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Géothermie

  • Issu du grec ancien géo (« Terre ») et thermos (« chaud »), le terme géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre, l’énergie thermique issue de la Terre et les technologies qui visent à utiliser cette source d’énergie naturelle. 

    La géothermie consiste à utiliser la chaleur de la Terre pour produire du chauffage, du rafraîchissement, du froid industriel ou de l’électricité. 

    Les premières traces d’utilisation de la chaleur naturelle de la Terre remontent à 20 000 ans avant J-C., comme en témoigne le site archéologique de Niisato au Japon. La présence de sources d’eau et de vapeurs chaudes permettant alors déjà de se chauffer, de cuire des aliments ou de se baigner. 

    Pour aller plus loin : Questions-Réponses sur les géothermies, Syndicat des énergies renouvelables avec le soutien de l’ADEME, 2024

    • Une énergie locale : la géothermie utilise une ressource directement accessible sous nos pieds, sans dépendre d’un réseau de transport d’énergie longue distance. Elle contribue à renforcer notre souveraineté énergétique et à stabiliser les coûts pour les collectivités, les industriels, les agriculteurs et les consommateurs.
    • Une énergie non intermittente : la chaleur de la Terre est constante et indépendante des conditions météorologiques ou du cycle jour/nuit. La géothermie fournit une énergie stable et continue, 24h/24 et toute l’année.
    • Une énergie renouvelable : l’énergie thermique de la Terre est inépuisable à l’échelle du temps humain. En gérant correctement les prélèvements et les réinjections dans le sous-sol, l’eau géothermale peut être exploitée sans s’épuiser. 
    • Une énergie décarbonée : la géothermie exploite une source de chaleur naturellement présente dans le sous-sol, sans combustion d’énergies fossiles.  Les émissions de CO2 liées au forage, à la construction et à la maintenance de centrales géothermiques sont très faibles comparées aux centrales thermiques. 
    • Une énergie au rendement élevé : l’efficacité énergétique d’une installation géothermique profonde destinée au chauffage est très élevée. La chaleur extraite du sous-sol est directement utilisée, sans conversion complexe. 
    • Une emprise au sol limitée : une centrale géothermique nécessite peu de surface (1 à 3 hectares). 

    Pour aller plus loin :

    • La géothermie profonde, une énergie décarbonée d’avenir (2021), vidéo réalisée par l’ADEME et le BRGM :

  • Parfois aussi appelée de minime importance, de très basse énergie ou de très basse température.

    La géothermie de surface consiste à capter la chaleur du sous-sol au moyen de sondes ou de puits (en cas de présence d’un aquifère* peu profond).
    Profondeur : < 200m
    Température : < 30°C.
    Usages : produire du chauffage, de l’eau chaude sanitaire, de la climatisation ou du rafraîchissement pour des bâtiments neufs ou rénovés (maisons individuelles, immeubles résidentiels ou tertiaires).

    *formation géologique suffisamment poreuse ou fissurée et gorgée d’eau. 

  • Parfois aussi appelée géothermie de basse température à très haute température. 

    Panorama des géothermies

    La géothermie profonde exploite l’énergie du sous-sol au moyen de forages. L’eau chaude naturellement présente dans les aquifères* souterrains est remontée par pompage puis transfère une partie de ses calories à un réseau de chaleur en surface via un échangeur thermique, avant d’être réinjectée dans le sous-sol, dans son milieu d’origine. 

    Profondeur : > 200m et jusqu’à plusieurs kilomètres
    Températures : > 30°C et jusqu’à plus de 150°C 

    Usages : produire du chauffage, du froid industriel ou de l’électricité. La géothermie profonde sert à alimenter des réseaux de chaleur urbains, des industries, des exploitations agricoles (chauffage de serres, pisciculture, séchage) ou des équipements aqualudiques (piscines, thermes). Dans les zones volcaniques, au vu des températures élevées généralement présentes, la géothermie profonde sert à la production d’électricité.

    *aquifère : formations géologiques suffisamment poreuses ou fissurées et gorgées d’eau. 

    source de l'image : BRGM, sur le site geothermies.fr

    Le projet Lithium de France relève de la géothermie profonde et vise une production de chaleur géothermale à destination de réseaux de chaleur de collectivités territoriales, d’industries ou encore d’exploitations agricoles.

    Pour aller plus loin :

  • Carte des ressources géothermiques profonde en France métropolitaine, source : BRGM

    Dans les réservoirs aquifères* profonds des bassins sédimentaires (Bassin parisien, Bassin aquitain, Bassin du Sud-Est) et des fossés d’effondrement** (Fossé rhénan, Fossé bressan, Fossé rhodanien, Limagne). Ces réservoirs aquifères peuvent être situés jusqu’à 5000 mètres sous terre. 

    Pour localiser avec précision les zones les plus favorables à l’exploitation géothermique, des campagnes d’exploration du sous-sol sont organisées. Cette phase d’exploration est essentielle et implique des disciplines scientifiques variées comme la géologie, l'hydrogéologie, la géochimie ou la géophysique. Des expertises présentes en nombre au sein de l’équipe Lithium de France.

