Analyse énergétique, économique et environnementale (3E) du fonctionnement d’une centrale géothermique pour une production d’électricité fiable en climat froid

Alimenter les villes éloignées sans fumée

De nombreuses communautés nordiques dépendent de groupes électrogènes diesel pour maintenir l’éclairage, alors que le carburant doit être transporté sur de longues distances et que les prix ne cessent d’augmenter. Cette étude pose une question simple aux implications importantes : la chaleur profonde sous nos pieds pourrait‑elle fournir une électricité plus propre, moins coûteuse et plus fiable pour ces endroits ? En se concentrant sur la communauté éloignée de Fort Liard, dans les Territoires du Nord‑Ouest du Canada, les chercheurs explorent comment une centrale géothermique pourrait remplacer la majeure partie — voire la totalité — de la production diesel à long terme, tout en économisant de l’argent et en réduisant la pollution.

La chaleur venue des profondeurs

L’énergie géothermique exploite la chaleur naturelle stockée dans la croûte terrestre. Dans le cas de Fort Liard, la ville repose au‑dessus d’une couche d’eau souterraine chaude à plus de quatre kilomètres de profondeur. Cette couche est suffisamment chaude — autour de 170–180 °C — pour alimenter une petite centrale en surface. Le système proposé pompe de l’eau salée chaude par un puits, la fait traverser un échangeur de chaleur qui réchauffe un fluide de travail distinct, puis renvoie l’eau refroidie dans le sous‑sol via un autre puits. Le fluide de travail entraîne une turbine dans une boucle fermée, de sorte que l’eau souterraine est réutilisée plutôt que brûlée, faisant de ce système une source d’énergie stable et à faibles émissions, largement indépendante des conditions météorologiques.

Trois modes de fonctionnement d’une centrale géothermique

Pour voir comment cela fonctionnerait en pratique, l’équipe a modélisé trois approches d’exploitation sur une période de 30 ans en utilisant des données réelles détaillées sur la consommation électrique de Fort Liard, le climat local et la géologie, ainsi que des devis réels pour l’équipement et la construction. Dans la première approche, la centrale géothermique fonctionne juste assez pour satisfaire les besoins de la communauté, avec une petite unité diesel et des batteries en réserve pour les cas d’urgence et la maintenance. Dans la seconde, la centrale fonctionne à pleine puissance toute l’année, produisant beaucoup plus d’électricité que la ville n’en consomme actuellement, ce qui pourrait soutenir la croissance future ou l’exportation d’un surplus d’électricité. La troisième approche est similaire à la première, sauf que le système géothermique est arrêté chaque mois de juin, laissant le réservoir souterrain se reconstituer pendant que le diesel et les batteries couvrent la demande de ce mois.

Coûts, retour sur investissement et valeur à long terme

Bien que le coût initial de forage de puits profonds et d’installation de la centrale soit élevé, l’analyse montre qu’une fois construite, l’électricité géothermique peut être bien moins chère que la poursuite de la combustion du diesel. Aujourd’hui, l’électricité fournie par le diesel à Fort Liard — sans subventions gouvernementales — coûte effectivement environ 0,70 dollar canadien par kilowatt‑heure. En comparaison, la centrale géothermique modélisée produit de l’électricité pour environ 0,18 dollar par kilowatt‑heure dans les première et troisième approches, et seulement environ 0,07 dollar par kilowatt‑heure lorsqu’elle fonctionne à pleine capacité. Les indicateurs financiers confirment cette tendance : l’investissement pourrait s’autofinancer en environ 10 à 11 ans dans les modes plus prudents et en un peu plus de 5 ans en fonctionnement à pleine puissance, avec des rendements à long terme particulièrement élevés dans ce second scénario à forte production.

Air plus pur et nuits plus calmes

Les impacts environnementaux et sanitaires sont également au cœur de la comparaison. Lorsque la centrale géothermique fournit l’ensemble de la puissance de routine (première et seconde approches), l’unité diesel n’intervient qu’en secours, éliminant essentiellement les émissions locales d’échappement en fonctionnement normal. Dans la troisième approche, où le diesel couvre un mois par an, le modèle montre néanmoins des émissions substantielles de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques pendant cette période, y compris des particules fines et des gaz associés à des problèmes pulmonaires et cardiaques. Les systèmes géothermiques ne sont pas sans impacts — ils nécessitent des terres, des matériaux et une gestion précautionneuse de l’eau souterraine — mais globalement ils offrent une pollution continue bien moindre que les groupes diesel, en particulier dans des communautés où les moteurs tournent aujourd’hui en continu.

Ce que cela signifie pour les communautés nordiques

Pour Fort Liard et des villes isolées similaires en régions froides, la conclusion de l’étude est simple : lorsque les conditions souterraines sont favorables, la géothermie profonde peut fournir une électricité fiable, 24 heures sur 24, à un coût à long terme inférieur et avec beaucoup moins de pollution que le diesel. Faire fonctionner la centrale en continu présente le meilleur cas économique, tandis que des modes plus prudents offrent malgré tout des économies solides et un air plus sain. Peut‑être plus important encore, la méthode employée ici — combinant des données réelles de la communauté avec une modélisation détaillée énergétique, économique et environnementale — peut être reproduite et adaptée à d’autres communautés isolées reposant sur des roches et des eaux chaudes prometteuses, les aidant à progresser vers des systèmes énergétiques plus sûrs et plus respectueux du climat.

Citation: Dehghani-Sanij, A., Khakzad, N., Wigston, A. et al. Energy, economic and environmental (3E) analysis of geothermal-based plant operation for reliable power production in cold climates. Sci Rep 16, 11019 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39264-2

Mots-clés: énergie géothermique, communautés isolées, électricité en climat froid, remplacement du diesel, coûts de l’électricité renouvelable