à chaleur géothermiques dont les performances sont supérieures à celle d?une pompe à chaleur aérothermique, pourraient utilement être mises en avant dans ce plan. La complémentarité entre les deux types de géothermie, de surface et profonde, ainsi qu?entre les différentes technologies (sondes, nappes, etc.) mériterait d?être approfondie afin d?alimenter les décideurs sur le meilleur choix en fonction d?une analyse coûts/bénéfices/risques en lien avec la réalité du territoire et des besoins. Enfin, l?usage de la géothermie contribue à la réduction de la consommation d'énergie fossile et des émissions de gaz à effet de serre. Son encouragement par les pouvoirs publics devrait s?accompagner d?un effort de sobriété énergétique par l?ensemble des acteurs. Bénédicte Guery Hanitra Rakotoarison Inspectrice Inspectrice PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 52/91 Annexes PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 53/91 Annexe 1. Lettre de commande PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 54/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 55/91 Annexe 2. Liste des personnes rencontrées Nom Prénom Organisme Fonction France Abécassis Geoffrey Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Conseiller du président Aymard Dimitri ENGIE Solutions Expert géothermie Bailly Guillaume Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chef du bureau du sol et du sous-sol Bommensatt Norbert Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent national géothermie profonde. Bonté Damien IFP Energies nouvelles Ingénieur de recherche Géologue Géothermie, Direction Sciences de la Terre et Technologies de l?Environnement Bouchet Florence Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chargée de mission géothermie Cardona Maestro Astrid Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référente nationale géothermie de surface De Panthou Adrien Equans Commercial director Didier Christophe Bureau de recherches géologiques et minières Directeur des Géoressources Durst, Pierre Bureau de recherches géologiques et minières Chef de projet en géothermie Duwiquet Hugo ENGIE Solutions Expert géothermie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 56/91 Nom Prénom Organisme Fonction Fakoury Rose-Adeline Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Ingénieure géologue Favereaux Sophie Bureau de recherches géologiques et minières Correspondante scientifique en appui aux politiques publiques dans le domaine de l?environnement Galko Elodie Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Directrice adjointe du cabinet du ministre Genthon Bénédicte Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Directrice adjointe bioéconomie et énergies Geronimi Jean-Baptiste ENGIE Solutions Directeur Commercial Territoire Ile-de-France Godinaud Jérémy Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Chercheur postdoctoral Gombert Philippe Institut national de l'environnement industriel et des risques Hydrogéologue à la direction Sites et Territoires Graff Jean-Jacques Association Française des Professionnels de la Géothermie Président Invernizzi Philippe Equans Directeur division réfrigération sécurité incendie et activités décarbonation Izard Joséphine Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Cheffe de projet chaleur renouvelable et rénovation énergétique Klein Emmanuelle Institut national de l'environnement industriel et des risques Responsable de l?unité auscultation et surveillance géotechnique et géophysique, direction sites et territoires PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 57/91 Nom Prénom Organisme Fonction Laplaige Philippe Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent géothermie Larroque François Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Maître de conférences Larzillière Philippe Engie Solutions Directeur du Bureau Etudes Ile- de-France Laugier Patrick Engie solutions Directeur des affaires publiques et régulation Lecomte Jean-Claude Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Chargé de mission Lenoble Clément Institut national de l'environnement industriel et des risques Chargé de mission auprès du président de l?Ineris Lepin Laure Equans Responsable Energies Décentralisées, Direction du Développement Mikael Philippe Bureau de recherches géologiques et minières Responsable de l?unité géothermie et stockage d?énergie Moch Xavier Association française des professionnels de la géothermie Animateur géothermie Centre- Val de Loire, Coordinateur du réseau des animateurs, Expert géothermie de surface Monnot Pascal Bureau de recherches géologiques et minières Expert en géothermie Peysson Yannick IFP Energies nouvelles Responsable de programme Pomart Armand Association française des professionnels de la géothermie Ingénieur de projets - animateur « filière géothermie » en région PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 58/91 Nom Prénom Organisme Fonction île-de-france, référent géothermie profonde Qechchar Rim Engie Solutions Engineer, Project Manager Stubler Jérôme Equans Directeur général Taillardas Joël Engie Solutions Directeur de la Business Line Territoires et Services Publics Pays-Bas Bernard Anna Ministère de l'Économie et des Finances , Direction générale du Trésor Cheffe du bureau Pilot (études, stratégie et pilotage du réseau internationa)l Bloemendal Martin Université technologique de Delft Associate Professor, Underground Thermal Energy Storage and TNO, Dutch Geological Survey, Lead scientist, Underground Thermal Energy Storage Cjesttmir Hockin Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Géologue Dinkelman Dorien Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Geoscientist Dragtenstein Ivannia ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Elewaut, Koenraad Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Senior beleidsmedewerker mijnbouwprogramma?s op land Labroue Selma Ministère de l'Économie et des Finances, Direction générale du Trésor Chargée de mission, bureau Pilot PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 59/91 Nom Prénom Organisme Fonction Maral Clotilde Ambassade de France aux Pays-Bas Attachée sectorielle énergie et transport Ouahsine Samy Ambassade de France aux Pays-Bas Conseiller Développement Durable et Industrie Régional - Chef de Secteur Ramsak Paul Netherlands Enterprise Agency (NEA) Coprésident de l'Initiative GEOTHERMICA, Département énergie, mise en oeuvre des politiques, innovation Schakel Vincent Equans, Installect Bedrijven Directeur Schrover Mark ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Owner & Consultant at IWSS Stulp Marinus Municipalité de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Tjon-Ka-Jie Kimberley Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Equipe chaleur transition énergétique (systèmes collectifs) Van Bergen Frank Rijswijk Centre for Sustainable Geo-energy Program coordinator Van de Velde Menno ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Teamleider Ruimte & Ondergrond, afd. Toetsing en Vergunningverlening bij Omgevingsdienst Haaglanden Wienk Wouter Netherlands Enterprise Agency (NEA) Senior adviseur, Duurzame Energie Decentraal, Team Duurzame Warmte PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 60/91 Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur Source Bordeaux INP Ensegid, 2024 PUBLIÉ https://terra-energy.be/fr/ates-btes/ete/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 61/91 Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France Répartition régionale des puissances installées en géothermie sur nappe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 62/91 Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 63/91 Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 64/91 Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France ? Données : Les variables disponibles analysées pour la modélisation sont décrites dans le tableau suivant : $ Nom de la variable Unité Description Remplissage O : Obligatoire, N : non obligatoire CODE_GMI Numéro d'identifiant national d'installation GMI O CODE_BSS Identifiant de la relation entre ouvrages de la BSS O DATE_D Date de transmission de la déclaration O Numéro d'identifiant de la déclaration GMI O DATE_E Date de dépose du Rapport de Fin de Forage (RFF) ouvrant droit à l'exploitation O X m, Lambert 93 Coordonnée X au barycentre des échangeurs souterrains O Y m, Lambert 93 Coordonnée Y au barycentre des échangeurs souterrains O Code postal à la localisation de l'installation O Code INSEE à la localisation O Nom du département à la localisation O REGION Nom de la nouvelle région à la localisation O TYPE Type d'échangeur pour l'installation O PUISS kW Puissance thermique en kw déclarée en GMI O PUISS kW Puissance calorifique délivrée par la PAC en mode chauffage et production d'eau chaude sanitaire, en kW N PUISS kW Puissance frigorifique délivrée par la PAC en mode climatisation, en kW N USE Valeurs : Chauffage, Chauffage + Refroidissement, Eau chaude sanitaire N BAT Secteur déterminé du bâtiment raccordé à l'installation N SURF m² Nombre de mètres carrés raccordés à la pompe à chaleur (PAC) N ECART m Espacement entre le(s) puits de réinjections et le(s) puits de production N DEBIT m3/h Débit nominal de fonctionnement, prélèvement et réinjection, en m3/h O RISQUE Couleur de la carte réglementaire lors de la déclaration des ouvrages de l'installation, avec (1) vert, (2) orange O PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 65/91 ? Méthode de modélisation : L?objectif est d?identifier les variables qui agissent réellement sur la production potentielle de la géothermie sur nappe et qui mériteraient une attention particulière pour de nouvelles installations. Les « Random Forest » ou « forêts aléatoires » sont une méthode d'apprentissage statistique issue de Breiman (2001) largement utilisée dans de nombreux domaines de la recherche scientifique en raison de leur capacité à apprendre des relations complexes entre les variables d'entrée et de sortie et aussi de leur capacité à traiter des données de haute dimension. ? Résultats : La qualité du modèle de Random Forest, qui est le ratio entre la variance expliquée par le modèle et la variance à expliquer (Puissance) est élevée avec 85.59 %. Le modèle est donc robuste. Il classe les variables explicatives selon leur importance de la manière suivante : PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 66/91 Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 67/91 Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas Paramètres Barrière Barrière possible Conditions fa- vorables Profondeur <50, >500 m 50-500 m Épaisseur de la couche de sable <10m 10-15 m > 15 m Conductivité hydraulique horizontale <5 m/j > 5 m/j Présence ou absence de couche de confine- ment (argile) épaisseur > 5 m Epaisseur < 5 m Failles < 1 km > 1 km Vitesse d'écoulement de l'eau souterraine > 25 m/an < 25 m/an Concentration en chlorures (légale) 1 g/l > 1 g/l Zones de protection des eaux souterraines (lé- gales) Dans la zone En dehors de la zone Source : TNO 2024 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 68/91 Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas Potentiels ATES aux Pays-Bas (Source : RVO, 2012) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 69/91 Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France Géothermie de surface sur nappe (à noter que les cartes sont régionales et que la légende diffère selon les régions, un exemple est donné pour l?Alsace ci-dessous) Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/espace-cartographique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 70/91 Zoom sur l?Alsace avec les installations existantes : Source : https://www.geothermies.fr/viewer/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/viewer/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 71/91 Géothermie profonde Source : BRGM PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 72/91 Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas Les modèles sont présentés dans le tableau suivant : Nom du modèle Source de données Usage Modèles géologiques numériques : GeoTOP (pour les 50 premiers mètres), BRO- DGM (en surface) et DGM-deep (en profondeur) 540 000 journaux de forage 430 000 investigations de forage 135 levés sismiques 3D 5 800 puits pétroliers Cartes géologiques numérisées Profil lithostratigraphique en 2D ou 3D du sous-sol Modèle hydrogéologique (REGIS II) Cartographie des couches selon la perméabilité BRO Géomorphologie : relief, la genèse et l'âge, dépôts fluviaux Mise à jour régulière, analyse des chercheurs de Wageningen Suivi spatial de la résilience au climat Profondeur de la nappe phréatique Mesures Planification de l?usage de l?eau PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/en/bro-geomorphological-map Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 73/91 Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 74/91 Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas Localisation Année d?instal- lation Type de bâtiments Type de puits Débits (m3/h) Puissance (kW) Poederoijen 2014 Monument Doublet 20 160 Sliedrecht 2013 Centre de soin Doublet 40 310 Amsterdam 2010 Immeuble de bureaux Monowell 100 823 Hoogeveen 2009 Logements Doublet 80 650 Utrecht 2010 Centre de réhabilitation Monowell 20 115 Deventer 2014 Centre innovation Doublet 70 540 Schiedam 2010 Logements Doublet 100 340 Amsterdam 2011 Gymnase Monowell 20 140 Amsterdam 2009 Centre d'exposition et de congrès Monowell 60 550 Amsterdam 2019 Logements Monowell 45 240 Venlo 2019 Bureau Doublet 70 600 Alphen aan den Rijn 2020 Education Monowell 30 240 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 75/91 Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays Source : https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart. Les indices des prix à la production manufacturière mesurent les variations des prix « départ usine » des produits. Ils excluent toutes les taxes, marges de transport et marges commerciales que l'acheteur peut avoir à payer. On entend par production manufacturière la fabrication des biens semi-transformés et autres biens intermédiaires, ainsi que des produits finis. L?usage de l?IPP et non des indices de prix à la consommation (IPC) est lié au fait que la géothermie sur nappe est destinée principalement à des entreprises et des industries et non pas directement aux consommateurs individuels. PUBLIÉ https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 76/91 Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 77/91 Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique Pour tenir compte des différentes composantes des coûts, il est nécessaire de calculer un critère de coût complet moyen de production d?un mégawatt-heure ? également appelé Levelized Cost Of Energy (LCOE) dans ce rapport et utilisé également pour les autres énergies renouvelables (Ademe 2022; 2019). Il est défini de la manière suivante : ???? = ??0 ? + ? ? + ? Le LCOE s?exprime alors comme la somme de la valeur de l?annuité constante correspondant à l?investissement et les charges fixes (coûts d?entretien avec les pièces de rechange et la main d?oeuvre) divisés par la production annuelle, plus le coût variable notamment le prix de la consommation électrique par MWh. L?annuité constante annuelle est issue de la multiplication entre le capital initial noté ?0 et un coefficient d?actualisation noté A. ? = ? (1 + ?)?? Où r est le taux d?actualisation, composé par le taux d?amortissement financier de l?investissement et la valeur du temps dans les projets d?intérêt public. t est la durée de vie de l?installation. La performance énergétique est analysée dans les deux pays à travers 4 critères : - COP : il ne prend en compte que le chaud car la puissance en froid n?est pas renseignée en France. Les puissances sont en kw. PUISS_CHAUD : puissance en chauffage et PUISS_ABS : puissance absorbée. - Consommation électrique : - Consommation de gaz équivalente : - Consommation électrique par m2 : Nous avons estimé les consommations énergétiques par m² notée ??????2des bâtiments qui ont reçu des subventions par le ratio suivant : ?????_?2 = ?????????/??????? ????????? représente la consommation électrique annuelle des PAC tandis que ??????? est la PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 78/91 surface totale du bâtiment. Nous comparons aux classes énergétiques des diagnostics de performance énergétique. Cette méthode reste imparfaite car nous ne prenons pas en compte les autres sources de consommation électrique du logement (lumière, cuisson, appareils électroménagers ?) mais présente l?avantage d?être facile à lire. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 79/91 Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas En France : Source : Le prix du gaz pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 : données récoltés janvier 2024) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 80/91 Source : Le prix de l?électricité pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 données récoltés janvier 2024) Aux Pays-Bas : Source : https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Prix du gaz naturel | Bandes de consommation non-ménages | 28 433 jusqu'à 284 333 m³ Prix de l'électricité | Bandes de consommation non-ménages | 500 jusqu'à 2 000 MWh 1 m³ ? 10,55 kWh ? 0,01055 MWh - 50 100 150 200 250 300 350 P ri x d e l'é n er gi e (¤ /M w h ) Période Prix moyen du gaz (euros/MWh) Prix moyen de l'electricité (euros/MWh) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 81/91 Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas Le montant de base de la subvention reste identique pendant toute la période de subvention. Il y a un montant de correction qui est lui déterminé annuellement et fluctue avec des prix dynamiques qui s?adaptent selon le marché. Par conséquent, si la valeur du prix du gaz augmente dans le temps, la subvention variable à recevoir va diminuer, comme illustré par la figure suivante. https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter- Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent PUBLIÉ https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 82/91 Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas Source : Rijswijk Centre for Sustainable Geo-Energy (TNO 2024) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 83/91 Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 84/91 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage Source ? rapport d?audit de l?Ademe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 85/91 Les facteurs de risque sont synthétisés ci-dessous : Source : (Ademe 2018) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 86/91 Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 87/91 Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 88/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 89/91 Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 90/91 Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires 1- Périmètres de protection rapprochée (PPR) d?eau potable 2- Zones Natura 2000 PUBLIÉ Site internet de l?IGEDD : « Les rapports de l?inspection » PUBLIÉ https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0 https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0 Sommaire Résumé Liste des recommandations Introduction 1 Des enjeux importants de déploiement des énergies renouvelables avec une part encore marginale de la géothermie 1.1 Les doublets géothermiques et leur variante avec stockage intersaisonnier en nappe 1.2 Un cadre politique européen et national ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables 1.3 Une part encore marginale de la géothermie dans la consommation énergétique 1.4 Des superficies de bâtiments et des usages adaptés 1.5 Une faible empreinte carbone 2 Les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage 2.1 Un climat tempéré et une forte urbanisation 2.2 Un aquifère approprié dont les ressources sont connues 2.3 Les facteurs de rentabilité et de performance des ATES aux Pays-Bas 2.3.1 Une baisse des coûts d?investissement grâce aux innovations 2.3.2 Les coûts d?exploitation dépendent principalement de la performance des pompes à chaleur 2.3.3 Un prix du gaz élevé rendant compétitif les ATES aux Pays-Bas 2.4 Une politique de subvention nationale 2.4.1 Une politique de soutien évolutive selon la maturité technologique aux Pays-Bas 2.4.2 En France, adapter les critères de subvention pour une meilleure efficacité 3 La géothermie sur nappe comporte des risques environnementaux et techniques qu?il convient de prévenir 3.1 Les modèles d'écoulement et la qualité des eaux souterraines peuvent être influencés 3.1.1 La demande peut utiliser presque tout le volume de la nappe 3.1.2 Les écoulements des nappes peuvent être perturbés 3.1.3 La qualité de la nappe peut être affectée 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets Conclusion Annexes Annexe 1. Lettre de commande Annexe 2. Liste des personnes rencontrées Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires INVALIDE) (ATTENTION: OPTION ) de 2015 sur le stockage souterrain d?