    *aquifère : formations géologiques suffisamment poreuses ou fissurées et gorgées d’eau.
    ** En géologie, un fossé d’effondrement, aussi appelé « rift » ou « graben », est une grande vallée formée quand une portion de la croûte terrestre s’est affaissée par un processus d’extension entre deux failles.

  • À l’aide de ce qu’on appelle un doublet géothermique, constitué de deux puits, un premier puits dit « producteur » extrait l’eau géothermale chaude qui circule en profondeur dans le sous-sol. Cette eau est utilisée pour chauffer, via un échangeur thermique, un fluide qui alimente un réseau de chaleur destiné à l‘industrie, au chauffage urbain, au chauffage de serres, piscines, bâtiments communaux ou encore à l’aquaculture.

    L’eau géothermale initiale, refroidie par échange thermique, est réinjectée dans son aquifère* d’origine par un second puits dit « injecteur ».

    Ce circuit fermé permet à l’eau géothermale de se réchauffer naturellement au contact de la chaleur de la Terre, assurant ainsi une exploitation durable. 

    *aquifère : formations géologiques suffisamment poreuses ou fissurées et gorgées d’eau. 

  • La géothermie profonde exploite des réservoirs situés à grande profondeur (plus de 200m et jusqu’à plusieurs km). L’eau géothermale est une saumure non potable, qui peut présenter un taux de salinité 10 fois supérieur à l’eau de mer. Il ne s’agit pas de l’eau présente dans les nappes phréatiques, qui, en Alsace, sont situées à quelques mètres de profondeur. Au niveau des puits géothermiques, les nappes phréatiques sont entièrement isolées et protégées par une triple barrière de tubages et de cimentation.   

Géologie du Fossé rhénan

  • Le Fossé rhénan, aussi appelé graben du Rhin supérieur ou rift rhénan, s’étend sur 300 km, de Bâle au Sud à Francfort au Nord et sur 30-40 km de large entre les Vosges et la Forêt-Noire. 

    C’est une vaste vallée d’effondrement formée il y a 45 à 25 millions d'années, pendant la période géologique du Tertiaire, par l’étirement et l’amincissement de la croûte terrestre, créant un affaissement.

    Géologie du Fossé rhénan supérieur

    Le sous-sol du Fossé rhénan est composé de plusieurs couches géologiques : un socle granitique issu d’une ancienne chaîne de montagne sur lequel alternent des dépôts fluviatiles, continentaux, marins et côtiers.

  • Le sous-sol du Fossé rhénan est naturellement favorable à la géothermie. Dans cette région, la croûte terrestre est plus fine qu’ailleurs, ce qui permet à la chaleur du manteau terrestre d’être plus proche de la surface. On trouve ainsi de l’eau très chaude à des profondeurs moins importantes que dans d’autres régions.
    Cette eau provient de la pluie infiltrée au fil du temps, qui s’est mélangée à des résidus très salés d’anciennes mers. Ces résidus sont restés piégés dans les sédiments, c’est-à-dire des couches de roches formées par l’accumulation de calcaires, d'argiles et d'autres matériaux au fond des mers ou des lacs, il y a des millions d’années. Ce mélange constitue une eau géothermale (aussi appelée « saumure ») dont la température peut atteindre 225°C au plus profond. 

Lithium

  • Le lithium est le plus léger et le plus réactif des métaux alcalins. Ses atomes sont très petits, légers et très solubles dans l'eau. C’est l’élément solide le plus léger du tableau périodique. Résistant à la chaleur, le lithium possède également une faible électronégativité (tendance d’un élément à attirer les électrons lorsqu'il forme des liaisons avec d’autres éléments). Cela signifie qu'il est capable de libérer facilement des électrons. Cette capacité à "donner" des électrons est très utile pour la fabrication de batteries rechargeables car cela permet de stocker et de libérer de l’énergie de manière efficace. Sa légèreté permet en plus d’obtenir des batteries compactes et portatives.

    Découverte : 1817, par le chimiste suédois Johan August Arfwedson. 

    Symbole : Li

    Numéro atomique : 3. 

    Image originale de Scaler, Michka B, CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons, modifiée par Lithium de France

  • Historiquement, le lithium a été utilisé dans la fabrication du verre, de la céramique, des graisses lubrifiantes et pour la métallurgie de l’aluminium mais aussi en médecine, pour le traitement de la bipolarité. 

    Grâce au développement des technologies de batteries lithium-ion (Li-ion), le lithium a pris une place prépondérante dans le secteur des appareils électroniques portatifs, tels que les téléphones et ordinateurs portables. Il est aussi devenu un composant essentiel des batteries des véhicules électriques, jouant un rôle clé dans la transition énergétique.  

