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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)

2022, une année noire pour les glaciers alpins

Il va falloir être très attentif au niveau de précipitations dans les Alpes au cours de l’hiver 2022-2023. Si on assiste à la répétition de l’hiver 2021-2022, avec des chutes de neige très insuffisantes, la situation glaciaire risque de devenir catastrophique à un point que personne n’aura imaginé. Les stations de ski devront, elles aussi, s’inquiéter car la tendance sur le long terme n’est pas réjouissante.

Les Suisses ont tiré la sonnette d’alarme à l’issue de l’été 2022 car la fonte des glaciers dans le pays s’est considérablement accélérée. Selon un rapport de la Commission d’experts réseau de mesures cryosphère de l’Académie suisse des sciences naturelles, les glaciers suisses ont perdu en 2022 trois kilomètres cubes de glace, soit 6% de leur volume total.

Tous les scientifiques s’accordent pour dire que l’année 2022 a été catastrophique pour les glaciers suisses. À titre de comparaison, une perte de 2% du volume en une année était jusque-là considérée comme « extrême ». En fait, c’est tout le massif alpin qui a été impacté par les dernières vagues de chaleur.

Comme en France, l’accélération de la fonte des glaciers a été provoquée par un hiver sec, si bien que l’épaisseur de neige dans les Alpes au printemps n’avait jamais été aussi faible. Avec peu de neige, la zone d’accumulation, là où les glaciers prennent leur source, n’a pas été alimentée. Se sont ensuite ajoutées les poussières de sable du Sahara, qui ont absorbé davantage de chaleur en réduisant l’albédo et en accélérant la fonte. Cela a privé les glaciers de leur couche de neige protectrice dès le début de l’été. La glace a ensuite été soumise à des vague de chaleur. Au mois de juin, la Mer de Glace perdait 10 centimètres d’épaisseur par jour.

Les scientifiques expliquent que le phénomène devrait s’accélérer. On peut lire dans le rapport de la Commission suisse : « Les observations montrent, que de nombreuses langues de glace s’effritent et que des îlots de rochers apparaissent au milieu du glacier quand la glace n’est pas très épaisse. Autant de processus qui accélèrent encore la dégradation. »

La situation glaciaire en Suisse est d’autant plus inquiétante que l’hydroélectricité assure plus de 60% de la production totale d’énergie du pays. Pour le moment, l’eau des glaciers a permis de maintenir un certain niveau. Au train où vont les choses, il y a le risque que dans cinquante ans les glaciers aient pratiquement disparu et ils ne pourront donc pas fournir d’eau.

Certains font remarquer que la fonte a aussi des effets positifs. Les eaux de fonte ont permis de compenser les faibles précipitations et de remplir une partie des lacs artificiels utilisés pour la production d’électricité. Là encore, la hausse des eaux de fonte est un phénomène très ponctuel. Le jour où les glaciers auront disparu, il n’y aura plus d’eau de fonte!

Vue du glacier du Rhône

Comme sur la Mer de Glace, une bâche blanche recouvre l’entrée de la grotte creusée dans le Glacier du Rhône

La source du Rhône, alimentée par la fonte du glacier

Le glacier du Gorner est lui aussi, victime du réchauffement climatique

(Photos: C. Grandpey)

Très forte vague de chaleur dans l’Ouest des Etats-Unis // Very severe heatwave in U.S. West

L’Ouest américain est actuellement confronté à l’une des pires, sinon la pire, vague de chaleur et sécheresse de son histoire. Les climatologues américains ont bien été obligés d’admettre que la cause de ce phénomène est directement liée au changement climatique d’origine anthropique.

Les rivières et les réservoirs sont à sec en Californie où l’on enregistre des niveaux d’eau historiquement bas. Encore plus préoccupant, si le niveau du lac Oroville, le deuxième plus grand réservoir de Californie, continue de baisser, cela pourrait avoir un effet dévastateur sur l’alimentation électrique de l’État. Un trop faible niveau du lac pourrait entraîner la fermeture de cette centrale électrique, ce qui priverait quelque 800 000 foyers d’électricité.

Des problèmes semblables, dus à la vague de chaleur, frappent également le Texas. De nombreuses centrales électriques de l’État ont été déconnectées la semaine dernière, quelques mois seulement après une panne majeure qui a privé les Texans de chauffage au milieu de l’hiver.

Le 18 juin 2021, la plupart des journaux américains ont expliqué que plus de 40 millions d’Américains avaient été confrontés à des températures de plus de 100°F (37,7°C) la semaine précédente. Des records de température ont également été battus à Salt Lake City où l’on a relevé 41,6 °C (107 °F), ce qui a pulvérisé un record de chaleur vieux de 147 ans pour le mois de juin.

Le plus inquiétant, c’est que nous ne sommes pas encore au cœur de l’été. L’ensoleillement maximum se situe au moment du solstice d’été, le 21 juin, mais les États-Unis ont tendance à voir les températures augmenter jusqu’en juillet. La NOAA a déclaré que l’été 2020 avait été l’un des plus chauds jamais observés aux États-Unis, et le mois d’août avait été particulièrement « sec et destructeur ».

La température a atteint 54°C à Furnace Creek dans la Vallée de la Mort le 18 juin ! Il est conseillé aux vacanciers d’éviter de randonner dans des endroits très chauds. Une femme est décédée la semaine dernière dans le Grand Canyon à cause de la chaleur. Il est à craindre que les incendies de forêt soient à nouveau destructeurs cette année, en particulier en Californie.