énergie thermique, la température moyenne des eaux souterraines (non thermales) en France métropolitaine est généralement comprise entre 10 et 15°C, ce qui correspond au domaine de développement des bactéries autochtones dites psychrophiles (température inférieure à 20°C). L?injection d?eau plus chaude risque d?augmenter le développement de certains microorganismes mésophiles (entre 20 et 45°C) et/ou thermophiles (au-delà de 45°C), potentiellement pathogènes. Les conséquences pour la nappe pourraient devenir significatives si plusieurs dispositifs de géothermie venaient à être implantés dans un même aquifère alors qu?elles resteraient probablement négligeables dans le cas de dispositifs isolés. La prolifération bactérienne peut induire une contamination de la nappe par des pathogènes, la formation de biofilms microbiens provoquant un colmatage de la crépine du forage et la corrosion des équipements métalliques par des bactéries sulfato-réductrices. En France, selon l?arrêté du 29 mai 2024, l?activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d'eau exploitée de plus de 4°C à 200 m des échangeurs géothermiques de production ou de réinjection. La température maximale de réinjection ne doit pas dépasser 32°C. Aux Pays- Bas, la température de rejet ne doit pas excéder 25°C (avec une possibilité de dérogation). En conclusion, afin de prévenir les principaux risques environnementaux sur la nappe, des mesures préventives sont nécessaires pour l?équilibre annuel des besoins de température (chaud/froid). La surveillance de la nappe, ainsi que la conception des forages (cimentation, bentonite) permettent de réduire les risques de fuite, de communication des nappes et de transfert de pollution. Un autre facteur important est la définition d?un espacement minimal entre forages et la planification de l?emplacement des forages afin d?éviter les phénomènes d?interférence entre forages géothermique. 38 La mission s?est interrogée, compte tenu des variations de pression (en cas de forage de profondeur avoisinant 500 m) et des dégazages qui s?ensuivent, et donc des modifications des potentiels redox ou d?équilibre calco- carbonique, sur la possibilité de faire fonctionner les équipements géothermiques dont la PAC, sans injection plus ou moins continue d?adoucisseur d?eau, de produit anti-bactérien, etc. PUBLIÉ https://www.ineris.fr/fr/stockage-souterrain-energie-thermique-contexte-transition-energetique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 37/91 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées Depuis 2014, l?Ademe a mis en place une démarche d'audit des systèmes de géothermie de surface subventionnés dans chaque région La mission a recueilli des données sur les anomalies relevées dans cinq régions, sur 95 installations auditées, dont 40 exploitées sur nappe. Figure 29 : Anomalies techniques sur la GMI sur 95 installations de cinq régions (Source : mission sur la base des audits régionaux de l?Ademe)39 Ces audits montrent que les systèmes de géothermie de surface présentent douze types d?anomalies sur les pompes à chaleur (PAC)40 et cinq sur la nappe. Dans les régions auditées, plus de 60% des installations n?ont pas de suivi de la PAC (compteurs thermiques, de débit et électriques) ou de système d?asservissement. Or, le surdimensionnement ou la non-optimisation de la PAC, ou l?absence d?asservissement ou de calorifuge engendrent une hausse des coûts de consommation électrique. La mission relève que les risques audités concernant la nappe sont d?ordre technique et que les risques environnementaux ne sont pas audités par l?Ademe, comme le défaut d?étanchéité ou de corrosion, ou la modification de la piézométrie de la nappe au niveau des forages. 39 Sur le schéma, l?injectivité est une mesure de la facilité avec laquelle l'eau peut être injectée dans la nappe. Elle dépend de multiples facteurs géologiques, hydrauliques et opérationnels. 40 Ces anomalies détectées sur la PAC peuvent également être rencontrées dans la géothermie sur sonde et en mer. Les données n?étaient pas distinctes selon les types de géothermie. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Risque de recyclage dans la nappe Productivité de la nappe Pas d'équipement de suivi de la nappe Injectivité dans la nappe Suivi de la nappe Performance de la PAC Entretien de la PAC Débit de la PAC Conformité selon les guides de l'Ademe Abscence de calorifuge sur la PAC Risque réglémentaire de légionnelle Pompe de la PAC Hydraulique de la PAC Surdimensionnement de la PAC PAC non optimisé Asservissement de la PAC Suivi de la PAC Les Hauts-de-France Champagne Ardenne Normandie Pays de la Loire Occitanie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 38/91 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques Le manque de suivi Contrairement aux Pays-Bas, il n?existe pas en France de transmission à l?administration d?un suivi de la géothermie sur nappe, concernant la performance énergétique et l?impact sur la nappe. Le manque de suivi des PAC géothermiques et de la nappe ne permet pas de connaître précisément la quantité d?eau pompée et réinjectée dans le sol, le rendement des équipements et l?énergie consommée et générée. Pour toute nouvelle installation de production d?électricité, le Code de l?énergie prône la prise en compte de l'efficacité énergétique par l?autorisation d?exploiter (art. L311-5) et établit un principe de contrôle des installations et de mise à disposition de l'administration des résultats de ce contrôle (art. L311-13-5). Ces principes pourraient utilement être étendus aux installations de production de chaleur. L?absence d?asservissement Outre la PAC, une installation de géothermie comporte des pompes de circulation situées en amont et en aval pour assurer une extraction efficace de l'eau souterraine et son retour approprié dans la nappe phréatique après l'échange de chaleur. Elle peut aussi comporter une pompe de circulation entre l'échangeur de chaleur et la PAC pour des raisons spécifiques (comme la protection contre le gel). L?absence d?asservissement signifie que la PAC ne transmet pas d?information aux pompes qui fonctionnent alors en continu même lors de l?arrêt de la demande en énergie. Il en découle une surconsommation en électricité et une usure prématurée des pompes. La simulation ci-dessous réalisée par l?Ademe, montre une augmentation de 50% du coût de l?électricité de pompage d?un système non asservi. Figure 30 : Effet de l?absence d?asservissement sur les coûts de consommation électrique (Source : Ademe Pays-de-la-Loire, 2017) Le colmatage peut entraîner une baisse des possibilités de réinjection dans la nappe La pérennité des doublets géothermiques sur nappe est conditionnée à la possibilité de pouvoir pomper l?eau souterraine puis de la réinjecter. Le colmatage de la boucle géothermale, en particulier des échangeurs et des forages est un problème courant qui peut affecter la réinjection de l?eau dans la nappe. Le colmatage intervient en raison de la qualité de l?eau souterraine (présence de fer ou manganèse PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/section_lc/LEGITEXT000023983208/LEGISCTA000023986314/ https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000031069738 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 39/91 pouvant précipiter en cas d?oxydation, présence de carbonates pouvant précipiter en cas de relargage de gaz carbonique dans le circuit du fait des changements de pression, présence de sédiments fins sableux et argileux), du développement de biofilms bactériens (générés par des modifications du potentiel redox de l?eau et favorisés par une hausse de température), de systèmes de filtration défectueux, sous-dimensionnés ou mal entretenus, de forages mal cimentés, ou de variations de débits et de pression lors de l?exploitation (voir Annexe 21)41. Des problèmes de colmatage de forages ont été observés par l?Ademe notamment en Pays-de-la- Loire, Normandie et Champagne Ardenne, et sont susceptibles de mettre en arrêt le système. Par exemple en 2012, dans un immeuble à Orléans, des problèmes de colmatage et de fortes concentrations de bactéries ferrugineuses sont apparus dès les premiers mois d?utilisation d?un doublet et ont entraîné de nombreuses réparations puis l?abandon des installations42. L?Ademe recommande d?optimiser la conception des forages, une maintenance régulière et une surveillance de la qualité de l?eau pour contrôler la formation de biofilms. Les Pays-Bas (Bloemendal et al., 2023) ont établi des normes strictes pour la conception, la construction et l'exploitation des installations géothermiques afin de prévenir les problèmes de colmatage, avec des inspections régulières de l?autorité provinciale (pour l?ATES). L'entrepreneur est responsable de la maintenance, ce qui l'incite à construire des puits de haute qualité. Les normes de conception de l'ATES interdisent l'installation de grilles à travers les zones redox. Les normes de l'industrie de l'eau potable relatives au dimensionnement du massif filtrant et à l'étanchéité des puits ont été adoptées pour empêcher l'intrusion de sable dans les puits et le court- circuitage de l'aquifère. Les normes prévoient également un entretien en temps opportun. La recommandation 2 vise à rendre obligatoire dans le dossier de demande de subvention, l?indication par le porteur de projet dans le formulaire en ligne de demande, du suivi prévu (bilan énergétique, économique et environnemental des projets) et de l?usage d?un système techniquement efficient. 41 Le rapport final du projet Geoclogging sur les colmatages de la géothermie sur nappe. https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline- files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf 42 BRGM 2020 « Retour d?expérience sur l?opération de doublet géothermique de l?immeuble Le Loiret à Orléans (Loiret) ». http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf . PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Guide%20d%27aide%20%C3%A0%20la%20d%C3%A9cision%20Geoclogging.pdf http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-69200-FR.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 40/91 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays La géothermie dite de surface concerne une profondeur de 10 à 200 m en France et de 0 à 500 m aux Pays-Bas. Elle fait l?objet en France d?une procédure simplifiée, dite de géothermie de minime importance (GMI), avec une déclaration via un téléservice (Annexe 22). La procédure de GMI fonctionne sur le principe de « premier arrivé, premier servi » en France. Ce système prévalait jusqu? en 2009 aux Pays-Bas, qui a mis en place depuis une planification spatiale fine afin d?éviter des phénomènes d?interférence entre forages et de prévenir les incidences, notamment sur la nappe. En France, dans les zones autorisées à la GMI, la réglementation ne prévoit pas la réalisation d?étude d?impact. Le suivi des installations, notamment sur le plan des performances énergétiques et de l?impact sur la nappe, est obligatoire en France mais ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration pour vérification, contrairement aux Pays-Bas. La maîtrise des risques concernant le sol, le sous- sol ainsi que les nappes phréatiques à court, moyen et long termes n?est donc pas complètement garantie par la réglementation en France. 