    Aujourd’hui, la grande majorité de la production mondiale de lithium est consommée par le secteur des batteries. Une fois extrait, le lithium doit être raffiné pour produire du carbonate ou de l’hydroxyde de lithium, qui sont les formes les plus couramment utilisées dans la fabrication de batteries. 

     Aller plus loin :   

  • Aujourd'hui, le lithium se trouve principalement dans :

    • des minéraux et surtout dans deux types de roches : les pegmatites et les granites à métaux rares, avec des taux de concentration très variables en fonction du contexte géologique.
    • les lacs salés d’altitude, appelés « salars », principalement en Argentine, en Bolivie et au Chili.

    On trouve également du lithium dans les eaux géothermales de certaines régions du globe, comme en Alsace.  

    Le lithium est aussi présent à l’état de traces dans notre environnement quotidien. Le corps humain contient naturellement du lithium et nous en consommons tous les jours en très petites quantités, au travers des aliments que nous mangeons et des liquides que nous buvons.  

  • Aujourd’hui les principales ressources mondiales de lithium, c’est-à-dire les quantités pouvant être économiquement exploitées et valorisées, se trouvent au Chili, en Australie, en Argentine, en Chine et aux Etats-Unis*. En Europe, les principaux gisements se situent en Allemagne, en République Tchèque, en Serbie, en Espagne, au Portugal mais aussi en France, sous forme minérale dans les Massifs Central et Armoricain, et sous forme géothermale en Alsace. 

    *source : Institut d’études géologiques des Etats-Unis (USGS), 2024.

  • Les plus grands pays extracteurs de lithium sont l’Australie, le Chili, la Chine et l’Argentine. 

    Le lithium est aujourd’hui principalement produit selon deux méthodes conventionnelles :  

    • Par excavation minière dans des roches riches en lithium, principalement en Australie : ce mode de production nécessite de concasser, broyer, chauffer et lessiver la roche pour en extraire le lithium.  
    • Par l’exploitation de saumures provenant des lacs salés (salars), principalement dans une zone communément appelée « le triangle d’or du lithium », entre l’Argentine, la Bolivie et le Chili, mais aussi en Chine. Ces eaux sont transférées dans des marais salants jusqu’à évaporation, pour produire des sels de lithium à partir des saumures concentrées, grâce à des procédés physico-chimiques.  

    Deux tiers du lithium extrait dans le monde sont aujourd’hui raffinés en Chine, pour être transformés en matière secondaire utile, notamment, à la fabrication des batteries. Le transport par bateau entre les sites de production, de raffinage et l’exportation de batteries électriques vers les marchés américains et européens engendre un bilan carbone important. 

    Zoom sur le lithium géothermal 
    Dans certaines régions du monde, comme en Alsace, on trouve des concentrations élevées de lithium dans les eaux géothermales. L’extraction du lithium géothermal, en développement dans plusieurs pays, fait l’objet de projets innovants. Il s’agit de coupler production de chaleur et technologies de pointe permettant de récupérer le lithium avant de renvoyer la saumure dans le sous-sol.  Ce mode d’extraction présente des impacts environnementaux réduits en termes de consommation d’eau, d’utilisation de produits chimiques et d’emprise au sol.  

  • Le sous-sol alsacien est constitué de plusieurs couches géologiques. Au-dessus d’un socle granitique riche en lithium se trouve un empilement de couches sédimentaires correspondant aux différentes ères géologiques successives. Le sous-sol du Fossé rhénan est par ailleurs traversé de fracturations dans lesquelles circulent de l’eau géothermale impropre à la consommation, qui provient pour partie d’eau saline millénaire et des eaux de pluie s’infiltrant et circulant par ces fracturations. Les températures de ces eaux géothermales peuvent par endroit dépasser les 200 °C et favorisent la dissolution du lithium par interaction avec la roche, comme une vraie usine géochimique naturelle. 

    En savoir +

  • Le lithium est dissous dans des saumures géothermales, des eaux très salées et chaudes circulant dans des roches poreuses à grande profondeur. Il ne s'agit pas d'un gisement solide à excaver, mais d'un fluide, que l'on remonte en surface, dont on extrait le lithium avant de le réinjecter dans le sous-sol.

  • Le lithium n'est pas présent en quantité fixe et uniforme sous le sol : sa concentration varie selon les zones du Fossé rhénan. Les saumures du Fossé rhénan présentent des concentrations comprises entre 150 et 200 mg de lithium par litre selon les secteurs, ce qui en fait l'un des gisements de lithium géothermal les plus concentrés d'Europe.

  • La technologie d’extraction utilisée par Lithium de France fait partie des procédés d’extraction directe de lithium, aussi appelé « DLE », pour Direct Lithium Extraction. Elle vise à capter sélectivement le lithium dans des solutions liquides. 

