Premier laboratoire d'envergure pour la géothermie en Suisse: le laboratoire souterrain de Bedretto

Le laboratoire de Bedretto se situe à 1500 m de profondeur, au milieu d'un long tunnel de 5,2 km qui relie le Tessin au tunnel de la Furka. Ce tunnel de la Matterhorn-Gotthard-Bahn, fermé entretemps, s'est révélé être un site approprié à l'installation d'un tel laboratoire par sa géologie et son accessibilité. Le département des sciences de la Terre de l'ETH Zürich a installé le Bedretto-Lab avec le soutien du Centre suisse de compétence en recherche énergétique (SCCER-SoE).

La recherche menée au laboratoire de Bedretto veut démontrer qu'il est possible de planifier, de construire et de piloter un échangeur de chaleur sur plusieurs années à l'aide de processus de stimulation hydrauliques. La géothermie est, parmi d'autres formes d'énergie, une ressource très prometteuse pour la production d'électricité et de chaleur. Elle utilise l'énorme énergie thermique du sous-sol. A cet effet, on injecte dans la roche de l'eau froide sous haute pression. L'eau se réchauffe en profondeur avant d'être pompée à la surface. En Suisse, la température augmente de quelque 30 °C par kilomètre de profondeur. L'exploitation de cette énergie exige des températures de 180 à 200 °C à 4 - 5 kilomètres de profondeur dans les structures rocheuses.

Mesures lors du forage (ETH Zürich, 2019).

La situation du laboratoire de Bedretto permet de faire des avancées importantes dans l'étude de concepts existants dans un environnement qui reflète aussi fidèlement que possible les conditions régnant en grande profondeur. La couverture au-dessus du laboratoire de 1000 à 1500 m simule les conditions de pression aux profondeurs significatives pour un réservoir géothermique. Le fait que le laboratoire de Bedretto permet de valider à plus grande échelle les résultats d'expériences précédentes menées dans d'autres laboratoires - par ex. au Grimsel - est également important. Une plus grande échelle de stimulation implique des forages plus profonds, permettant aux chercheurs de mener des expériences plus réalistes et d'appliquer d'autres concepts de stimulation.

Le projet du réservoir de Bedretto va mener des tests de stimulation in situ de manière similaire au projet ISC du Grimsel et surveiller en même temps avec une grande résolution spatiale les paramètres mécaniques hydro-sismiques. Sur la base des connaissances acquises lors d'expériences précédentes, par ex. au Grimsel, les chercheurs vont aborder les questions suivantes:

• concepts de stimulation adéquats en vue d'augmenter la perméabilité de plusieurs puissances de dix tout en diminuant la séismicité induite
• rapports entre la réaction hydro-mécanique, le concept de stimulation, la création de perméabilité, la porosité effective et la séismicité induite
• évolution de la zone intermédiaire par rapport au volume d'injection au cours du temps
• propriétés de l'échangeur de chaleur du réservoir
• identification des processus de genèse d'évènements sismiques et leur lien avec la stimulation du réservoir.

Le projet du réservoir de Bedretto comprend trois sous-projets aux buts complémentaires qui visent à démontrer le développement de grands réservoirs souterrains pour la circulation de l'eau, ainsi que pour le stockage et la production d'énergie géothermique:

1. VALTER (validation de technologies pour l'ingénierie des réservoirs), financé par l'Office fédéral de l'énergie (OFEN) (sous la direction de l'ETHZ/SCCER-SoE)
2. DESTRESS (démonstration de traitements doux des réserves géothermiques par stimulation, sous la direction de Geo-Energie Suisse), un projet Horizon 2020 financé par l'UE
3. ZoDREx (Zonal Isolation, Drilling and Exploitation of EGS Projects, sous la direction de Geo-Energie Suisse), financé par l'Initiative Era Net-Geothermica de l'UE

VALTER et DESTRESS travaillent sur la démonstration et l’optimisation de stimulations pour de grands volumes de roche, en lien avec la circulation de liquide en quantités significatives tout en minimisant les retombées sur l'environnement telles que les événements sismiques ou la pollution de nappes phréatiques. ZoDrEx se concentre sur la performance des technologies d'isolation zonale et leur rôle potentiel lors de la stimulation, ainsi que sur la méthode de forage à percussion hydraulique dans des puits à trajectoire fort déviée pour améliorer l'efficacité du forage dans la roche cristalline.

L'ETH a établi un monitoring sophistiqué pour surveiller toutes les expériences, y compris la surveillance de la séismicité induite aux échelles picométrique et micrométrique, de la tension, ainsi que la surveillance de la pression, de la pente et de la géochimie.

Forage au laboratoire de Bedretto. © Werner Siemens Foundation, 2019 (Image: Felix Wey).

L’ETH Zürich a innové le laboratoire de Bedretto en mai 2019. Les premières expériences caractérisant la recherche commencèrent au printemps 2019, des expériences de stimulation en plusieurs phases étant prévues pour 2020.

Le financement du projet est assuré par le FNS, l'Office fédéral de l'énergie OFEN, l’Union européenne et des partenaires industriels. Le laboratoire est financé par l’ETH, des contributions de la Werner Siemens-Stiftung et l'Office fédéral de l'énergie.

Une équipe interdisciplinaire constituée de plusieurs groupes du département des sciences de la Terre forme le centre de compétence de cette recherche ambitieuse. L’équipe collabore étroitement avec des partenaires du SCCER-SoE à Lausanne et Neuchâtel.