Empreinte au sol

Tous les systèmes énergétiques, qu’ils génèrent des molécules ou des électrons, nécessitent la construction d’infrastructures, telles que des puits, des turbines, des pipelines, des centrales électriques, des lignes de transport, etc. L’espace au sol pour accueillir les installations de production est nécessaire dans tous les domaines, quelle que soit la source d’énergie. Heureusement, compte tenu de la conception, du déploiement et de l’utilisation de nombreux systèmes énergétiques à l’échelle industrielle depuis plus d’un siècle, nous avons une connaissance approfondie des empreintes au sol qui (au moins historiquement) ont été nécessaires pour ces systèmes. L’innovation a réduit les empreintes au sol à mesure que les systèmes ont évolué avec le temps, l’expérience et la reconnaissance de l’importance de la conservation des terres comme objectif secondaire. ¹Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

À l’heure actuelle, la géothermie présente la plus faible empreinte au sol par rapport aux autres sources d’énergie. Les projets géothermiques utilisent 1 à 8 acres par mégawatt (MW) contre 5 à 10 acres par MW pour les opérations nucléaires et 19 acres par MW pour les centrales au charbon.² https://www.smu.edu/Dedman/Academics/Departments/Earth-Sciences/Research/GeothermalLab/LabResearch/OilandGas/WhyUseGeothermalEnergy Une centrale binaire n’a besoin que de 2 % des terres nécessaires à une installation d’énergie solaire de capacité similaire. Cependant, l’utilisation totale des terres pourrait augmenter à mesure que de nouvelles technologies émergent qui nécessitent le stockage des saumures d’eaux usées et le refroidissement/condensation des fluides. Comme pour toute technologie énergétique, il convient également de prendre en compte d’autres impacts indirects sur l’occupation des sols. Les chercheurs examinent les modifications des terres dues aux lignes de transport, à l’extraction minière des matériaux d’infrastructure, à l’enlèvement de la végétation (qui peut entraîner une augmentation de la poussière et de l’érosion du sol), et plus encore. Ces impacts sont communs à tous les types d’infrastructures énergétiques, mais ils diffèrent selon la source d’énergie et doivent être pris en compte lors de l’élaboration d’un profil énergétique pour une communauté. ³Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Leçons tirées du pétrole et du gaz

Dans une recherche pertinente pour le développement de la géothermie, Pierre, et al., (2017⁵Pierre, J. P., Young, M. H., Wolaver, B. D., Andrews, J. R., & Breton, C. L. (2017). Time series analysis of energy production and associated landscape fragmentation in the Eagle Ford Shale Play. Environmental management, 60(5), 852-866. ; 2020⁶ Pierre, J. P., Andrews, J. R., Young, M. H., Sun, A. Y., & Wolaver, B. D. (2020). Projected landscape impacts from oil and gas development scenarios in the Permian Basin, USA. Environmental Management, 66(3), 348-363. ) ont rendu compte d’une série chronologique de l’altération de la surface terrestre à partir des plates-formes de forage (et, par extrapolation, de la construction de pipelines) pour les zones d’Eagle Ford et du bassin permien du Texas, respectivement. Ils ont montré un éventail de scénarios actuels d’altération des terres qui dépendaient du degré de forage et du nombre de plates-formes de forage multi-puits, bien que la restauration suite aux activités sur site ait atténué certains de ces impacts. Étant donné que le développement de la géothermie au Texas suivra probablement le paradigme de forage utilisé dans le pétrole et le gaz, également connu sous le nom de « forage de plate-forme », cette recherche donne une perspective de ce à quoi pourrait ressembler un déploiement géothermique à grande échelle au Texas. ⁷Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

À partir du début des années 2000, les gisements non conventionnels (de schiste et de roche compacte) sont devenus la principale source d’exploration d’énergie fossile, ce qui a entraîné une augmentation de la surface nécessaire par puits, en particulier dans la taille de la plate-forme de forage ; 1,5 hectare et plus, beaucoup plus grand que les plates-formes de puits typiques (Johnson, 2010⁸Johnson, N., Gagnolet, T., Ralls, R., Zimmerman, E., Eichelberger, B., Tracey, C., … & Sargent, S. (2010). Pennsylvania energy impacts assessment report 1: Marcellus Shale natural gas and wind. The Nature Conservancy. Arlington, Virginia.). En raison de la nécessité d’un espacement latéral étroit et d’un volume de drainage beaucoup plus petit par puits, l’espacement des plates-formes de puits est devenu plus rapproché, créant des modèles d’altération du paysage plus denses (McClung & Moran, 2018⁹McClung, M. R., & Moran, M. D. (2018). Understanding and mitigating impacts of unconventional oil and gas development on land-use and ecosystem services in the US. Current Opinion in Environmental Science & Health, 3, 19-26. ).¹⁰Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 274. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Notez que, bien que le nombre de centrales géothermiques aux États-Unis soit relativement faible, et qu’il n’y ait actuellement aucune centrale géothermique au Texas, l’expérience qui pourrait être transférée de l’industrie pétrolière et gazière est importante, en particulier en ce qui concerne les besoins en matière d’utilisation des terres. Les deux industries nécessitent des plates-formes de forage pour accueillir les trous de forage, les deux bénéficient du forage horizontal et de la stimulation (dans le cas de l’EGS), et les deux relient les têtes de puits à l’infrastructure qui capture un produit énergétique. ¹¹Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 274. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Éolien