    Parmi les technologies DLE existantes, Lithium de France a choisi la méthode par adsorption. La saumure géothermale est d’abord pompée par un puits producteur et envoyée dans une centrale de géothermie afin d’en extraire les calories et d’en baisser la température. La saumure refroidie circule ensuite dans une « unité DLE », dans laquelle un matériau extractant fonctionne comme un filtre à lithium : lorsque la saumure entre en contact avec ce matériau, le lithium est retenu, avec des chlorures et quelques impuretés. Le matériau adsorbant est ensuite rincé, pour récupérer une solution concentrée en chlorures de lithium qui sera purifiée et convertie en sel de lithium de qualité batterie dans une usine de purification. La saumure géothermale appauvrie en lithium, elle, est réinjectée dans son milieu naturel d’origine par un puits injecteur, pour lui permettre de se recharger en chaleur et en lithium. 

    Cette méthode par adsorption réduit l'utilisation de réactifs chimiques, minimisant ainsi les risques opérationnels et l'impact environnemental du procédé. 

  • Nous allons produire du lithium qualité batterie à partir de chlorure de lithium, obtenu au terme d’un procédé d’extraction directe. Le chlorure de lithium est une solution diluée contenant de l’eau, des chlorures et du lithium, ainsi que quelques impuretés.

    Le processus de production de lithium qualité batterie requiert plusieurs étapes de purification et de concentration, qui seront réalisées à la fois sur le site d’extraction et sur l’usine de purification. Pour être utilisé dans la fabrication de batteries industrielles, ce lithium doit présenter un indice de pureté très élevé. Il est converti par une étape de précipitation, permettant d’obtenir un sel de lithium solide qui, une fois séché, se présente sous forme de poudre blanche.

Réglementation

  • Un Permis Exclusif de Recherches est une autorisation délivrée par l'État qui permet à son titulaire d'explorer une zone géographique précise pour y identifier des ressources du sous-sol. Dans le cas de Lithium de France, les zones propices à la production de chaleur géothermale et de lithium. Ce permis confère un droit exclusif d'exploration sur le périmètre concerné, pour une durée déterminée. Il ne s'agit pas d'une autorisation de forage ou d'exploitation : ces étapes font l'objet de procédures distinctes et complémentaires.

  • Lithium de France doit déposer un dossier complet auprès des services de l'État, comprenant : l'identification du demandeur, ses capacités techniques et financières, un mémoire technique, un programme exploratoire et des engagements, une cartographie, un rapport environnemental, économique et social, ainsi qu'un résumé non technique. L'instruction du dossier dure environ un an et demi et comprend une consultation des services publics et une analyse par l'administration avant décision. Le PER est délivré par le ministre chargé des mines, soit, le ministre de l'Économie, des Finances et de la Souveraineté industrielle, énergétique et numérique à travers un Arrêté Ministériel.

  • Elle dépend de la date de dépôt du dossier :

    • Après le 1er juillet 2024 : jusqu'à 15 ans, avec une période optionnelle supplémentaire de 3 ans permettant de finaliser les travaux d'exploration engagés.
    • Après le 1er juillet 2024 : jusqu'à 15 ans, avec une période optionnelle supplémentaire de 3 ans permettant de finaliser les travaux d'exploration engagés.

  • Lithium de France opère quatre PER principaux en Alsace du Nord, couvrant une superficie totale d'environ 322 km² :

    • "Les Sources" (chaleur géothermale) : octroyé en 2022, couvrant 171 km² au nord de la forêt de Haguenau.
    • "Les Sources Alcalines" (lithium géothermal) : octroyé en 2023, couvrant 158 km² sur le même périmètre que "Les Sources". C'est sur ces deux PER que se déroulent les travaux de forage à Schwabwiller.
    • "Les Poteries" (chaleur géothermale) : couvrant 151 km² à l'est de la forêt de Haguenau, autour de Soufflenheim.
    • "Les Poteries Minérales" (lithium géothermal) : octroyé en février 2024, couvrant 151 km² sur le même périmètre que "Les Poteries".

    Deux demandes supplémentaires sont en cours d'instruction : "Les Coteaux" (chaleur géothermale) et "Les Coteaux Minéraux" (lithium géothermal), déposées en avril 2024, couvrant environ 175 km² dans le secteur d'Obernai/Molsheim.

  • Passer de l'exploration théorique aux travaux concrets requiert plusieurs autorisations distinctes, délivrées par différentes autorités :

    • Une autorisation environnementale, délivrée après consultation publique par arrêté préfectoral.
    • Un permis de construire et autres autorisations d'urbanisme, délivré par le préfet et les collectivités locales.

  • Le porteur de projet dépose un dossier, vérifié par l'administration. Les services publics et le public sont ensuite consultés pour évaluer les impacts du projet. Après analyse des avis et des rapports, l'administration décide d'accorder ou non l'autorisation environnementale. L'ensemble du processus dure environ 12 mois.

  • Oui, la consultation publique est obligatoire avant toute autorisation environnementale de forage. Elle permet aux citoyens de prendre connaissance du projet, de poser des questions et de formuler des observations qui sont ensuite analysées par les services de l'État avant toute décision. Cette étape est essentielle, car elle permet au commissaire enquêteur ou aux services instructeurs, dans le cadre d’un arrêté préfectoral d’autorisation, de traduire les observations du public en prescriptions obligatoires intégrées à la décision administrative.

  • La consultation du public vise à informer les citoyens sur un projet et à recueillir leurs observations avant toute décision administrative sur une nouveau projet exploratoire ou d’exploitation. Elle se déroule en plusieurs étapes : publication de l'avis de consultation ou d'enquête publique dans les journaux locaux pendant 15 jours, mise à disposition du dossier du projet, recueil des observations des citoyens via des réunions, un registre ou une plateforme en ligne entre 30 et 90 jours, analyse des avis par un commissaire enquêteur ou les services de l'État avec la rédaction d'un rapport de synthèse avec des conclusions motivées, décision finale préfectorale ou ministérielle concernant l'autorisation du projet.

Campagnes d’exploration 3D

  • Lithium de France est titulaire de Permis Exclusifs de Recherches délivrés par l’État, qui l’autorisent à explorer des zones géographiques précises, afin d’identifier les endroits où la géothermie peut produire de la chaleur et du lithium géothermal. Ce travail consiste d’abord en l’étude approfondie de toutes les données historiques disponibles sur ces périmètres, complétées par des campagnes d’exploration en 2D et en 3D.

    Une campagne d’exploration 3D se déroule sur une zone et un laps de temps défini et permet de caractériser la structure du sous-sol. Il s’agit d’un outil d’investigation non intrusif qui consiste à envoyer dans le sous-sol des ondes acoustiques, générées par des camions émetteurs, qui se “réfléchiront” sur les couches géologiques.  

    Après interprétations des données acquises, ces campagnes permettent d'établir une véritable cartographie 3D du sous-sol. Ces images souterraines sont analysées pour déterminer les zones propices à la production de chaleur et lithium géothermal.  

    Cube campagne 3d
    Exemple de visualisation obtenue après une campagne 3D

  • Les camions émetteurs d'ondes acoustiques sont équipés d’une plaque, qui lorsqu’elle est en contact avec le sol, émet des ondes dans le sous-sol. Ces dernières sont enregistrées plus loin par les géophones.

    Camion émetteur d'ondes acoustiques M26
    M26
    Camion émetteur d'ondes acoustique Prakla
    Prakla
    Camion émetteur d'ondes acoustiques, Thomas
    Thomas

  • Les géophones sont des capteurs de la taille d’une boîte à mouchoirs. Ils enregistrent les ondes produites par les camions émetteurs d’ondes acoustiques ainsi que leurs échos (ondes réfléchies ou réfractées par les couches géologiques du sous-sol).

    Photo d'un géophone posé dans l'herbe
    Schéma campagne 3d d'exploration du sous-sol

  • Lors des campagnes d’exploration 3D menées par Lithium de France, les géophones suivent des lignes préétablies, séparées de 240 mètres les unes des autres, qui couvrent la totalité de la zone concernée. Ces géophones sont placés à 30 mètres les uns des autres. Ils peuvent être positionnés sur la voie publique comme sur des parcelles privées, après accord préalable. Chaque géophone est géolocalisé. Aucun n’est placé à l’intérieur de maisons ou de bâtiments. En cas de besoin, une équipe d’intervention récupère les géophones, afin de faciliter l’accès aux champs.  

  • Les micro-vibrations sont perceptibles en fonction de votre proximité avec les camions émetteurs en activité. Les camions émetteurs respectent une distance de sécurité avec les bâtiments qui se trouvent sur le passage. Avant la mise en œuvre de l’opération, un organisme tiers, l’APAVE, procède à l’évaluation et à la certification des paramètres de vibration. En zone urbaine, une technologie minimisant les vibrations ressenties est adoptée, tout comme l’intensité des vibrations émises. Les émissions sont surveillées en temps réel à l’aide d’un équipement appelé PPV (Peak Particle Velocity) permettant de les mesurer devant les habitations à proximité, dans le but de garantir le respect des seuils réglementaires.  

    Photo d'un boîtier PPV, qui permet de mesurer en temps réel les vibrations ressenties dans le cadre des campagnes d'exploration 3D du sous-sol
    Les micro-vibrations sont surveillées en temps réel à l’aide d’un équipement appelé PPV (Peak Particle Velocity)

  • En complément des campagnes d'exploration sismique 3D, Lithium de France recourt à d'autres méthodes géophysiques pour affiner la connaissance du sous-sol.

    L'exploration électromagnétique à source contrôlée (CSEM), cette technique étudie la capacité des roches à laisser circuler un courant électrique. Un signal est émis depuis un dispositif installé dans le sol et mesuré en surface. Ces mesurent aident à comprendre la nature des roches et la circulation des fluides en profondeur.

    La méthode aéroportée consiste à survoler une zone avec un avion équipé d’instruments capables de mesurer de très faibles variations naturelles des champs magnétiques et gravitationnels terrestres. Ces mesures permettent d’identifier les différences de densité et la nature des roches du sous-sol. Ces données complètent les informations existantes et permettent d’affiner la connaissance du sous-sol.

    Ces méthodes sont complémentaires : chacune apporte des informations distinctes sur la nature et la structure du sous-sol, permettant de cibler avec précision les zones les plus favorables avant tout forage.

  • La durée d’une campagne d’exploration 3D dépend de l’étendue de la zone étudiée et des conditions de terrain. Dans la plupart des cas, une campagne s’étale sur plusieurs semaines à quelques mois et comprend différentes étapes : les démarches préparatoires, les relevés topographiques, le déploiement des géophones, l’acquisition des données sur le terrain, puis la récupération du matériel.

    La phase d’acquisition des données, durant laquelle les camions émetteurs d’ondes acoustiques circulent sur la zone concernée, représente généralement quelques semaines.

  • Avant le démarrage de toute campagne, Lithium de France informe les habitants via un affichage en mairie dans les communes concernées. Nous vous invitons à vous rapprocher de votre mairie pour consulter ces informations.

Forage

  • Lithium de France mène des campagnes d’exploration du sous-sol sur le périmètre des Permis Exclusifs de Recherches (PER) qui lui ont été octroyés par l’État. 

    Ces campagnes permettent de cartographier le sous-sol et de déterminer les zones les plus propices à la production de chaleur et lithium géothermal. Le choix d’un site de forage dépend ensuite de plusieurs critères, parmi lesquels : 

    • la proximité avec le réservoir d'eau géothermale ciblé, pour permettre des trajectoires de puits optimisées ;
    • la localisation par rapport aux zones naturelles protégées, la présence de cours d’eau et la distance par rapport aux zones résidentielles.

  • Un doublet géothermique se compose de deux puits forés dans le sous-sol : un puits producteur, utilisé pour extraire la saumure chaude et riche en lithium, et un puits injecteur, utilisé pour réinjecter cette saumure une fois libérée de ses calories et d’une partie de son lithium. Ce système en circuit fermé permet d'exploiter les ressources du sous-sol de manière durable.

  • Un doublet géothermique se compose d’un puits producteur, utilisé pour extraire la saumure du sous-sol, et d’un puits injecteur, utilisé pour réinjecter la saumure une fois libérée de ses calories. Le chantier de forage de deux puits se déroule sur environ 12 mois, pendant lesquels un appareil de forage, aussi appelé « rig », est présent sur site 6 à 8 mois. Il se découpe en plusieurs étapes : 

    1. Préparation de site (env. 4 mois) : travaux destinés à préparer, installer et construire des éléments de surface nécessaire au forage (terrassement, branchement au réseau électrique et au réseau d'eau, etc.). Ces éléments sont conçus dans les règles de l’art pour garantir une étanchéité maximale. 
    2. Montage de l’appareil de forage (env. 1 mois) : une fois la plateforme prête, l’appareil de forage est installé. 
    3. Forage et tests des puits (env. 7 mois).  

    Les tests de puits permettent de vérifier la circulation dans un puits et entre les deux puits, et d’évaluer la température et la quantité de chaleur qui peut être extraite.
    Durant les tests de puits, des dégagements de vapeur d’eau peuvent survenir sur de courtes périodes, sous forme de panaches visibles. Ces panaches de vapeur d’eau ne présentent pas de risques pour la santé. 

  • L'appareil de forage, aussi appelé « rig », est une installation temporaire. Il est présent sur site uniquement durant la phase de forage et sera intégralement démonté une fois les travaux terminés.

  • Le forage débute verticalement, puis peut être légèrement dévié pour atteindre les zones les plus favorables. Bien en amont, nos ingénieurs conçoivent un programme de forage définissant la trajectoire exacte du puits, un peu comme un GPS qui calcule un itinéraire avant de démarrer. Cette trajectoire est suivie étape par étape grâce à un moteur de fond qui permet de piloter l’outil de forage jusqu'à sa destination finale.

  • Les saumures chaudes et riches en lithium circulent dans le socle granitique du Fossé rhénan. Selon les secteurs, ce socle granitique se situe entre 1 500 et 4 000 mètres de profondeur.

  • Les tests de puits permettent de vérifier la bonne connexion de chaque puits au réservoir puis la bonne circulation de l’eau géothermale entre les deux puits. Ils permettent également d’évaluer la température et la quantité de chaleur qui peut être extraite et de mesurer la quantité de lithium dissoute dans l’eau. 
    Durant les tests de puits, des dégagements de vapeur d’eau peuvent survenir sur de courtes périodes, sous forme de panaches visibles. Ces panaches de vapeur d’eau ne présentent pas de risques pour la santé. 

  • Les fluides de forage (aussi appelés « boues de forage ») sont des mélanges liquides utilisés pendant le forage pour remplir l’espace laissé par la roche retirée. Ils permettent de maintenir les parois du puits stables, de contrôler la pression dans le puits, de lubrifier et refroidir les outils, et de faire remonter les morceaux de roche (appelés "déblais de forage") à la surface.

    Les fluides de forage sélectionnés pour nos opérations sont formulés pour être adaptés au sous-sol traversé. Ils sont réalisés à base d’eau mélangée avec des agents alourdissant naturels et des additifs techniques non toxiques. Chaque additif utilisé répond à des normes exigeantes de respect de l’environnement.

    Les boues usées ne sont jamais rejetées dans la nature. Elles sont stockées temporairement dans des bacs étanches sur le chantier, puis déshydratées pour séparer la phase solide de la phase liquide, celle-ci pouvant être réutilisée. Les résidus sont évacués pour être traités dans des filières spécialisées. 

Sismicité

  • Un séisme est un glissement soudain de blocs de roche dans le sous-sol. Ce mouvement libère une énergie accumulée qui se propage sous forme d'ondes sismiques, pouvant provoquer des secousses en surface. Le point de départ de la rupture en profondeur s'appelle le foyer ou hypocentre, tandis que le point projeté à la surface, est appelé épicentre.

    La plupart des séismes se produisent à la frontière des plaques tectoniques, mais il existe aussi de nombreuses zones de fragilité à l'intérieur des plaques, comme dans le Fossé rhénan.

  • Il existe plusieurs unités permettant de mesurer l’importance d’un événement sismique, parmi lesquels la magnitude de moment (Mw), la magnitude locale (ML), l’intensité et les PGV (Peak Ground Velocity). Il s’agit de façons complémentaires de caractériser un séisme, chacune ayant une signification et une utilité opérationnelle distincte.

    La magnitude locale et le PGV sont les données les plus vite disponibles après un événement sismique, alors que la magnitude de moment et l’intensité nécessitent un temps d’analyse souvent plus long ou des collectes de témoignages.

  • La magnitude mesure l’énergie libérée par un événement sismique, à partir de capteurs appelés sismomètres. Il s’agit d’une valeur identique, quel que soit l’endroit où l’on se trouve. Elle est dépendante de la source du séisme.
    Il existe plusieurs types de magnitudes qui diffèrent par la méthode de calcul employée. Cela explique pourquoi, pour un même séisme, plusieurs valeurs de magnitudes peuvent être données. 

    Aujourd’hui, la « magnitude de moment (Mw) » fait référence au niveau international. C’est une mesure universelle. L’échelle de Richter, bien que souvent citée, n’est plus utilisée depuis les années 1960. Elle servait à mesurer les séismes en Californie. La magnitude de moment, plus précise pour les grands séismes, nécessite des données et des calculs détaillés et n’est donc pas disponible instantanément après un événement sismique. La magnitude locale (ML) elle, se calcule à partir de l’amplitude maximale du mouvement du sol enregistré sur les stations de surveillance situées à proximité. Calculée plus facilement et rapidement, elle est la plus utilisée d’un point de vue opérationnel. C’est cette unité de mesure qui est employée dans les systèmes de gestion opérationnelle de la sismicité induite (les systèmes TLS) mis en place dans les projets de géothermie.

  • Contrairement à la magnitude, l'intensité ne mesure pas l'énergie à la source mais les effets observés en surface : ressenti de la population, dommages éventuels. Elle varie selon l'endroit où l'on se trouve et dépend de plusieurs facteurs : la magnitude, la distance par rapport à l'épicentre, la profondeur du foyer et la nature du sol local. On utilise l'échelle EMS-98 (European Macroseismic Scale), qui va de I à XII.

    En complément de ces observations, des mesures instrumentales permettent de caractériser rapidement le mouvement du sol. Parmi elles, le PGV (Peak Ground Velocity) correspond à la vitesse maximale enregistrée du sol lors d’un séisme. Il est calculé très rapidement à partir des données des stations sismiques, chaque station fournissant une valeur de PGV représentative du mouvement local.

  • On parle de sismicité induite lorsque des activités humaines modifient les contraintes mécaniques exercées sur les roches et peuvent déclencher des séismes. Ces événements sont généralement de très faible magnitude, souvent imperceptibles en surface. La géothermie profonde peut être à l'origine de ce type de sismicité, ce qui justifie la mise en place de protocoles de surveillance et de gestion stricts. Elle se distingue de la sismicité naturelle, qui résulte des contraintes tectoniques propres aux mouvements du sous-sol, comme ceux que l'on observe dans le Fossé rhénan, zone naturellement active sur le plan sismique.

Maîtrise des risques

  • L'eau géothermale est une saumure non potable, pouvant présenter un taux de salinité trois fois supérieur à celui de l'eau de mer. Elle circule dans des réservoirs plurimillénaires situés à plus de 1 500 mètres de profondeur, totalement distincts des nappes phréatiques alsaciennes utilisées pour la consommation humaine.