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques La profondeur permettant la distinction entre géothermie de surface et profonde est de 500 mètres aux Pays-Bas sans limitation de puissance, avec une température de réinjection inférieure à 25°C. Par ailleurs, la réglementation porte aussi sur le stockage souterrain d?énergie ce qui n?est pas le cas en France. Le régime d?autorisation (et de contrôle) de la géothermie profonde relève des autorités environnementales de l?État, plus précisément du département national des mines du ministère des affaires économiques et du climat. Celui de la géothermie de surface relève du niveau provincial (systèmes ouverts ATES nécessitant un permis) ou communal (systèmes fermés BTES nécessitant une déclaration). Le niveau local peut compléter les exigences nationales par des critères spécifiques pour prendre en compte l?environnement. La loi « Omgevingswet » (signifiant « loi sur l'environnement ») entrée en vigueur en janvier 2024, a fusionné vingt lois et codes (nature, eau, forêt, urbanisme, émissions industrielles). Cela a permis la simplification de la procédure d?autorisation environnementale devenue unique, réduisant le délai d?instruction des permis de six mois à huit semaines. Le point d?entrée de toute demande d?autorisation se fait par un portail numérique dans lequel toutes les réglementations sont intégrées. Le rapport de demande de permis (Annexe 23) déposé par le maître d?ouvrage comprend l?évaluation environnementale du projet. Celle-ci porte sur les sujets suivants : niveau de la nappe souterraine, interférences avec les forages d?alimentation en eau potable et systèmes ATES à proximité, pollution des sols, zones naturelles (dont Natura 2000) et archéologiques. Elle ne vise pas les risques de sismicité et d?affaissement du terrain jugés a priori absents pour les ATES. Les municipalités, dont celle de la ville de la Haye, collaborent étroitement avec les provinces pour la validation des permis et mènent en amont une planification spatialisée de l?utilisation du sous- sol à l?échelle de leur territoire afin d?éviter les impacts sur l?eau potable, la biodiversité et les interactions entre les installations. La municipalité de la Haye met ainsi en place une planification PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 41/91 des sols et une réglementation particulière pour la géothermie. Un plafond est fixé par habitation à d?extraction nette annuelle de chaleur par mètre de profondeur de sol. La loi rend obligatoire des suivis mensuels et quinquennaux des systèmes ATES par la province. Le suivi mensuel porte sur les débits et températures aux points d'injection et d?extraction, et sur l?énergie consommée et produite. Le suivi quinquennal porte sur le bilan énergétique ; il permet de vérifier que la nappe exploitée atteint un équilibre thermique sur une période de cinq ans, faute de quoi les paramètres du système doivent être modifiés (débit d?injection ou de pompage et température de l?eau injectée). En cas de non-conformité, des pénalités sont appliquées et le permis peut être révoqué. 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration Au-delà de dix mètres de profondeur43, l?usage du sous-sol en France est soumis au code minier. Les réglementations et les procédures administratives concernant la géothermie varient cependant en fonction des profondeurs exploitées : ? entre 0 et 10 m, la géothermie est considérée comme sans forages (échangeurs horizontaux et compacts), et non répertoriée dans la GMI. Il n?existe donc pas d?information sur ces installations (puits canadiens, structures thermiques, échangeurs ouverts) ; ? entre 10 et 200 m de profondeur et avec une puissance thermique maximale de 500 kW44 , la géothermie relève de la géothermie de minime importance (GMI). Si l?opérateur opte pour un système avec échangeur ouvert (donc avec un doublet), trois critères doivent être respectés : température de l?eau en sortie du puits d?injection inférieure à 32?°C, débits prélevés inférieurs à 80 m3/h et équilibre entre volume d?eau prélevé et réinjecté45 ; ? au-dessus de ces seuils de profondeur et de puissance et dans les zones « rouges »46 de la cartographie des risques de la GMI, les procédures réglementaires et administratives sont plus complexes et plus longues (environ 1 à 2 ans) et doivent se conformer aux obligations prévues par le code minier47. Elles nécessitent notamment une évaluation environnementale en application de l?article R122-2 du code de l?environnement et une enquête publique. 43 Cependant, les activités exclues du code minier (<10 m) peuvent relever des IOTA (Installations, ouvrages, travaux et aménagements soumis à législation sur l?eau) ou relever d?autres réglementations par connexité (ICPE). 44 Ce seuil serait issu d?un calcul basé sur le seuil de déclaration IOTA de 80 m3/h de prélèvement dans la nappe, multiplié par la capacité calorifique du sous-sol 45 Article 3 du décret n°78-498 du 28 mars 1978 : relatif aux titres de recherches et d'exploitation de géothermie https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true 46 La situation de dépôt d?un dossier de demande d?autorisation de géothermie de surface en zone rouge n?existe en réalité pas selon les interlocuteurs interrogés par la mission. 47 Pour la recherche (Code minier, art. L. 124-1 et L. 141-3), l?exploitation (art. L. 134-1), les titres et autorisations (art. L. 141-3, L. 141-4, L. 143-7, L. 143-13 et L. 144-4), les droits et obligations (art. L. 156-1), les travaux (L. 164- 1), la surveillance et la police (art. L. 177-1), les fouilles et levés géophysiques (L. 414-1) pour les infractions et sanctions pénales (art. L. 513-6). PUBLIÉ https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000041422485/2024-06-16/?isSuggest=true Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 42/91 Les réglementations sur lesquelles repose la GMI sont les suivantes : le décret du 28 mars 1978, relatif aux titres de recherche et d'exploitation de géothermie : fixe les conditions des activités et des installations géothermiques selon le régime légal des mines ; le décret du 8 janvier 2015 relatif aux travaux de recherche par forage et à l'exploitation de la géothermie de minime importance, modifie les deux décrets qui encadrent l?activité géothermique : le décret du 28 mars 1978 relatif aux titres de recherche et d?exploitation de géothermie modifié et le décret du 2 juin 2006. Il instaure la géothermie de minime importance, met en place une procédure simplifiée pour l?exploitant et détermine les conditions d?arrêt d?exploitation ; l?arrêté du 25 juin 2015, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance ; l?arrêté du 20 décembre 2022 relatif au téléservice dédié à l'accomplissement des procédures relatives à la GMI, dénommé « Télé GMI » par le BRGM ; le décret du 15 mars 2024 portant diverses dispositions en matière de GMI, révisant le décret de 2006, instaure l'obligation pour les exploitants de faire attester par une entreprise certifiée les prestations de réalisation de forages de géothermie de minime importance. Par ailleurs, deux arrêtés viennent d?être publiés en 2024 : l?arrêté du 29 mai 2024, relatif aux prescriptions générales applicables aux activités géothermiques de minime importance, modifiant l?arrêté du 25 juin 2015. Il introduit la certification en lieu et place de la qualification pour les entreprises de forage intervenant en matière de GMI, en application de l?ordonnance n°2022-1423 du 10 novembre 2022. L?arrêté lève en outre l?interdiction d?implanter des échangeurs géothermiques au sein d?un périmètre de protection rapproché (PPR) des captages d?eau destinés à la consommation humaine, et soumet à une analyse de compatibilité, réalisée par un expert agréé, les projets de GMI envisagés dans ces périmètres. Il introduit la prise en compte de certains sites naturels pour le choix d?implantation du site de forage, la réalisation et l?exploitation de l?échangeur géothermique ; l?arrêté du 29 mai 2024 fixant les modalités de certification, le référentiel, les modalités d?audit, les conditions d?accréditation des organismes de certification. Il fixe les exigences en matière de certification des entreprises qui réalisent les travaux de forage d'un gîte géothermique de minime importance. Selon le plan de géothermie français, le cadre réglementaire des installations de géothermie prévoit des adaptations pour la géothermie de surface, sous le pilotage de la DGPR : ? « Définir le stockage souterrain d?énergie calorifique de minime importance et déterminer s?il peut être soumis aux critères de la GMI. D?après le code minier, les activités de stockage souterrain d?énergie calorifique sont soumises aux dispositions applicables aux gîtes géothermiques pour la délivrance du titre d?exploitation et l?autorisation préfectorale d?ouverture de travaux miniers. L?article L. 165-2 du code minier prévoit qu?un décret en Conseil d?État fixe les cas où il peut être dérogé en totalité ou en partie à ces dispositions pour les stockages souterrains d?énergie calorifique dits de minime importance ; ? Adapter en 2023 le cadre réglementaire de la GMI aux sondes géothermiques inclinées (non verticales) ». Le plan prévoit éventuellement, de relever le seuil de puissance thermique en GMI à 1 ou 2 MW (contre 500 kW actuellement). La DGPR a saisi l?Ifpen pour étudier l?impact de cette augmentation PUBLIÉ https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 43/91 de puissance, expertise dont le résultat devrait être disponible courant 2024. Le plan ne prévoit pas de modifier le critère de profondeur lié à la GMI. [DGPR] Sous réserve des résultats de l?étude d?impact menée par l'Ifpen et du respect des recommandations de la mission, relever le seuil de puissance de la GMI de 500 kW, au moins jusqu?à 2 MW. 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider En France, la quantité d'énergie produite par chaque installation en géothermie sur nappe reste méconnue. Ces données, pourtant cruciales pour évaluer l'efficacité et l'impact de ces installations, sont absentes des déclarations de GMI dans 57% des cas pour la chaleur et 78% pour le froid, alors que l?arrêté du 20 décembre 2022 prévoit le renseignement des informations relatives à l?efficacité énergétique. Il est à noter que l?absence de ces informations, tout comme du nombre d?heures de fonctionnement, bien que demandées dans le formulaire de télédéclaration, ne bloque pas la déclaration d?un projet dans le téléservice48 (Annexe 22). L?arrêté du 29 mai 2024 (art. 