Les installations de production d’énergie renouvelable, en particulier sous la forme d’installations éoliennes et solaires, ont également un impact sur les paysages de diverses manières. L’altération des terres due à l’énergie éolienne en particulier diffère des autres sources d’énergie, non seulement parce que la tour, la turbine et les pales sont au-dessus du sol, mais aussi parce que les pales ont une envergure qui dépasse de loin son empreinte au sol. Différents chercheurs abordent différemment l’impact total (direct et indirect) de l’énergie éolienne terrestre. Une étude bien citée (Denholm, et al., 2009¹²Denholm, P., Hand, M., Jackson, M., & Ong, S. (2009). Land use requirements of modern wind power plants in the United States (No. NREL/TP-6A2-45834). National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States).) a évalué 172 projets existants ou proposés (à l’époque), en se concentrant davantage sur la superficie occupée et moins sur l’intensité de l’impact. Ces chercheurs ont illustré les nuances de l’impact direct des plates-formes de turbines, des routes, des zones de soutien, etc., et une utilisation plus vague et plus subjective de l’utilisation indirecte des terres qui est incluse dans la superficie totale, y compris les espaces entre les turbines ou les pales elles-mêmes (en fonction de la longueur des pales). ¹³Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 274. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

L’altération des terres pour l’éolien en particulier est parfois vaguement définie, car la terre entre les turbines, toujours à l’intérieur de la limite de l’installation, reste souvent utilisée (par exemple, pour l’agriculture), d’où l’utilisation de deux valeurs d’intensité d’utilisation des terres différentes pour l’éolien ; une pour la seule utilisation des terres pour la tour (Éolien-), et l’autre qui inclut l’espace entre les tours (Éolien+). Les impacts sur les habitats, les espèces aviaires et les autres opérations du site (par exemple, d’autres infrastructures) sont souvent spécifiques au site et nécessiteraient des analyses spécifiques, parfois jusqu’au niveau de l’espèce, ou des approches de services écosystémiques. ¹⁴Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Solaire

L’altération des terres due à l’infrastructure de l’énergie solaire est plus facile à quantifier que celle de l’énergie éolienne, car les panneaux photovoltaïques et le matériel connexe sont plus près du sol, souvent à un ou deux mètres au-dessus de la surface. De plus, l’infrastructure est souvent plus densément emballée, ce qui élimine certaines des ambiguïtés des impacts indirects, comme c’est le cas pour les turbines. Comme l’ont rapporté Lovering, et al., (2022¹⁵Lovering J, Swain M, Blomqvist L, Hernandez RR (2022) Land-use intensity of electricity production and tomorrow’s energy landscape. PLoS ONE 17(7): e0270155. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0270155 ), l’intensité d’utilisation des terres pour les panneaux photovoltaïques solaires montés au sol est plus de 40 fois supérieure à celle de la géothermie. ¹⁶Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Géothermie

