Comment fonctionne la boucle géothermique chinoise à 2 500 mètres — et ce qu’elle doit encore prouver

Le projet chinois de Zhengzhou est souvent présenté comme une nouvelle étape pour la géothermie. Mais il faut garder la bonne mesure : il s’agit d’une démonstration de chauffage, et non d’une centrale géothermique produisant de l’électricité. Mis en service le 19 mai 2026 par China Huaneng, le dispositif fait circuler du dioxyde de carbone dans un puits fermé d’environ 2 500 mètres de profondeur. La chaleur récupérée dans la roche est ensuite transmise à un circuit d’eau destiné au chauffage hivernal des logements. 613

L’intérêt de cette installation est simple à comprendre : elle cherche à extraire la chaleur du sous-sol sans pomper d’eau souterraine. Ses premiers résultats constituent toutefois un jalon d’exploitation, pas encore la démonstration qu’une géothermie en boucle fermée peut fournir partout une électricité abordable, disponible 24 heures sur 24.

Le principe de la boucle de Zhengzhou

Le puits repose sur une architecture coaxiale à circuit fermé. Un passage achemine vers le fond du puits du CO₂ relativement froid et sous pression ; un autre passage ramène le fluide réchauffé vers la surface. En profondeur, la chaleur de la formation rocheuse traverse la structure du puits et réchauffe le CO₂ en circulation. À la surface, le CO₂ restitue cette énergie à l’eau utilisée par le réseau de chauffage. Le fluide caloporteur reste confiné dans le circuit et ne se mélange pas avec les formations souterraines. 6713

Cette configuration se distingue de la géothermie hydrothermale classique. Dans ce cas, on pompe naturellement de l’eau chaude depuis un réservoir souterrain perméable, avant de gérer généralement sa réinjection. Une boucle fermée peut, elle, exploiter la chaleur de roches chaudes même lorsque l’écoulement naturel des eaux souterraines ne permet pas de faire fonctionner un système ouvert.

Pourquoi remplacer l’eau par du CO₂ ?

Le projet utilise du CO₂ supercritique comme fluide caloporteur. Dans certaines conditions de pression et de température, le CO₂ supercritique possède à la fois une mobilité proche de celle d’un gaz et une densité comparable à celle d’un liquide. Selon la justification technique rapportée, cette combinaison pourrait limiter la résistance à l’écoulement tout en favorisant les échanges thermiques dans un puits profond. 613

Le CO₂ peut également favoriser un effet de thermosiphon. En se réchauffant et en remontant, il devient moins dense que le fluide plus froid qui descend. Cette différence de densité peut contribuer à mettre le fluide en circulation et à réduire le travail de pompage — sans supprimer pour autant les équipements de surface ni garantir de faibles coûts d’exploitation.

Une boucle fermée présente plusieurs avantages potentiels :

• elle n’exige ni captage ni réinjection d’eau souterraine ;
• le fluide de travail reste isolé de la formation géologique ;
• elle peut éviter une partie des problèmes d’entartrage et de traitement des minéraux liés à la production de saumures chaudes ;
• elle pourrait étendre le chauffage géothermique à des régions où la roche est chaude, mais où la perméabilité naturelle est insuffisante. 613

Ces avantages concernent l’architecture du système et ne préjugent pas de sa rentabilité. La chaleur doit encore traverser la roche et les parois du puits assez rapidement pour atteindre la puissance utile recherchée.

Les performances annoncées à Zhengzhou

D’après les informations publiques, le CO₂ entre dans le système à environ 8 °C et en ressort à environ 22 °C. Par rapport à une solution d’extraction fondée sur l’eau, le projet aurait augmenté la capacité d’extraction de chaleur d’environ 20 % et réduit d’environ 10 % la consommation énergétique unitaire du chauffage. Il est conçu pour assurer en hiver le chauffage centralisé de plus de 18 000 m² de logements. 3613

Ces chiffres décrivent une application utile de chauffage, mais ils ne démontrent pas une production électrique. Une température de retour d’environ 22 °C correspond à une application de chauffage ; les éléments disponibles ne montrent pas que l’installation génère de l’électricité.

Il faut aussi rester prudent avec le terme « CO₂ supercritique ». Il décrit le fluide utilisé et son état dans certaines conditions de pression et de température. Les résumés publics de fonctionnement ne donnent pas le profil complet de pression et de température à chaque point du circuit souterrain. Une source secondaire avance d’ailleurs des températures d’entrée et de sortie différentes. Le résultat souvent cité — de 8 °C à 22 °C — doit donc être compris comme une donnée d’exploitation rapportée, et non comme une description thermodynamique complète du puits. 34

Une future source d’électricité disponible en continu ?

La chaleur géothermique est accessible en permanence, contrairement au vent ou au soleil, dont la disponibilité varie selon la météo et l’alternance du jour et de la nuit. En théorie, une boucle fermée atteignant une roche suffisamment chaude et faisant circuler assez de fluide pourrait fournir une chaleur constante et, à des températures supérieures, de l’électricité pilotable.

Zhengzhou ne permet pas encore de conclure dans ce sens. Produire de l’électricité demande un flux de chaleur utile nettement plus important et des températures adaptées à un cycle de conversion. Le rôle actuel du projet est le chauffage résidentiel ; affirmer qu’il a déjà établi la faisabilité d’une électricité géothermique continue irait donc au-delà des données disponibles.