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3) prévoit une surveillance annuelle et décennale. Cette surveillance ne couvre pas l?impact environnemental49, hormis en cas de désordre constaté à l?issue des travaux. La surveillance annuelle comprend « le nombre d'heures de fonctionnement de la pompe à chaleur, les températures en entrée et sortie de la pompe à chaleur, lorsque cette dernière est en fonctionnement nominal ainsi que le relevé de la température maximale sortie de l'échangeur géothermique, les volumes prélevés et rejetés annuellement ». Contrairement aux Pays-Bas50, elle ne prévoit pas le suivi de la consommation et de la production d?énergie. En France, la surveillance décennale est réalisée par inspection vidéo et concerne uniquement les échangeurs géothermiques. Elle est réalisée par une entreprise de forage certifiée. Aux Pays-Bas, ce contrôle de conformité est réalisé par les agents de l?État. Il concerne les puits, les pompes, les filtres, les drains et la nappe et se fait dans un intervalle de temps plus court de cinq ans. L?exploitant doit met en oeuvre des mesures de surveillance mentionnées comme « adéquates » par l?arrêté, dans les zones en amont hydraulique des ouvrages de prélèvement d'eau destinée à l'alimentation en eau potable et dans les zones de nappes stratégiques identifiées par les SDAGE ou SAGE. 48 Accessible par le site https://geothermie.developpement-durable.gouv.fr 49 L?autorité environnementale préconise dans sa note de 2024, afin de s?assurer également de la non dégradation des eaux souterraines, un suivi des eaux souterraines prélevées et réinjectées a minima pour des paramètres physico-chimiques et biologiques, du débit, du volume pompé, de la température, conductivité, piézométrie et pression en tête de forage de réinjection. 50 Au Pays-Bas, un système est piloté par des capteurs reliés à des ordinateurs à chaque point de l?installation suivant : heure, débit, température et consommation électrique. Ces données permettent de produire un tableau de bord transmis à l?autorité environnementale compétente. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 44/91 Cette surveillance ne fait pas l?objet d?une transmission à l?administration (DREAL) et donc de pénalités en cas de manquement de suivi ou de dysfonctionnement. Néanmoins, en cas d'inspection par la DREAL, l'exploitant doit être en mesure de fournir les justificatifs. La DGPR n?a pas été en mesure de fournir à la mission des informations sur le nombre d?inspections réalisées par les DREAL51. [DGPR, DGEC] Compléter le formulaire de téléservice GMI et rendre obligatoire dans l?outil le remplissage des rubriques suivantes : 1) Estimation de la production d?énergie ; 2) Présence de matériel d?asservissement ; 3) Moyens préventifs concernant le colmatage en cas de risque ; 4) Moyens de suivi de la nappe (T°C, débit) et de la pompe à chaleur. Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 pour compléter le suivi annuel du fonctionnement de la GMI avec la consommation et la production d?énergie, rendre obligatoire la transmission aux DREAL du suivi et le contrôle tous les cinq ans par un bureau de contrôle certifié. 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux Aux Pays-Bas, les systèmes ATES sont par principe partout autorisés sauf dans des zones interdites. Ces zones interdites à la géothermie en surface comme en profondeur sont présentées dans la carte ci-après : en vert les périmètres de protection de captages eau potable, en bleu les zones Natura 2000, en jaune les zones interdites au forage pour des ressources stratégiques pour l?eau potable52 et en rouge les zones inondables (« 100 years zone » sur la carte ci-après). 51 Selon la DGPR, depuis l'entrée en vigueur de l'autorisation environnementale pour les travaux miniers à compter du 1er juillet 2023, la police des mines dispose d'une application lui permettant de renseigner toutes ses visites d'inspection. L'utilisation de l'outil se met en place progressivement et la DGPR n?est pas encore en mesure de transmettre un reporting fiable. De manière plus générale, la police des mines procède à des inspections surtout lorsqu'il s'agit de plaintes ou de défauts de qualification de foreurs. Des modifications ont été introduites récemment dans le projet de loi simplification de la vie économique, afin d'autoriser la police des mines à accéder au domicile privé. Enfin les travaux de forage font l'objet d'audits de chantier dans le cadre de la qualification qui est délivrée aux foreurs, ce qui permet de vérifier que les travaux sont réalisés conformément à la réglementation. 52 Il s?agit d?une ressource d?eau souterraine stratégique autour des captages d?eau potable pour un usage existant ou futur : https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics- 2022-ENG-WEB.pdf PUBLIÉ https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf https://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Cijfers/Vewin-Dutch-Drinking-Water-Statistics-2022-ENG-WEB.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 45/91 Figure 31 : Les zones protégées interdites à la géothermie aux Pays-Bas (Source : Dinkelman et al. , 2020) En France, les risques font l?objet d?une cartographie des aléas, uniquement pour la géothermie de surface, dans le cas de la GMI. L?élaboration des cartes des zones réglementaires relatives à la GMI à l?échelle régionale est menée conformément au guide méthodologique national de 2015 et son addendum de 2023, rédigé par la DGPR, le BRGM et le Cerema (Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement). Neuf types d?aléas sont cartographiés en France par le BRGM avec une résolution de 500 mètres dans la cartographie réglementaire de la GMI. De nouvelles cartes régionales sont en cours de finalisation et doivent faire l?objet d?arrêtés préfectoraux fin 2024. Elles permettront des distinctions selon la profondeur et une maille plus fine de 100 x 100 mètres à l?échelle régionale. Les aléas peuvent être regroupés en trois catégories : ? aléas dans le sous-sol : le risque d?affaissement ou de surrection causé par la dissolution ou le gonflement des évaporites, l?affaissement ou l?effondrement des cavités naturelles ou minières, les glissements de terrain ; ? aléas liés à l?eau souterraine : l?artésianisme, la remontée de nappe, le risque de mise en communication d'aquifères de qualité différente, le risque de réinjection d?eau de qualité différente de l?eau pompée et l?avancée du biseau salé en zone littorale ; ? aléas mixtes : le risque de pollution des sols et des nappes souterraines par une fuite du puits de forage. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 46/91 Figure 32 : Niveaux de cotation des aléas (Source :Guide méthodologique national, 2023) La cartographie a été élaborée au niveau de chaque région avec des cotations d?aléas, pouvant varier selon les spécificités régionales. Ainsi les légendes, voire les critères de cotation des aléas peuvent différer. Le guide présente les aléas (appelés « phénomènes redoutés ») et les cotations devant être au minimum utilisés pour les cartes régionales actualisées. Les systèmes ouverts sur nappe présentent un facteur aggravant plus important que ceux fermés (sondes) concernant les problèmes liés à la réinjection et au biseau salé mais curieusement pas pour la pollution des sols et nappes souterraines et la mise en communication d?aquifères. Chaque aléa est noté en multipliant la cotation par le facteur aggravant. Le classement en zone verte (pour rappel permettant la déclaration), orange, rouge résulte de la somme des notes de chaque aléa. Notation Conséquence Vert : 0-13 (83% du territoire) Activité GMI réputée ne pas présenter de dangers et inconvénients graves, ce qui permet la télédéclaration Orange : 14-41 (15% du territoire) Activité GMI non réputée présenter des dangers et inconvénients graves et dans lesquelles est exigée la production de l'attestation par un expert agréé Rouge : > 41 (2% du territoire) Réalisation d'ouvrages de géothermie réputée présenter des dangers et inconvénients graves et ne peut pas bénéficier du régime déclaratif de GMI PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 47/91 Figure 33 : Cartographie de la cotation des aléas (Source : BRGM, 2023) La méthodologie ne garantit pas la prise en compte de certains risques Des défauts techniques au niveau des forages peuvent conduire à des pollutions de l?eau potable et à des accidents liés à la présence de gaz ou autres substances dans le sous-sol. Un avis de l?Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail) de 2011 souligne les risques de pollution des aquifères notamment en périmètre de protection rapprochée (PPR) et la nécessité de la surveillance de la qualité de la nappe. La mission a procédé à l?analyse du recoupement entre les PPR de captages d?eau potable et les zones Natura 2000 avec les coordonnées géographiques des installations de géothermie sur nappe, déclarées en téléservice auprès du BRGM depuis 2015. L?analyse par la mission des données spatiales de la GMI montre que bien que la réglementation française prenne en considération les enjeux de protection de l'eau potable et de la biodiversité, certaines installations de géothermie de surface sur nappe sont présentes dans des zones sensibles (Annexe 25). Ainsi, six installations sont en PPR de captage d?eau potable et au moins douze en zones Natura 2000 qui sont des zones sensibles mais non interdites à la GMI actuellement du point de vue réglementaire. Enfin, les nappes stratégiques à préserver pour l?alimentation en eau potable future, ne sont pas prises en compte dans la carte réglementaire de la GMI alors que des SDAGE (celui de Seine-Normandie 2022-2027 par exemple) les identifient. PUBLIÉ https://www.anses.fr/fr/system/files/EAUX2010sa0047Ra.pdf https://www.eau-seine-normandie.fr/sites/public_file/inline-files/SDAGE_2022-2027.pdf Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 48/91 Zone sensible Description Nombre d?installations présentes Dont après avis d?un expert agréé (zone orange) Régions concernées Périmètre de protection rapprochée de captage d?eau potable Zonage établi autour des captages utilisés pour la production d'eau potable et déclarés d'utilité publique53 6 0 Normandie (5) Centre Val-de-Loire (1) Zone Natura 2000 Conservation d?habitats et d?espèces animales et végétales figurant aux annexes I et II de la Directive "Habitats" (ZSC)54 12 4 Auvergne, Rhône-Alpes (1) ; Bourgogne, Franche- Comté (1) ; Centre-Val-de- Loire (6) ; Provence-Alpes- Côte d?Azur (4) Conservation des espèces d?oiseaux sauvages figurant à l?annexe I de la Directive "Oiseaux" (ZPS) 12 3 Centre Val-de-Loire (7) Grand Est (3) Occitanie (1) Provence-Alpes-Côte d?Azur (1) Figure 1 : Résultats de la superposition des installations de géothermie de surface sur nappe avec les autres zonages réglementaires (Source : mission à partir de l?analyse des données de la GMI du BRGM) En conclusion, la mission constate que la méthodologie actuelle présente des insuffisances : le guide renvoie à des réglementations non prises en compte dans la carte des zones réglementaires de la GMI. C?est ainsi le cas des périmètres de protection rapprochée des captages d?alimentation en eau potable ; l?arrêté du 19 juin 2024 sur la GMI lève l?interdiction actuelle de la GMI en périmètre de protection rapprochée de captage. La mission recommande de restaurer cette interdiction dans un nouvel arrêté ; d?autres zones sensibles à protéger comme les zones naturelles ne sont pas prises en compte par la cartographie des aléas. L?arrêté de 2024 introduit la nécessité de prendre en compte pour le choix d?implantation du site de forage, sans toutefois en interdire l?implantation : les zones humides, les sites Natura 2000, les réserves naturelles nationales et régionales et les parcs nationaux, les espaces naturels sensibles et les sites inscrits ou classés au titre du code de l?environnement (certains de ces espaces sont pris en compte dorénavant dans la définition des zones de protection forte au sens du décret du 12 avril 2022) ; des aléas comme le risque d?affaissement/surrection lié aux niveaux évaporitiques, dès lors que leur cotation est maximale, devraient faire basculer la zone en rouge, interdite à la GMI, alors que la mission a identifié cinq installations déclarées en GMI après 2015 (zones vertes et oranges) en aléa évaporite. Les superficies concernées sont relativement peu importantes (1,14 M d?ha soit 1% du sol de la métropole). 53 https://carteaux.atlasante.fr/apropos 54 https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura PUBLIÉ https://carteaux.atlasante.fr/apropos https://inpn.mnhn.fr/telechargement/cartes-et-information-geographique/nat/natura Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 49/91 [DGPR, BRGM] Modifier l?arrêté du 29 mai 2024 afin d?interdire la géothermie en zone de protection forte des milieux naturels (au sens du décret du 12 avril 2022) et en périmètre de protection rapprochée des captages d?eau potable. Rendre obligatoire dans le formulaire de télé-déclaration de la GMI, le remplissage de rubriques concernant la prise en compte par le projet de géothermie (implantation, travaux et exploitation) de la préservation des captages d?eau potable et des milieux naturels. Réexaminer la méthodologie de cartographie des risques de la GMI avec une évaluation des risques des aléas croisant leur probabilité d?apparition et leur impact potentiel local et la réviser grâce au suivi des impacts des installations. 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets Les problèmes combinés d?interférence des forages, de rareté de l?espace et de durée de l?impact nécessitent la planification de l?installation de la géothermie sur nappe à une échelle allant au-delà des projets individuels. Contrairement aux Pays-Bas, la coordination en France s'effectue actuellement par une simple déclaration sur la base du « premier arrivé, premier servi ». Ce système ne tient pas compte des éventuels effets de cumul des impacts sur l?écoulement et la qualité des eaux souterraines et ne garantit pas une utilisation durable et optimale des sous-sols. Cette absence de régulation pourrait poser difficulté en France, notamment en zones de densité importante de forages comme en région parisienne ou lyonnaise. Espacement entre les installations (entre doublets et avec d?autres forages) Aux Pays-Bas, le développement de la géothermie avait également débuté selon le principe du premier arrivé, premier servi. Les nouveaux systèmes nécessitaient une distance minimale entre les nouveaux puits et les puits existants d'au moins trois fois le rayon thermique maximal55 (qui varie entre 50 et 150 m dans le cas d?ATES), ce qui conduisait en théorie à une utilisation optimale du sous-sol. Une étude de 202156 a montré que des distances plus faibles entre des puits similaires pouvaient être appliquées avec des effets négligeables sur la performance. Ainsi, des puits de même température peuvent être placés plus près les uns des autres (0,5 fois le rayon thermique), tandis que les puits de températures opposées doivent être plus éloignés les uns des autres (plus de trois fois le rayon thermique) pour éviter toute interaction négative. En France, l?arrêté du 29 mai 2024 spécifie que l?exploitant établit une distance minimale, afin de ne pas les perturber de façon significative, avec les ouvrages de prélèvement d?eau voisins, déclarés ou autorisés, et susceptibles d'être influencés par son activité, sans préciser cette distance. En tout état de cause, son activité ne doit pas causer une variation de température de la nappe d?eau exploitée de plus de 4 °C soit aux limites parcellaires soit à 200 mètres des 55 Lors de l'infiltration dans un puits ATES, un volume de forme cylindrique d'eau souterraine chaude/froide se forme autour du puits, c'est ce qu'on appelle le rayon thermique. Il est calculé en fonction de la capacité thermique volumétrique (J/K/m3) de la nappe, V le volume total injecté (m3) et L l'épaisseur de la nappe (m). 56 1Duijff, R., M. Bloemendal, and M. Bakker, Interaction Effects Between Aquifer Thermal Energy Storage Systems. Ground Water, 2021. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 50/91 échangeurs géothermiques de production ou de réinjection hors des limites parcellaires. Selon l?étude de l?Académie des technologies de 2023, la distance entre les deux puits géothermiques doit être de 50 m à 150 m pour éviter les interférences. Planification de l?emplacement des doublets Depuis peu, des plans directeurs du sous-sol municipaux sont élaborés aux Pays-Bas, définissant des zones froides et chaudes où les forages ATES peuvent être implantés de manière à rassembler les puits de même nature, comme le montre la carte de planification souterraine de Gouda ci-après. Figure 34 : Carte de planification spatiale souterraine à Gouda, aux Pays-Bas. Les bandes rouges, bleues et grises indiquent les zones où des puits de stockage d'énergie thermique chaude, froide et sans aquifère, respectivement, peuvent être installés (Source : Bonte et al., 2011) Les Pays-Bas ont développé l?outil WKOtool57 (Water-Warmte-Koude-Opslag) pour faciliter la planification, la conception et l?implantation de systèmes ATES par les professionnels de l'énergie géothermique. Il permet de prendre des décisions éclairées fondées sur des données techniques et économiques pour optimiser la performance des systèmes géothermiques et réduire leur impact environnemental. La cartographie permet d?identifier à l?échelle parcellaire les captages d?eau souterrains, la présence d?autres forages géothermiques et les restrictions réglementaires (nature, géologie, archéologie). [DGEC, DEB] Encourager les intercommunalités souhaitant favoriser le développement de la géothermie à mettre en place un outil de planification de l?implantation des ouvrages prenant en compte les enjeux environnementaux pour accompagner les porteurs de projet et éviter les principaux impacts. 57 https://wkotool.nl/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/sites/default/files/inline-files/Acad%C3%A9mie%20des%20technologies_Rapport-STES_2024.pdf https://wkotool.nl/ https://wkotool.nl/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 51/91 Conclusion Des thèmes importants nécessaires pour optimiser la rentabilité et réduire les risques n?ont pas fait l?objet de développement dans ce rapport, comme l?acceptabilité sociale, la certification et la formation, la recherche et développement sur les nouveaux gisements et les solutions face aux risques futurs (changement climatique, érosion du sol). À ce titre, le plan d?action du 15 avril 2024, pour produire 1 million de pompes à chaleur en France dès 2027, prévoit notamment de stimuler l?innovation aux plus hauts standards écologiques de demain, accompagner la montée en puissance des métiers et améliorer la confiance du citoyen. Les pompes à chaleur géothermiques dont les performances sont supérieures à celle d?une pompe à chaleur aérothermique, pourraient utilement être mises en avant dans ce plan. La complémentarité entre les deux types de géothermie, de surface et profonde, ainsi qu?entre les différentes technologies (sondes, nappes, etc.) mériterait d?être approfondie afin d?alimenter les décideurs sur le meilleur choix en fonction d?une analyse coûts/bénéfices/risques en lien avec la réalité du territoire et des besoins. Enfin, l?usage de la géothermie contribue à la réduction de la consommation d'énergie fossile et des émissions de gaz à effet de serre. Son encouragement par les pouvoirs publics devrait s?accompagner d?un effort de sobriété énergétique par l?ensemble des acteurs. Bénédicte Guery Hanitra Rakotoarison Inspectrice Inspectrice PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 52/91 Annexes PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 53/91 Annexe 1. Lettre de commande PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 54/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 55/91 Annexe 2. Liste des personnes rencontrées Nom Prénom Organisme Fonction France Abécassis Geoffrey Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Conseiller du président Aymard Dimitri ENGIE Solutions Expert géothermie Bailly Guillaume Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chef du bureau du sol et du sous-sol Bommensatt Norbert Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent national géothermie profonde. Bonté Damien IFP Energies nouvelles Ingénieur de recherche Géologue Géothermie, Direction Sciences de la Terre et Technologies de l?Environnement Bouchet Florence Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de la prévention des risques Chargée de mission géothermie Cardona Maestro Astrid Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référente nationale géothermie de surface De Panthou Adrien Equans Commercial director Didier Christophe Bureau de recherches géologiques et minières Directeur des Géoressources Durst, Pierre Bureau de recherches géologiques et minières Chef de projet en géothermie Duwiquet Hugo ENGIE Solutions Expert géothermie PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 56/91 Nom Prénom Organisme Fonction Fakoury Rose-Adeline Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Ingénieure géologue Favereaux Sophie Bureau de recherches géologiques et minières Correspondante scientifique en appui aux politiques publiques dans le domaine de l?environnement Galko Elodie Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires - Cabinet Directrice adjointe du cabinet du ministre Genthon Bénédicte Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Directrice adjointe bioéconomie et énergies Geronimi Jean-Baptiste ENGIE Solutions Directeur Commercial Territoire Ile-de-France Godinaud Jérémy Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Chercheur postdoctoral Gombert Philippe Institut national de l'environnement industriel et des risques Hydrogéologue à la direction Sites et Territoires Graff Jean-Jacques Association Française des Professionnels de la Géothermie Président Invernizzi Philippe Equans Directeur division réfrigération sécurité incendie et activités décarbonation Izard Joséphine Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Cheffe de projet chaleur renouvelable et rénovation énergétique Klein Emmanuelle Institut national de l'environnement industriel et des risques Responsable de l?unité auscultation et surveillance géotechnique et géophysique, direction sites et territoires PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 57/91 Nom Prénom Organisme Fonction Laplaige Philippe Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie Référent géothermie Larroque François Ecole nationale supérieure en environnement, géoressources et ingénierie du développement durable Maître de conférences Larzillière Philippe Engie Solutions Directeur du Bureau Etudes Ile- de-France Laugier Patrick Engie solutions Directeur des affaires publiques et régulation Lecomte Jean-Claude Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires ? Direction générale de l?énergie et du climat Chargé de mission Lenoble Clément Institut national de l'environnement industriel et des risques Chargé de mission auprès du président de l?Ineris Lepin Laure Equans Responsable Energies Décentralisées, Direction du Développement Mikael Philippe Bureau de recherches géologiques et minières Responsable de l?unité géothermie et stockage d?énergie Moch Xavier Association française des professionnels de la géothermie Animateur géothermie Centre- Val de Loire, Coordinateur du réseau des animateurs, Expert géothermie de surface Monnot Pascal Bureau de recherches géologiques et minières Expert en géothermie Peysson Yannick IFP Energies nouvelles Responsable de programme Pomart Armand Association française des professionnels de la géothermie Ingénieur de projets - animateur « filière géothermie » en région PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 58/91 Nom Prénom Organisme Fonction île-de-france, référent géothermie profonde Qechchar Rim Engie Solutions Engineer, Project Manager Stubler Jérôme Equans Directeur général Taillardas Joël Engie Solutions Directeur de la Business Line Territoires et Services Publics Pays-Bas Bernard Anna Ministère de l'Économie et des Finances , Direction générale du Trésor Cheffe du bureau Pilot (études, stratégie et pilotage du réseau internationa)l Bloemendal Martin Université technologique de Delft Associate Professor, Underground Thermal Energy Storage and TNO, Dutch Geological Survey, Lead scientist, Underground Thermal Energy Storage Cjesttmir Hockin Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Géologue Dinkelman Dorien Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) Geoscientist Dragtenstein Ivannia ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Elewaut, Koenraad Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Senior beleidsmedewerker mijnbouwprogramma?s op land Labroue Selma Ministère de l'Économie et des Finances, Direction générale du Trésor Chargée de mission, bureau Pilot PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 59/91 Nom Prénom Organisme Fonction Maral Clotilde Ambassade de France aux Pays-Bas Attachée sectorielle énergie et transport Ouahsine Samy Ambassade de France aux Pays-Bas Conseiller Développement Durable et Industrie Régional - Chef de Secteur Ramsak Paul Netherlands Enterprise Agency (NEA) Coprésident de l'Initiative GEOTHERMICA, Département énergie, mise en oeuvre des politiques, innovation Schakel Vincent Equans, Installect Bedrijven Directeur Schrover Mark ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Owner & Consultant at IWSS Stulp Marinus Municipalité de la Hague Vergunningverlener & Toetser Omgevingswet en adviseur Mijnbouw bij de Omgevingsdienst Haaglanden Tjon-Ka-Jie Kimberley Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Equipe chaleur transition énergétique (systèmes collectifs) Van Bergen Frank Rijswijk Centre for Sustainable Geo-energy Program coordinator Van de Velde Menno ODH - Omgevingsdienst Haaglanden / service environnemental de la Hague Teamleider Ruimte & Ondergrond, afd. Toetsing en Vergunningverlening bij Omgevingsdienst Haaglanden Wienk Wouter Netherlands Enterprise Agency (NEA) Senior adviseur, Duurzame Energie Decentraal, Team Duurzame Warmte PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 60/91 Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur Source Bordeaux INP Ensegid, 2024 PUBLIÉ https://terra-energy.be/fr/ates-btes/ete/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 61/91 Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France Répartition régionale des puissances installées en géothermie sur nappe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 62/91 Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 63/91 Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 64/91 Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France ? Données : Les variables disponibles analysées pour la modélisation sont décrites dans le tableau suivant : $ Nom de la variable Unité Description Remplissage O : Obligatoire, N : non obligatoire CODE_GMI Numéro d'identifiant national d'installation GMI O CODE_BSS Identifiant de la relation entre ouvrages de la BSS O DATE_D Date de transmission de la déclaration O Numéro d'identifiant de la déclaration GMI O DATE_E Date de dépose du Rapport de Fin de Forage (RFF) ouvrant droit à l'exploitation O X m, Lambert 93 Coordonnée X au barycentre des échangeurs souterrains O Y m, Lambert 93 Coordonnée Y au barycentre des échangeurs souterrains O Code postal à la localisation de l'installation O Code INSEE à la localisation O Nom du département à la localisation O REGION Nom de la nouvelle région à la localisation O TYPE Type d'échangeur pour l'installation O PUISS kW Puissance thermique en kw déclarée en GMI O PUISS kW Puissance calorifique délivrée par la PAC en mode chauffage et production d'eau chaude sanitaire, en kW N PUISS kW Puissance frigorifique délivrée par la PAC en mode climatisation, en kW N USE Valeurs : Chauffage, Chauffage + Refroidissement, Eau chaude sanitaire N BAT Secteur déterminé du bâtiment raccordé à l'installation N SURF m² Nombre de mètres carrés raccordés à la pompe à chaleur (PAC) N ECART m Espacement entre le(s) puits de réinjections et le(s) puits de production N DEBIT m3/h Débit nominal de fonctionnement, prélèvement et réinjection, en m3/h O RISQUE Couleur de la carte réglementaire lors de la déclaration des ouvrages de l'installation, avec (1) vert, (2) orange O PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 65/91 ? Méthode de modélisation : L?objectif est d?identifier les variables qui agissent réellement sur la production potentielle de la géothermie sur nappe et qui mériteraient une attention particulière pour de nouvelles installations. Les « Random Forest » ou « forêts aléatoires » sont une méthode d'apprentissage statistique issue de Breiman (2001) largement utilisée dans de nombreux domaines de la recherche scientifique en raison de leur capacité à apprendre des relations complexes entre les variables d'entrée et de sortie et aussi de leur capacité à traiter des données de haute dimension. ? Résultats : La qualité du modèle de Random Forest, qui est le ratio entre la variance expliquée par le modèle et la variance à expliquer (Puissance) est élevée avec 85.59 %. Le modèle est donc robuste. Il classe les variables explicatives selon leur importance de la manière suivante : PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 66/91 Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 67/91 Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas Paramètres Barrière Barrière possible Conditions fa- vorables Profondeur <50, >500 m 50-500 m Épaisseur de la couche de sable <10m 10-15 m > 15 m Conductivité hydraulique horizontale <5 m/j > 5 m/j Présence ou absence de couche de confine- ment (argile) épaisseur > 5 m Epaisseur < 5 m Failles < 1 km > 1 km Vitesse d'écoulement de l'eau souterraine > 25 m/an < 25 m/an Concentration en chlorures (légale) 1 g/l > 1 g/l Zones de protection des eaux souterraines (lé- gales) Dans la zone En dehors de la zone Source : TNO 2024 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 68/91 Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas Potentiels ATES aux Pays-Bas (Source : RVO, 2012) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 69/91 Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France Géothermie de surface sur nappe (à noter que les cartes sont régionales et que la légende diffère selon les régions, un exemple est donné pour l?Alsace ci-dessous) Source : https://www.geothermies.fr/espace-cartographique PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/espace-cartographique Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 70/91 Zoom sur l?Alsace avec les installations existantes : Source : https://www.geothermies.fr/viewer/ PUBLIÉ https://www.geothermies.fr/viewer/ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 71/91 Géothermie profonde Source : BRGM PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 72/91 Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas Les modèles sont présentés dans le tableau suivant : Nom du modèle Source de données Usage Modèles géologiques numériques : GeoTOP (pour les 50 premiers mètres), BRO- DGM (en surface) et DGM-deep (en profondeur) 540 000 journaux de forage 430 000 investigations de forage 135 levés sismiques 3D 5 800 puits pétroliers Cartes géologiques numérisées Profil lithostratigraphique en 2D ou 3D du sous-sol Modèle hydrogéologique (REGIS II) Cartographie des couches selon la perméabilité BRO Géomorphologie : relief, la genèse et l'âge, dépôts fluviaux Mise à jour régulière, analyse des chercheurs de Wageningen Suivi spatial de la résilience au climat Profondeur de la nappe phréatique Mesures Planification de l?usage de l?eau PUBLIÉ https://www.dinoloket.nl/en/bro-geomorphological-map Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 73/91 Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 74/91 Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas Localisation Année d?instal- lation Type de bâtiments Type de puits Débits (m3/h) Puissance (kW) Poederoijen 2014 Monument Doublet 20 160 Sliedrecht 2013 Centre de soin Doublet 40 310 Amsterdam 2010 Immeuble de bureaux Monowell 100 823 Hoogeveen 2009 Logements Doublet 80 650 Utrecht 2010 Centre de réhabilitation Monowell 20 115 Deventer 2014 Centre innovation Doublet 70 540 Schiedam 2010 Logements Doublet 100 340 Amsterdam 2011 Gymnase Monowell 20 140 Amsterdam 2009 Centre d'exposition et de congrès Monowell 60 550 Amsterdam 2019 Logements Monowell 45 240 Venlo 2019 Bureau Doublet 70 600 Alphen aan den Rijn 2020 Education Monowell 30 240 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 75/91 Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays Source : https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart. Les indices des prix à la production manufacturière mesurent les variations des prix « départ usine » des produits. Ils excluent toutes les taxes, marges de transport et marges commerciales que l'acheteur peut avoir à payer. On entend par production manufacturière la fabrication des biens semi-transformés et autres biens intermédiaires, ainsi que des produits finis. L?usage de l?IPP et non des indices de prix à la consommation (IPC) est lié au fait que la géothermie sur nappe est destinée principalement à des entreprises et des industries et non pas directement aux consommateurs individuels. PUBLIÉ https://data.oecd.org/fr/price/indices-des-prix-a-la-production-ipp.htm#indicator-chart Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 76/91 Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 77/91 Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique Pour tenir compte des différentes composantes des coûts, il est nécessaire de calculer un critère de coût complet moyen de production d?un mégawatt-heure ? également appelé Levelized Cost Of Energy (LCOE) dans ce rapport et utilisé également pour les autres énergies renouvelables (Ademe 2022; 2019). Il est défini de la manière suivante : ???? = ??0 ? + ? ? + ? Le LCOE s?exprime alors comme la somme de la valeur de l?annuité constante correspondant à l?investissement et les charges fixes (coûts d?entretien avec les pièces de rechange et la main d?oeuvre) divisés par la production annuelle, plus le coût variable notamment le prix de la consommation électrique par MWh. L?annuité constante annuelle est issue de la multiplication entre le capital initial noté ?0 et un coefficient d?actualisation noté A. ? = ? (1 + ?)?? Où r est le taux d?actualisation, composé par le taux d?amortissement financier de l?investissement et la valeur du temps dans les projets d?intérêt public. t est la durée de vie de l?installation. La performance énergétique est analysée dans les deux pays à travers 4 critères : - COP : il ne prend en compte que le chaud car la puissance en froid n?est pas renseignée en France. Les puissances sont en kw. PUISS_CHAUD : puissance en chauffage et PUISS_ABS : puissance absorbée. - Consommation électrique : - Consommation de gaz équivalente : - Consommation électrique par m2 : Nous avons estimé les consommations énergétiques par m² notée ??????2des bâtiments qui ont reçu des subventions par le ratio suivant : ?????_?2 = ?????????/??????? ????????? représente la consommation électrique annuelle des PAC tandis que ??????? est la PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 78/91 surface totale du bâtiment. Nous comparons aux classes énergétiques des diagnostics de performance énergétique. Cette méthode reste imparfaite car nous ne prenons pas en compte les autres sources de consommation électrique du logement (lumière, cuisson, appareils électroménagers ?) mais présente l?avantage d?être facile à lire. PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 79/91 Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas En France : Source : Le prix du gaz pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 : données récoltés janvier 2024) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 80/91 Source : Le prix de l?électricité pour des industriels (https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 données récoltés janvier 2024) Aux Pays-Bas : Source : https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Prix du gaz naturel | Bandes de consommation non-ménages | 28 433 jusqu'à 284 333 m³ Prix de l'électricité | Bandes de consommation non-ménages | 500 jusqu'à 2 000 MWh 1 m³ ? 10,55 kWh ? 0,01055 MWh - 50 100 150 200 250 300 350 P ri x d e l'é n er gi e (¤ /M w h ) Période Prix moyen du gaz (euros/MWh) Prix moyen de l'electricité (euros/MWh) PUBLIÉ https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/prix-de-lenergie-0 https://opendata.cbs.nl/#/CBS/en/dataset/85666ENG/table Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 81/91 Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas Le montant de base de la subvention reste identique pendant toute la période de subvention. Il y a un montant de correction qui est lui déterminé annuellement et fluctue avec des prix dynamiques qui s?adaptent selon le marché. Par conséquent, si la valeur du prix du gaz augmente dans le temps, la subvention variable à recevoir va diminuer, comme illustré par la figure suivante. https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter- Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent PUBLIÉ https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent https://www.mazars.fr/Accueil/Insights/Publications-et-evenements/Newsletters/Newsletter-Green-Exploration/Monde-bas-carbone-Les-Pays-Bas-innovent Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 82/91 Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas Source : Rijswijk Centre for Sustainable Geo-Energy (TNO 2024) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 83/91 Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 84/91 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage Source ? rapport d?audit de l?Ademe PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 85/91 Les facteurs de risque sont synthétisés ci-dessous : Source : (Ademe 2018) PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 86/91 Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 87/91 Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 88/91 PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 89/91 Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France PUBLIÉ Rapport n° 015516-01 Juin 2024 Comparaison des facteurs favorisant le développement des doublets géothermiques de surface avec stockage sur nappe, aux Pays-Bas et en France métropolitaine Page 90/91 Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires 1- Périmètres de protection rapprochée (PPR) d?eau potable 2- Zones Natura 2000 PUBLIÉ Site internet de l?IGEDD : « Les rapports de l?inspection » PUBLIÉ https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0 https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=liste-actualites&lang=fr&id_mot=1187&debut_rub_actus=0 Sommaire Résumé Liste des recommandations Introduction 1 Des enjeux importants de déploiement des énergies renouvelables avec une part encore marginale de la géothermie 1.1 Les doublets géothermiques et leur variante avec stockage intersaisonnier en nappe 1.2 Un cadre politique européen et national ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables 1.3 Une part encore marginale de la géothermie dans la consommation énergétique 1.4 Des superficies de bâtiments et des usages adaptés 1.5 Une faible empreinte carbone 2 Les conditions favorables à la géothermie de surface et au stockage 2.1 Un climat tempéré et une forte urbanisation 2.2 Un aquifère approprié dont les ressources sont connues 2.3 Les facteurs de rentabilité et de performance des ATES aux Pays-Bas 2.3.1 Une baisse des coûts d?investissement grâce aux innovations 2.3.2 Les coûts d?exploitation dépendent principalement de la performance des pompes à chaleur 2.3.3 Un prix du gaz élevé rendant compétitif les ATES aux Pays-Bas 2.4 Une politique de subvention nationale 2.4.1 Une politique de soutien évolutive selon la maturité technologique aux Pays-Bas 2.4.2 En France, adapter les critères de subvention pour une meilleure efficacité 3 La géothermie sur nappe comporte des risques environnementaux et techniques qu?il convient de prévenir 3.1 Les modèles d'écoulement et la qualité des eaux souterraines peuvent être influencés 3.1.1 La demande peut utiliser presque tout le volume de la nappe 3.1.2 Les écoulements des nappes peuvent être perturbés 3.1.3 La qualité de la nappe peut être affectée 3.2 Des risques techniques fréquents nuisent à la performance et à la durabilité de la géothermie sur nappe en France 3.2.1 Dix-sept anomalies techniques relevées 3.2.2 Des exemples de dysfonctionnements techniques 4 La réglementation, un levier pour exploiter durablement le sous-sol 4.1 La réglementation de la géothermie de surface diffère dans les deux pays 4.1.1 Aux Pays-Bas, la réglementation ne limite pas la puissance mais garantit l?analyse et le suivi des risques 4.1.2 En France, la géothermie de minime importance limite les puissances installées mais ne nécessite qu?une simple déclaration 4.2 Le formulaire de téléservice au titre de la GMI est à compléter et la surveillance à consolider 4.3 La cartographie des risques sur laquelle s?appuie la GMI devrait s?enrichir d?autres enjeux environnementaux 4.4 Une planification des sites favorables faciliterait le travail des porteurs de projets des doublets géothermiques relevant de la GMI tout en réduisant les risques et les impacts sur l?environnement des projets Conclusion Annexes Annexe 1. Lettre de commande Annexe 2. Liste des personnes rencontrées Annexe 3. Principe de fonctionnement d?une géothermie sur nappe avec une pompe à chaleur Annexe 4. Caractéristiques des installations de GMI sur nappe en France Annexe 5. Cartographie des installations de géothermie en France Annexe 6. Facteurs d?optimisation des doublets géothermiques en France Annexe 7. Surface moyenne par usage de la GMI sur nappe en France Annexe 8. Critères de stockage d?énergie en profondeur aux Pays-Bas Annexe 9. Potentiel des ressources pour des ATES aux Pays-Bas Annexe 10. Potentiel des ressources pour la géothermie sur nappe en France Annexe 11. Modèles sur le sous-sol aux Pays-Bas Annexe 12. Profil du sous-sol autour de l?Ile de France Annexe 13. Les projets ATES étudiés aux Pays-Bas Annexe 14. Evolution de l?Indice de Prix à la Production manufacturière dans les deux pays Annexe 15. Evolution des coûts de maintenance des ATES aux Pays-Bas Annexe 16. Méthode de calcul de rentabilité et de performance énergétique Annexe 17. Evolution des prix du gaz et de l?électricité en France et aux Pays-Bas Annexe 18. Fonctionnement de la modulation des subventions SDE ++ aux Pays-Bas Annexe 19. Partenariats publics-privés aux Pays-Bas Annexe 20. État des nappes en France en période de sécheresse de 2023 Annexe 21. Facteurs de risque de colmatage Annexe 22. Formulaire de télédéclaration de la GMI en France Annexe 23. Formulaire de demande d?autorisation d?ATES aux Pays-Bas Annexe 24. Principaux acteurs d?un projet de géothermie en France Annexe 25. Installations localisées dans des zonages réglementaires INVALIDE)