En général, pour toutes les technologies, il est difficile de déterminer une seule valeur représentative de l’utilisation des terres pour toutes les installations et conceptions géothermiques. Une estimation moyenne varie de 500 mégawatts par kilomètre carré (ou 0,49 acre par mégawatt) (DOE, 1997¹⁷U.S. Department of Energy – DOE. (1997). Renewable Energy Technology Characterizations. Retrieved November 16, 2022, from http://www1.eere.energy.gov/ba/pba/pdfs/entire_document.pdf. ) à environ 1 000 mégawatts par kilomètre carré (0,97 acre par mégawatt (Lovering, et al., 2022¹⁸Lovering J, Swain M, Blomqvist L, Hernandez RR (2022) Land-use intensity of electricity production and tomorrow’s energy landscape. PLoS ONE 17(7): e0270155. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0270155 ). Quelques facteurs pertinents pour les besoins en terres géothermiques sont la qualité et l’étendue latérale du réservoir, le facteur d’efficacité de la centrale et le nombre et les distances interspatiales entre les plates-formes de forage et les pipelines nécessaires au déplacement des fluides.¹⁹Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Un facteur clé de l’utilisation totale des terres est le besoin potentiel de stocker les saumures d’eaux usées, en particulier dans le cas des systèmes géothermiques conventionnels. Bien qu’il soit moins probable que cela soit pertinent au Texas à mesure que les concepts de nouvelle génération sont déployés, si nécessaire, ces cuves pourraient augmenter l’utilisation des terres de 75 %. ²⁰Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Une fois le forage terminé, les systèmes géothermiques de nouvelle génération (EGS, etc.) offrent le potentiel d’empreintes plus petites par rapport aux systèmes hydrothermaux de deux manières. Premièrement, ces systèmes devraient être de l’ordre de quelques dizaines de mégawatts par installation, la densité des installations étant maintenue faible pour des raisons géophysiques. La production sera donc très probablement située immédiatement à côté de la plate-forme de forage, ce qui minimisera l’empreinte créée lorsque des pipelines aériens ou souterrains sont nécessaires pour déplacer le combustible. Deuxièmement, les nouvelles turbines supercritiques à base de CO₂ ont démontré une réduction de taille d’un ordre de grandeur ou plus par rapport aux turbines à cycle organique de Rankine de pointe actuelles, ce qui permet une petite empreinte après le forage. Ces nouvelles technologies peuvent permettre aux composants de turbomachines de centrale géothermique de nouvelle génération pour une centrale pilote de plusieurs mégawatts de tenir dans la taille d’un conteneur de semi-remorque (Sage Geosystems, 2021²¹Sage Geosystems – Sage. (2021). New Venture Drill Down. Retrieved December 23, 2022, from https://www.youtube.com/
watch?v=KS1Fc32OpYY&list=PLq0pQYiVxq2rCBeLIsNMRBcsNkeVmXRQ7&index=15. ).²²Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Cela dit, actuellement, même les concepts de centrales de nouvelle génération nécessiteront un refroidissement/condensation des fluides, ce qui contribue à l’empreinte au sol des développements géothermiques. De plus, le climat des mois d’été pose un défi pour les technologies de refroidissement par air traditionnelles dans les États qui ont tendance à être chauds en été, et peut augmenter la superficie des systèmes de refroidissement pour maintenir l’efficacité des performances. C’est un domaine où l’innovation et le pilotage sont nécessaires pour mieux comprendre l’impact que les exigences de refroidissement/condensation des centrales géothermiques auront sur l’empreinte des nouveaux développements futurs. ²³Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 275. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Autres considérations relatives à l’utilisation des terres

L’impact des lignes de transport constitue la plus grande source de la fourchette des estimations de l’utilisation des terres signalées, soit environ 0,215 à 1,485 kilomètre carré par centrale de 30 à 50 mégawatts. Cela équivaut à environ neuf acres par mégawatt, en supposant une capacité de 40 mégawatts, ce qui est une empreinte similaire à celle de l’énergie solaire à l’échelle industrielle. ²⁴Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 276. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Pour réduire davantage l’empreinte foncière effective et les problèmes potentiels de fragmentation des terres, des pratiques de restauration et de conservation des sites devraient être envisagées dès les premières étapes de la conception des installations, puis mises en œuvre dès que possible, afin de minimiser les impacts à long terme. Des réductions mesurables de l’altération régionale des terres ont été constatées dans le gisement de schiste d’Eagle Ford (Pierre, et al., 2015 ²⁵

Pierre, J. P., Abolt, C. J., & Young, M. H. (2015). Impacts from above-ground activities in the Eagle Ford Shale play on landscapes and hydrologic flows, La Salle County, Texas. Environmental management, 55(6), 1262-1275. ), l’un des plus importants du Texas, après la mise en œuvre de pratiques cohérentes de remise en état des terres.²⁶Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 276. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas

Les perturbations causées par l’enlèvement de la végétation peuvent augmenter le potentiel d’émission de poussière, ce qui peut être un risque respiratoire chez l’homme, en particulier pour l’énergie solaire à l’échelle industrielle, avec le nivellement et le classement des panneaux, des cadres et des larges. L’érosion par la poussière, bien que potentiellement importante pour l’efficacité à long terme des panneaux solaires, n’est probablement pas un problème dans le contexte géothermique. ²⁷Beard, J.C., et Jones, B.A., éds. (2023, 1er mai). Chapitre 10 : Considérations environnementales et impact. L’avenir de la géothermie au Texas. p. 276. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas