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La géothermie avec de nouveaux forages à très grande profondeur // Geothermal energy with new very deep drillings

L’immense potentiel d’énergie géothermique qui sommeille sous la surface de la Terre ne demande qu’à être exploité pour chauffer les maisons ou produire de l’électricité, comme cela se fait en Islande où cette énergie est convertie en électricité grâce à la force de la vapeur. Portée à haute température dans des réservoirs géothermiques ou les aquifères dans la croûte terrestre, l’eau se transforme en vapeur qui fait ensuite tourner des turbines qui activent un générateur produisant de l’électricité. Lorsque la vapeur redevient de l’eau, elle est renvoyée dans sol et le cycle recommence. En bref, l’énergie géothermique a, en théorie, le potentiel de fournir une énergie propre au monde entier.
Pour puiser cette puissance naturelle, les ingénieurs devront inventer de nouvelles stratégies pour forer jusqu’à 20 kilomètres de profondeur à l’intérieur de la Terre. Quaise Energy, une start-up rattachée au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pense avoir la solution avec le forage à ondes millimétriques. Les scientifiques pensent que la technologie peut vaporiser suffisamment de roche pour créer les puits de forage les plus profonds au monde. Ils pourront ainsi récolter l’énergie géothermique à grande échelle pour satisfaire la consommation humaine sans avoir besoin de combustibles fossiles.
L’énergie géothermique est pratiquement illimitée, mais elle est actuellement sous-utilisée. Selon l’Agence Internationale de l’Energie, la production d’électricité géothermique n’a augmenté que d’environ 2 % en 2020 avec une capacité supplémentaire de 200 mégawatts, ce qui représente une baisse significative par rapport à la croissance enregistrée au cours des cinq années précédentes. À titre de comparaison, une centrale au charbon classique a une capacité d’environ 600 MW.
Pour atteindre zéro émission nette d’ici 2030, la production mondiale d’énergie géothermique devrait augmenter de 13 % chaque année entre 2021 et 2030, soit environ 3,6 gigawatts de capacité. Pour y parvenir, il faudra un meilleur accès à l’eau ultra-chaude qui se trouve à très grande profondeur. C’est le but recherché avec le forage à ondes millimétriques.
Actuellement, le puits de forage le plus profond au monde est le Kola Superdeep Borehole en Russie, près de la Norvège. Résultat d’un projet remontant à l’Union Soviétique, il s’agissait de forer le plus profond possible dans la croûte terrestre, qui fait en moyenne environ 30 kilomètres d’épaisseur sous les continents. Au final, ce puits n’atteint que 12,1 kilomètres dans la croûte et il a fallu 20 ans pour le réaliser car les équipements conventionnels, tels que les foreuses mécaniques, ne peuvent pas gérer les conditions rencontrées à une telle profondeur.
La nouvelle technologie mise au point par Quaise Energy, conçue pour perforer la roche avec des ondes millimétriques, pourrait être une solution. En remplaçant les forets conventionnels par des ondes millimétriques générées par une machine baptisée gyrotron, il est possible de faire fondre puis de vaporiser la roche. Un gyrotron dispose d’une puissante source de faisceaux, comme les lasers, mais avec une gamme de fréquences différente. Il a fallu plus de 15 ans à la start-up pour développer la technologie en laboratoire, et démontrer finalement que les ondes millimétriques pouvaient forer le basalte. La technologie devrait permettre de creuser à 20 kilomètres de profondeur, là où les températures atteignent plus de 480 degrés Celsius.
Le projet devrait débuter par une conception hybride, utilisant d’abord la technologie de forage rotatif conventionnelle développée par les industries pétrolières et gazières pour perforer les couches de surface de la Terre. C’est alors que l’on utilise les ondes millimétriques à haute puissance. La première plate-forme de forage hybride à grande échelle devrait être opérationnelle d’ici 2024. D’ici 2026, le premier système géothermique prévu pour produire 100 mégawatts d’énergie thermique fonctionnera à partir de quelques puits de forage. D’ici 2028, le nouveau système devrait commencer à remplacer les centrales à combustibles fossiles par des centrales géothermiques.
Grâce aux températures élevées atteintes à très grande profondeur, la nouvelle technologie produit de la vapeur très proche de la température à laquelle fonctionnent les centrales électriques au charbon et au gaz d’aujourd’hui. Ainsi, il sera possible de remplacer 95 à 100 % de l’utilisation du charbon en développant un champ géothermique et en produisant de la vapeur à partir des profondeurs de la Terre.
Il reste encore beaucoup à faire pour développer pleinement la nouvelle technologie. Les scientifiques doivent mieux comprendre les propriétés des roches à grande profondeur et faire progresser la chaîne d’approvisionnement des gyrotrons qui produisent les ondes millimétriques. De plus, l’équipement devra être produit en quantité et avec une conception robuste adaptée à l’environnement des forages.
Viennent ensuite des défis techniques supplémentaires, tels que la technique d’élimination des matériaux remontés lors du forage et la nécessité de maintenir les puits stables et ouverts une fois le forage terminé.
Au moment où les sources d’énergie géothermique plafonnent à travers le monde parce que les méthodes de forage conventionnelles sont inadaptées pour gérer des profondeurs supérieures à 120 mètres, le Département américain de l’Energie a octroyé à Quaise Energy une subvention pour accélérer les expériences avec un gyrotron plus puissant, et continuer à améliorer les capacités de vaporisation.
Source : Yahoo Actualités, Popular Mechanics.

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The vast geothermal energy locked below Earth’s surface is just waiting to be tapped to heat the houses or to produce electricity, as this is done in Iceland where it is converted to electricity through steam. As water is heated in geothermal reservoirs or aquifers in Earth’s crust, steam is created, which then turns turbines that activate a generator, ultimately spitting out electricity. When the steam becomes water again, it’s returned to the ground so it can go through the cycle all over again. In short, it has the potential to provide clean energy to the entire world.

To tap into this natural power, engineers must devise a new strategy for drilling 20 kilometers into Earth, deep into rock. An MIT spinoff company believes it has the answer: millimeter wave drilling. Scientists believe the technology can vaporize enough rock to create the world’s deepest holes and harvest geothermal energy at scale to satisfy human energy consumption without the need for fossil fuels.

Although geothermal energy is a nearly limitless form of sustainable energy production, it is currently being underutilized. According to the International Energy Agency, geothermal electricity generation grew only about 2 percent in 2020 with an added 200 megawatts of capacity, a marked fall from the growth seen in the previous five years. As a comparison, a typical coal plant has about 600 MW of capacity.

To reach net-zero emissions by 2030, global geothermal energy production needs to increase by 13 percent each year between 2021-2030, or about 3.6 gigawatts of capacity. For that to happen, we need better access to this ultra-hot water from Earth’s core. It is hoped that millimeter wave drilling will do the job.

Currently, the world’s deepest drilled hole is the Kola Superdeep Borehole in Russia near Norway. A project of the Soviet Union, it was an attempt to drill as deeply as possible into Earth’s crust, which is on average about 30 kilometers thick beneath continents. But this hole reaches just 12.1 kilometerrs into the crust and took 20 years to complete because conventional equipment, such as mechanical drills, can’t handle the conditions at those depths.

The MIT new technology, designed to blast rock with millimeter waves, might be a solution. By replacing conventional drill bits with millimeter wave energy, powered by a gyrotron machine, it is possible to melt and then vaporize the rock to create many of these deep holes. A gyrotron features a powerful beam source, like lasers, but with a different frequency range. It took MIT over 15 years to develop the general technique in a lab, eventually demonstrating the millimeter waves could drill holes in basalt. The technology is expected to reach 20 kilometers into the ground, where temperatures reach over 480 degrees Celsius.

The plan is to usher in a hybrid design, first using conventional rotary drilling technology developed by the oil and gas industries to cut through Earth’s surface layers. Then, once crews reach the basement rock, they switch over to high-power millimeter waves. The first full-scale hybrid drilling rig will be operational by 2024. By 2026, the first geothermal system, rated to 100 megawatts of thermal energy, will be operating from a handful of wells. By 2028, ithe new system is likely to start replacing fossil fuel-powered energy plants with geothermal plants.

At these high temperatures, the new technology is producing steam very close to, if not exceeding, the temperature that today’s coal and gas-fired power plants operate at. So, it will be possible to replace 95 to 100 percent of the coal use by developing a geothermal field and producing steam from the Earth.

There is still a lot to do to fully develop the new technology. Scientists need to better understand rock properties at great depth and advance the supply chain for gyrotrons, the linear-beam vacuum tubes that produce the millimeter waves.The equipment must be produced in quantity and with a robust design suitable for a field environment.

Then come some additional engineering challenges, such as the proper removal technique for the ash created during the borehole drilling, and the need to keep the bored holes stable and open once completed.

With geothermal energy sources plateauing across the world because conventional drilling methods proved impractical to handle the hotter and harder crusts much deeper than the shallow depths of 120 meters, the United States Department of Energy has offered the MIT department a grant to increase the experiments with a larger gyrotron to continue improving the vaporizing abilities.

Source: Yahoo News, Popular Mechanics.

Vue du gyrotron (Source: Encyclopaedia Britannica)

Surtsey (Islande) a FAILLI devenir française !

Le numéro de décembre 2022 de la revue HISTORIA est consacré aux « terres oubliées de l’empire français ». Mention est faites de l’île Julia au large de la Sicile. Baptisée tour à tour Julia par les Français, Ferdinandea par les Italiens, Graham par les Anglais, son sommet a rejoint les profondeurs car il n’a pas résisté aux assauts des vagues. Vous découvrirez ces turbulences dans le livre Histoires de Volcans, Chroniques d’éruptions (Editions Omniscience) dont je suis le co-auteur avec Dominique Decobecq.

Surtsey a mieux résisté et on peut l’apercevoir aujourd’hui au sud de l’Islande. En lisant l’article qui est consacré à cette île dans HISTORIA, on apprend qu’elle a failli devenir française, mais seulement failli !

Le 10 novembre 1963, les marins à bord d’un chalutier islandais aperçoivent une épaisse colonne de fumée qui, selon eux, provient d’un navire en perdition. Il s’agit en fait du début d’une éruption sous-marine qui dura quatre jours.

La naissance d’une nouvelle île enthousiasme le grand reporter Gérard Géry qui vend le sujet à Paris Match. Très vite il constitue une petite équipe avec le photographe Philippe Laffon et l’alpiniste Pierre Mazeaud. Les trois hommes arrivent le 6 décembre à portée de la nouvelle île qu’ils atteignent en zodiac. Ils y débarquent et plantent deux drapeaux : le drapeau français et celui de Paris Match. Cette initiative déplaît, semble-t-il, à Surt, le dieu scandinave qui a donné son nom à l’île. Une violente explosion oblige les trois Français à décamper à toute vitesse une quinzaine de minutes après leur débarquement

Pour les Islandais, cette initiative française n’est pas sérieuse. Surtsey se trouvant à quelques encablures des Iles Vestmann, dans les eaux territoriales islandaises, elle appartient forcément à ce pays. Le gouvernement français n’a pas essayé de faire valoir le droit du premier occupant et Surtsey n’est donc pas devenu le territoire français le plus septentrional !

Rappelons que l’accès à Surtsey est aujourd’hui interdit au public. Il est réservé aux scientifiques étudiant la propagation de la vie sur une terre nouvelle. Cette étude de l’île pourra se faire tant que l’île émergera de l’océan. Faute de nouvelle activité éruptive, elle est vouée, elle aussi, à disparaître sous les assauts des vagues…

Naissance de Surtsey en 1963

Surtsey aujourd’hui (Source: Wikipedia)

Stromboli (Sicile) : une restriction de plus // One more restriction

Suite à la récente activité du Stromboli avec coulées pyroclastiques jusque sur la surface de la mer, l’interdiction de navigation dans la zone devant la Sciara del Fuoco, entre Punta delle Chiappe et Punta Labronzo, a été étendue d’un à deux milles marins (1 mille marin = 1852 m). L’ordonnance a été émise par l’Autorité Portuaire de Milazzo suite à une note reçue du Département National de Protection Civile demandant cette extension de la zone. L »interdiction est émis pour des raisons de sécurité, liées au risque de nouveaux paroxysmes et de possibles glissements de terrain.

Source : Giornale di Sicilia.

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Following Stromboli’s recent activity, with pyroclastic flows travelling down onto the surface of the sea, the navigation ban in the area in front of the Sciara del Fuoco, between Punta delle Chiappe and Punta Labronzo, has been extended from one to two nautical miles (1 nautical mile = 1852 m). The ordinance was issued by the Port Authority of Milazzo following a note received from the National Department of Civil Protection requesting this extension of the area. The ban is issued for security reasons, related to the risk of new paroxysms and possible landslides.
Source: Giornale di Sicilia.

Photo: C. Grandpey

Destruction des moai de l’Île de Pâques : recherche des responsables // Easter Island : who was responsible for the burning of the moai?

L’Île de Pâques – Rapa Nui – est une île et un territoire chilien dans le sud-est de l’océan Pacifique. L’île est surtout connue pour ses quelque 1 000 statues monumentales de basalte sculptées à la main, les moai, par les premiers Rapa Nui. Leur taille varie de 1,80 m à plus de 9 m de hauteur. Elles sont constitués de tuf à lapilli, une roche pyroclastique sujette aux fractures si elle est exposée à des températures élevées. Une société polynésienne qui s’était installée dans la région vers l’an 300 a édifié les moai entre le 10ème et le 16ème siècle. En 1995, l’UNESCO a inscrit l’Île de Pâques au Patrimoine mondial. Une grande partie de l’île est protégée car elle se trouve dans le Parc national de Rapa Nui.
On peut lire sur le site web de la Smithsonian Institution que « l’Île de Pâques se trouve au sommet de la dorsale, en grande partie sous-marine, Salas y Gómez, qui s’étend vers l’est à partir de la Dorsale Est-Pacifique. L’île est composée de trois volcans principaux et de plus de 70 cônes secondaires. Rano Kau à la pointe SO présente un cratère à fond plat de 1,5 km de diamètre, tandis que le volcan Poike occupe la pointe E. Les deux sont nés au Pléistocène. Terevaka est un grand volcan bouclier apparu entre le Pliocène et le Pléistocène à la pointe nord de l’île. Il est recouvert de nombreux cônes pyroclastiques. La dernière phase d’activité a consisté en des éruptions provenant de plusieurs zones de rift. Les dernières coulées de lave, à Hiva-Hiva près de la côte centre-ouest, auraient moins de 2000 ans. »
Dans une note publiée sur ce blog le 8 octobre 2022, j’expliquais qu’environ 80 des célèbres moai avaient été endommagés par un incendie de végétation. L’incendie a brûlé environ 60 hectares du Parc national de Rapa Nui. Il y a environ 416 moia dans cette région de l’île.
Une pénurie de volontaires a rendu difficile la maîtrise de l’incendie dont l’origine est attribuée au brûlage des pâturages pratiqué sur l’île par certains éleveurs de chevaux et de vaches. Le ministre de l’Agriculture a annoncé que la cause de l’incendie fera l’objet d’une enquête et que la Corporation forestière nationale du Chili (CONAF) disposera désormais d’une brigade forestière permanente sur l’Île de Pâques tout au long de l’année.
Les moai victimes de l’incendie sont les signes d’une tension croissante entre les propriétaires terriens et les défenseurs de l’environnement. D’un côté, les familles locales, sous la bannière du parlement Rapa Nui autoproclamé, plaident pour un retour à un ancien système clanique de partage des terres. De l’autre côté, les défenseurs de l’environnement et un conseil élu chargé de gérer le Parc national accusent certaines personnes d’utiliser les terres du Parc pour l’élevage bovin, ce qui provoque parfois des incendies.
On a observé une augmentation exponentielle de l’élevage et de l’agriculture sur l’île au cours des dernières années. Il semble qu’une partie de cette augmentation provienne de la volonté de rendre la vie plus durable pendant la crise sanitaire lorsque l’île était isolée. Le nombre de bovins sur l’île est passé à plus de 6 000, contre 3 400 en 1966. Selon une étude de l’Université du Chili, les animaux paissent ou se déplacent dans près de 80 % du Parc national.
En 2016, l’État chilien a accepté de céder le contrôle du Parc, qui couvre près de la moitié de l’île, à un conseil choisi localement. La mesure devrait prendre effet en 2025. Cependant, plutôt que cela, certains insulaires souhaitent un retour au système de clans qui existait avant le traité de 1888 entre l’un des derniers rois de Rapa Nui et le Chili. Avec le système clanique, chaque clan possède des terres qui ont été distribuées par le roi.
Les autorités chiliennes ont été informées du brûlage des pâturages en octobre mais n’ont pas réussi à prendre les mesures nécessaires pour y faire face. Les autorités locales, quant à elles, attribuent l’introduction du bétail à la société anglo-chilienne d’Exploitation de l’île de Pâques, mais aussi à l’État et à l’armée qui auraient offert du bétail aux insulaires dans les années 1980. Selon elles, le seul responsable de la situation actuelle est l’Etat.
Source : Yahoo Actualités.

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Easter Island – Rapa Nui, Isla de Pascua – is an island and special territory of Chile in the southeastern Pacific Ocean. The island is most famous for its nearly 1,000 extant monumental statues of hand-carved basalt, called moai, which were created by the early Rapa Nui people. They range in size from 1.80 m to more than 9 m tall. They are made of lapilli tuff, pyroclastic rock prone to fractures if exposed to high temperatures. A Polynesian society that had settled in the area around the year 300 built the shrines between the 10th and 16th centuries. In 1995, UNESCO named Easter Island a World Heritage Site, with much of the island protected within Rapa Nui National Park.

One can read on the Smithsonian Institution’s website that « Easter Island sits atop the largely submarine Salas y Gómez Ridge, which trends eastward from the East Pacific Rise. It is composed of three principal volcanoes and more than 70 subsidiary vents. Rano Kau at the SW tip includes flat-bottomed crater 1.5 km wide, while Poike volcano is at the E point; both are of Pleistocene age. Terevaka is a broad shield volcano of Pliocene-to-Pleistocene age at the northern point of the island, which is capped by many pyroclastic cones. The last stage of activity consisted of eruptions from multiple rift zones. The latest lava flows, at Hiva-Hiva near the west-central coast, are thought to be less than 2,000 years old. »
In a post published on this blog on October 8th, 2022, I explained that about 80 of the famous moai were damaged by a wildfire. They were affected by the fire that burned about 60 hectares of the Rapa Nui National Park. There are an estimated 416 moia in that area of the island.

A shortage of volunteers made it difficult to contain the fire whose origin is attributed to the burning of pastures that some horse and cow farmers do on the island. The Minister of Agriculture announced that the cause of the fire will be investigated and that Chile’s National Forestry Corporation (CONAF) will have a permanent forestry brigade on Easter Island throughout the year.

The charred moai are signs of a growing tension between landowners and conservationists. On the one side, local families, under the banner of the self-described Rapa Nui parliament, argue for a return to an ancient clan system for dividing up the land. On the other side, conservationists and an elected council tasked with managing the island’s national park say some people use park lands for cattle farming, at times causing fires.

There has been an exponential increase in livestock and agriculture on the island in the last few years. It seems some of the increase came from wanting to make life more sustainable during the health crisis when the island was cut off. The number of cattle on the island has risen to more than 6,000 from 3,400 in 1966. According to a University of Chile study, they graze or pass through nearly 80 percent of the national park.

In 2016 the Chilean state agreed to start handing over control of the park, which covers nearly half the island, to a locally chosen council, which is set to take control in 2025. However, some islanders instead want a return to the clan system which existed before the 1888 treaty between one of the last kings of Rapa Nui and Chile. With the clan ststem, every clan owns land that was distributed by the king.

Authorities were notified of the pasture burn in October but failed to prepare. Easter Island’s mayor blames the introduction of livestock on the British-Chilean Easter Island Exploitation Company… and the state and military for offering cattle to islanders in the 1980s. In his opinion, the only guilty party for the current situation is the state.

Source: Yahoo News.

Crédit photo : Wikipedia