La question économique est encore plus délicate. Des simulations indiquent que les systèmes en boucle fermée pourraient atteindre un coût compétitif pour la chaleur, tandis que l’électricité nécessiterait généralement une forte baisse des coûts de forage. Une autre étude a conclu que des systèmes simulés dans un réservoir à 180 °C pourraient ne pas récupérer leurs coûts sur la durée de vie, même avec 30 branches latérales et un débit de production de 75 kilogrammes par seconde.

Pourquoi s’intéresser aux puits profonds en U ?

Un puits coaxial offre une surface d’échange thermique relativement limitée. Une conception plus profonde en forme de U — ou « U-loop » — cherche à augmenter cette surface en forant deux branches verticales reliées par une longue section horizontale dans la roche chaude. Ce trajet souterrain plus long accroît le contact avec la formation et peut augmenter la quantité de chaleur transférée au fluide.

Cette géométrie répond à une limite centrale des systèmes à puits unique : pour extraire durablement une puissance utile, il faut réunir une surface de contact suffisante, une température élevée et un débit adapté. Mais elle ajoute aussi de la complexité au forage directionnel, des risques de construction et des dépenses d’investissement supplémentaires.

Les éléments fournis ne permettent pas d’établir la profondeur exacte, les performances, l’état de construction ou le coût d’un projet chinois précis de puits en U. Il vaut donc mieux y voir une piste de développement qu’une solution commerciale déjà démontrée.

Les obstacles techniques et économiques

Le principal défi n’est pas seulement de trouver de la roche chaude. Il faut construire un échangeur thermique souterrain durable et fortement productif, à un coût que la chaleur — ou l’électricité — pourra rembourser.

Les difficultés comprennent notamment :

• le coût du forage profond et des sections directionnelles ou multilatérales ;
• la création d’une surface d’échange souterraine suffisamment importante ;
• le maintien de l’intégrité des puits et de joints fiables à haute température et sous forte pression ;
• la gestion de la corrosion, des pertes thermiques et du comportement du CO₂ ;
• la prévention des courts-circuits thermiques entre les flux descendant et remontant ;
• la mise au point de foreuses, de trépans, d’outils de fond et de matériaux capables de fonctionner dans des environnements rocheux profonds et difficiles.

Une revue publiée dans Nature estime que le coût d’un ensemble multilatéral peut atteindre environ 50 à 100 millions de dollars dans certains contextes et souligne que la rentabilité dépend à la fois de la production et de la demande locale. Elle pointe aussi une contrainte fondamentale : les boucles fermées dépendent largement de la conduction depuis la roche environnante, un mécanisme plus lent que la convection dans un réservoir géothermique naturellement traversé par de l’eau.

C’est l’une des raisons pour lesquelles le chauffage urbain pourrait devenir une première application commerciale plus accessible que la production électrique. Un projet peut vendre directement une chaleur à température modérée à des bâtiments proches, tandis qu’une centrale électrique doit disposer de températures et de débits plus élevés, puis investir dans des équipements de conversion supplémentaires.

Ce que montre le projet Eavor en Allemagne

Le projet d’Eavor à Geretsried, en Bavière, offre un point de comparaison important. Le 4 décembre 2025, il a commencé à injecter de l’électricité sur le réseau allemand à partir d’un système géothermique fermé et multilatéral. Il s’agit du premier projet commercial de ce type à l’avoir fait, selon les informations disponibles.

Sa puissance nominale complète est annoncée à environ 8,2 MW électriques et 64 MW thermiques. Ses boucles utilisent de longs puits souterrains, plutôt qu’un réservoir naturel d’eau chaude productif. Cependant, seule la première des quatre boucles prévues fonctionnait en mars 2026. Le site constitue donc une démonstration importante de faisabilité technique, tandis que son déploiement complet et son modèle économique restent à évaluer. 17

Zhengzhou et Geretsried illustrent deux étapes d’une même idée. Zhengzhou montre qu’un circuit fermé de CO₂ peut fournir un chauffage géothermique utile. Geretsried montre qu’une boucle fermée multilatérale peut aussi produire de l’électricité injectée sur un réseau. Aucun des deux projets ne prouve toutefois que la géothermie profonde en boucle fermée est bon marché, applicable partout ou prête à remplacer les moyens conventionnels de production électrique.

En résumé

Le projet de Zhengzhou peut être compris comme un test concret du principe chinois « 取热不取水 » : extraire la chaleur sans extraire l’eau souterraine. Son puits coaxial de 2 500 mètres, son circuit de CO₂ scellé, l’amélioration annoncée d’environ 20 % de la capacité d’extraction et le chauffage de plus de 18 000 m² expliquent l’attention qu’il suscite. 613

La technologie pourrait à terme rendre la chaleur géothermique accessible dans davantage de régions, en dissociant la récupération de chaleur de la présence d’une circulation naturelle d’eau souterraine. Mais le chemin vers une électricité disponible 24 heures sur 24 passe par des défis plus exigeants : des échangeurs souterrains plus profonds et plus vastes, des forages fiables à haute température, des performances thermiques durables et une forte baisse des coûts d’investissement.

Les données actuelles justifient un optimisme prudent — pas encore la conclusion qu’une rupture commerciale est déjà prouvée à grande échelle.