Source : médias d’information américains.

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The U.S. West is currently facing one of the worst – if not the worst – heatwave and drought of its history. US climatologists have at last been forced to admit the reason is linked directly to human-caused climate change.

California’s rivers and reservoirs have dried up and the state is recording historically low water levels. In particular, if water levels in Lake Oroville, California’s second-largest reservoir, continue to dwindle, it could have devastating impacts on the state’s power supply. Low water levels may force this power plant to close, leaving around 800,000 homes without energy.

Energy troubles amid the heatwave are also hitting Texas. Many power plants in the state went offline last week, just months after a major outage left Texans without heat during in the middle of winter.

On June 18th, 2021, most US newpapers reported that more than 40 million Americans saw triple-digit temperatures where they live in the prior week. Temperature records were also broken in Salt Lake City when the weather services measured a high of 107°F (41.6°C), smashing the area’s 147-year record for temperatures in June.

What makes the US’s weather troubles worse is that summer has not even peaked. The amount of sun’s rays reaching Earth tends to peak on the summer solstice on June 21st. The US tends to see warm temperatures increasing into July. NOAA said the summer of 2020 was one of the hottest ever seen in the US, with August, in particular, being especially « dry and destructive. »

The temperature reached 54°C at Furnace Creek in Death Valley on June 18th! Vacationers have been advised to avoid trekking in very hot places. A woman died last week in the Grand Canyon because of the heat. It is fear wildfires will be destructive again this year, especially in California.

Source: US news media.

 

Les températures aux Etats Unis le 20 juin 2021 (Source : NOAA)

Vague de chaleur et de sécheresse en Alaska // Hot and dry days in Alaska

Comme je l’ai déjà écrit, tout l’Arctique souffre du réchauffement climatique. Le sud-est de l’Alaska en particulier traverse une période chaude et sèche. À partir du 17 mars 2019, une ou plusieurs localités de la région ont connu des températures record pendant 16 jours consécutifs. Au total, 26 sites du sud-est de l’Alaska ont connu des niveaux de température record en mars.
Parallèlement à la chaleur, de nombreuses régions du sud-est connaissent une sécheresse qui n’en finit pas. Juneau a connu le 19 mars le plus sec de son histoire, après plus d’une année de faibles précipitations. À l’aéroport international de la ville, qui reçoit habituellement une trentaine de centimètres de neige en mars, seule une mince couche a recouvert le sol pendant le mois cette année. Sur l’ensemble de l’hiver,  il est tombé environ 1,30 mètre de neige à l’aéroport, contre 2,16 mètres habituellement.

Une des conséquences les plus évidentes du manque de pluie est le risque d’incendie. Les personnes qui font brûler des détritus doivent s’assurer d’avoir un tuyau d’arrosage ou une pelle à proximité en cas de problème. Elles doivent également ne pas faire un feu de plus de 3 mètres de diamètre et veiller à ne pas faire de feu en période de vent fort.
En ce qui concerne les semaines à venir, avril est historiquement le mois le plus sec à Juneau. En avril, les précipitations sont en moyenne de 7,35 centimètres dans la capitale. Le mois a commencé par une bonne nouvelles Le distributeur d’électricité Alaska Electric Light and Power vient d’annoncer que, après des mois de déconnexion de certains de ses clients en raison du faible niveau d’eau dans les barrages, il est de nouveau possible de les reconnecter. Les niveaux d’eau sont revenus à la normale, en partie grâce à la fonte de la neige. Cependant, on ne sait pas si les niveaux d’eau resteront élevés cet été ou s’il ne s’agit que d’une hausse temporaire due à la fonte de la neige.
Source: Juneau Empire.

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As I put it before, the whole Arctic is suffering from global warming. Southeast Alaska in particular is going through a hot period. Starting March 17th, 2019, one or more locations in the region have seen record high temperatures for 16 days in a row. All told, there were 26 sites in Southeast Alaska that experienced record highs in March.

Along with the heat, many areas in Southeast are experiencing an extended drought. Juneau experienced its 19th driest March on record, following up on more than a year of low precipitation. At the Juneau International Airport which usually sees about 30 centimetres of snow in March, only a thin layer fell during the month this year. For the winter season, 130 centimetres of snow have fallen at the airport. It is almost certain that the snow season will finish well short of its usual average of 216 centimetres.

One of the most obvious consequences of lower precipitation is the higher risk of fire.  People who are going to burn their trash should make sure thry have an extinguishing method such as a garden hose or a shovel. They should also keep the fire under 3 metres in diameter and make sure not to have a fire when the wind strong.

As far as the coming weeks are concerned, April is historically Juneau’s driest month. The capital city gets an average of 7.35 centimetres of precipitation in April per year. The month began with a bit of good news. Alaska Electric Light and Power has just announced that after months of disconnecting some of its customers due to low water levels, there is enough hydropower to reconnect them. Water levels have returned to normal, in part because of melting snow. However, it is not clear whether water levels will remain high for the summer or if this is just a temporary rise due to melting snow.

Source : Juneau Empire.

Vues de Juneau et du Mendenhall Glacier à proximité de la capitale de l’Alaska (Photos: C. Grandpey)