    La protection de ces nappes est une priorité absolue. Dans les zones de captage d'eau potable, trois couches d'acier concentriques isolées par trois couches de cimentation assurent une séparation étanche entre les milieux. La qualité de chaque cimentation est vérifiée par diagraphie à l'issue de chaque phase de forage, et un contrôle d'épaisseur des tubages est imposé tous les trois ans par la réglementation.

  • Lithium de France déploie un réseau de surveillance combinant des accéléromètres, et des sismomètres en surface et en profondeur. Ce dispositif permet de détecter en temps quasi-réel toute variation sismique, même imperceptible, aux abords de nos chantiers, qu'elle soit liée à nos activités ou d'origine naturelle. Cette capacité à distinguer les sources de sismicité est un gage de transparence et de rigueur. La mise en place de cette surveillance est une condition imposée par les autorités pour toute autorisation de forage.

    Lithium de France met à disposition un outil de visualisation en temps réel, accessible sur sismo.lithiumdefrance.com. Il permet à chacun de consulter les événements sismiques de magnitude supérieure ou égale à 1 détectés par nos capteurs dans le périmètre de surveillance de Schwabwiller, ainsi que les mesures acoustiques réalisées conformément à l'arrêté préfectoral.

  • Chaque variation inhabituelle détectée déclenche des actions correctives, comme l'ajustement du débit d'eau injecté, conformément à des protocoles de sécurité stricts. Ces protocoles, appelés systèmes TLS (Traffic Light System), définissent des seuils à ne pas dépasser et les mesures à prendre en fonction de chaque niveau d'alerte. Ils sont définis en amont par la DREAL et conditionnent toute autorisation de forage.

  • L’ensemble des opérations nécessaires à la réalisation d’un forage est réalisé de façon à ne pas engendrer de nuisances sonores susceptibles de compromettre la santé, la sécurité et influencer négativement le quotidien du voisinage.

    La technologie électrique et hydraulique de l’appareil de forage sélectionné par Lithium de France, particulièrement adapté aux forages à proximité de zones urbaines, en fait un des appareils les plus silencieux de sa catégorie.

    Nous nous engageons par ailleurs à réaliser des études acoustiques en amont de tout projet de forage, ainsi qu’à mettre en place, un suivi acoustique pendant les travaux de forage pour confirmer l’absence de nuisances pour le voisinage. Si des nuisances sont constatées, nous nous engageons à mettre en place le plus rapidement possible des mesures correctives.

  • Toutes les dispositions sont prises pour limiter les quantités de déchets produits, notamment en effectuant sur place les opérations de valorisation possibles. Tous les types de déchets solides (déblais de forage, bois, plastiques, métaux) sont triés pour être envoyés dans les filières adaptées afin d’être valorisés ou éliminés dans des centres agréés. Dans l’attente de leur évacuation, ils sont stockés dans des zones étanches. Les fluides de forage sont réutilisés sur place. Les résidus non réutilisables sont stockés sur place et expédiés vers des filières habilitées. Toutes ces étapes sont strictement encadrées par la réglementation, et font l’objet de contrôles réguliers. 

  • ‘‘L’explorateur ou l’exploitant [...] est responsable des dommages, y compris des dommages sanitaires et environnementaux, ayant pour cause déterminante l’activité d’exploration ou d’exploitation dès lors qu’elle est régie par le présent code. Sa responsabilité n’est limitée ni au périmètre du titre minier, ni à sa durée de validité. [...] En cas de défaillance ou de disparition du responsable, l’État est garant de la réparation des dommages causés par ces activités.’’ 

    Extraits de l’article L 155-3 du Code minier

    En matière de risque minier, incluant le risque sismique pouvant impacter les bâtiments et infrastructures publics et privés, le droit renverse la charge de la preuve, contrairement au droit commun de l’assurance : l’opérateur est par principe considéré comme responsable et c’est à lui d’apporter la preuve que les dégâts qui auraient été constatés ne sont pas consécutifs à ses travaux. Si cette preuve n’est pas apportée, l’opérateur et/ou son assurance prendra en charge la réparation du préjudice. 

    Avant de commencer les travaux, l’opérateur a l’obligation légale de fournir aux services de l’État une copie des assurances souscrites afin de vérifier que la couverture est adaptée aux travaux.

  • Lithium de France a souscrit plusieurs couvertures assurantielles auprès d'assureurs de premier plan : une assurance de responsabilité civile couvrant les dommages pouvant résulter de ses opérations, y compris ceux liés à une éventuelle sismicité induite, ainsi qu'une assurance responsabilité civile environnementale spécifiquement destinée à couvrir d'éventuels dommages écologiques. Avant le démarrage des travaux, Lithium de France a l'obligation légale de fournir aux services de l'État une copie des assurances souscrites.

  • En cas de défaillance de Lithium de France, la responsabilité de sa société mère, Arverne, peut être engagée. Par ailleurs, l'État se porte garant de la réparation des dommages causés par des activités minières en cas de disparition ou défaillance de l'exploitant (article L155-3 du Code minier).

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