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Géothermie

  1. Radioactivité et géothermie ? Qu'en est-il ?
  2. Quels facteurs contribuent à la présence de NORM dans des installations géothermiques ?
  3. Quels sont les processus concernés ?
  4. Quels sont les résidus NORM typiques de la géothermie ?
  5. La présence de NORM en géothermie comporte-t-elle un risque sanitaire pour les travailleurs, la population ou l'environnement ?
  6. Quelles sont les actions entreprises par l'AFCN par rapport à la géothermie ?
  7. Références et liens utiles
  8. Personnes de contact
     

1. Radioactivité et géothermie ? Qu'en est-il ?

La radioactivité, issue de la désintégration du thorium et de l'uranium naturel, est présente un peu partout dans la croûte terrestre. Ces substances radioactives naturelles sont désignées sous le terme « NORM », l'acronyme de « Naturally Occurring Radioactive Material » . A la surface, elles contribuent en grande partie au fond de rayonnement naturel. Sous terre, ces substances radioactives sont présentes dans la roche où elles peuvent entrer en contact avec les eaux souterraines. Certains éléments radioactifs, comme le radium ou le radon, peuvent alors se dissoudre dans l'eau et être transportés vers le réservoir géothermique par l'écoulement des eaux souterraines. Lors du pompage d'eau dans une installation géothermique, les substances radioactives remontent à la surface où elles peuvent se libérer ou se déposer dans les installations.

Les eaux souterraines ne sont pas toutes aussi riches en éléments radioactifs naturels. Les concentrations varient dans le sous-sol en fonction des propriétés géologiques de la roche source utilisée. En outre, le degré de solubilité des éléments radioactifs dépend également des propriétés physicochimiques de l'eau (ex. salinité, pH, dureté, etc.) avec laquelle ils entrent en contact.

2. Quels facteurs contribuent à la présence de NORM dans des installations géothermiques ?

Le risque de présence de NORM ne concerne que les installations ouvertes, c'est-à-dire la géothermie en circuit ouvert, qui pompent de l'eau de formation chaude (et qui éventuellement la réinjectent dans le réservoir géothermique). Les systèmes fermés, où l'eau circule dans un circuit fermé souterrain, n'amènent pas de radioactivité à la surface.

Comme mentionné plus haut (voir question 1), la concentration de l'eau de formation en éléments radioactifs naturels varie selon les propriétés physicochimiques de l'eau et la nature géologique de la formation dans laquelle le pompage a lieu. Certaines roches ou certains sédiments (ex. le calcaire ou le schiste) présentent des concentrations plus élevées que d'autres (ex. le sable). Dans les pays limitrophes, on a par exemple constaté que la composition radiologique de l'eau de formation pompée pouvait à long terme être différente de celle de l'eau pompée au début de l'exploitation.

Dans le réservoir dinantien en Campine, des valeurs de l'ordre de 78 Bq/L en Radium-226 et de 22 Bq/L en Radon-222 ont jadis été mesurées dans l'eau de formation (Vandenberghe, 2000). Dans le réservoir hennuyer du calcaire carbonifère (Saint-Ghislain), les valeurs de l'eau de formation avoisinent 1 Bq/L en Radium-226, certes après plusieurs décennies d'exploitation et avec une salinité bien moindre. Pour les deux réservoirs, la corrélation est relativement bonne entre les chlorures et le Radium-226. Selon une évaluation approximative, l'eau de formation contient environ 1 Bq de Radium-226 par gramme de Chlore.

Enfin, la configuration des installations contribue grandement à la présence de NORM. Les processus à l'origine de la présence de NORM (voir question 3) sont étroitement liés à des différences de pression et de température ainsi qu'aux conditions physiques et chimiques au sein de l'installation, aussi bien sous terre qu'en surface.

3. Quels sont les processus concernés ?

Le principal processus qui contribue à la présence de NORM au sein des installations géothermiques est l'entartrage (« scaling ») des canalisations et des composants cruciaux tels que les échangeurs de chaleur et les pompes. En outre, un dégazage de l'eau pompée qui se produit d'une manière ou d'une autre peut induire une accumulation de radon dans les bâtiments de l'installation.

Les endroits et les circonstances dans lesquels apparaît cet entartrage varient en fonction de la configuration exacte de l'installation, mais on peut affirmer que, de manière générale, les variations de pression et de température constituent la cause principale. En ce sens, la problématique est identique à celle du secteur pétrolier et gazier (on-shore et off-shore). Le risque d'entartrage dépend des paramètres physiques et chimiques de l'eau de formation (conductivité, salinité...), mais il peut également être influencé par le type de matériaux utilisés dans les installations.

La vitesse à laquelle les NORM s'accumulent dans les installations est également variable. Dans certains cas, une installation peut présenter des niveaux significatifs de NORM après quelques semaines déjà. Dans d'autres, cette accumulation est relativement lente.

Outre les aspects radiologiques qui l'accompagnent, l'entartrage peut engendrer une baisse considérable de l'efficacité de l'installation, notamment à hauteur des échangeurs de chaleur. Il est donc avant tout important de prévenir l'entartrage ou d'y remédier pour garantir le bon fonctionnement de la centrale géothermique. Les diverses techniques disponibles pour la prévention du phénomène d'entartrage, comme l'adjonction d'inhibiteurs d'entartrage à l'eau de formation, sont dans de nombreux cas efficaces contre les NORM.

4. Quels sont les résidus NORM typiques de la géothermie ?

Généralement, ce n'est qu'à l'occasion du remplacement de composants de l'installation lors de travaux de maintenance que se pose le problème de la présence de NORM. En effet, ces opérations peuvent générer des résidus, comme des pièces remplacées, qui ont été contaminés par des NORM et elles peuvent s'accompagner d'une libération de radon. En géothermie profonde, les principaux résidus sont de la ferraille contaminée suite à la formation de dépôts dans les installations. Des exemples de cas en Allemagne, en France et aux Pays-Bas montrent que le type de dépôts de tartre observés varie sensiblement en fonction de l'eau de formation et donc du réservoir géothermique exploité. Comme dans l'industrie du pétrole et du gaz, les éléments principalement concernés sont le Radium-226 ou le Radium-228 et leurs produits de désintégration. Dans certaines installations, ce sont principalement du Plomb-210 et du Polonium-210 qui sont trouvés. Les taux d'activité mesurés dans les dépôts peuvent se chiffrer à plusieurs dizaines de Bq/g.

Dans certains cas, il peut être nécessaire de déverser ou de décharger l'eau de formation à la surface, par exemple en cas d'exploitation (temporaire) d'un seul puit ou lors d'essais de pompes. La composition radiologique doit alors être confrontée aux limites de rejet (voir question 5). A cette occasion, du radon peut également être libéré, ce qui justifie une surveillance obligatoire.

5. La présence de NORM en géothermie comporte-t-elle un risque sanitaire pour les travailleurs, la population ou l'environnement ?

Travailleurs

Le suivi de la présence de NORM au sein d'une installation opérationnelle peut, dans de nombreux cas, être organisé sous forme de mesures périodiques du débit de dose afin d'évaluer, d'une part, la dose externe de rayonnement reçue par les travailleurs et de constater, d'autre part, le niveau de contamination des canalisations et composants.

Les opérations de maintenance effectuées sur les installations (remplacement, nettoyage, traitement...) et l'évacuation des résidus présentent pour les travailleurs un risque d'exposition en cas de concentrations accrues en radionucléides naturels. Il s'agit surtout d'un risque d'exposition externe au rayonnement et d'un risque d'inhalation ou d'ingestion de particules radioactives et de radon. Le risque d'exposition peut être réduit en portant des équipements de protection individuels lors des opérations de maintenance et en appliquant des procédures de sécurité et de monitoring.

Population et environnement

Le risque principal pour la population et l'environnement a trait à l'évacuation et au traitement non contrôlés des résidus NORM dépassant les niveaux d'exemption fixés pour ce type de résidus.

Le traitement et l'évacuation de ces résidus sont des activités professionnelles qui doivent être déclarées auprès de l'AFCN (voir dossier industries NORM). L'AFCN est chargée de vérifier la sûreté de la destination finale de ces résidus. Ces résidus ne peuvent aboutir qu'à certains endroits spécifiques, dans des entreprises de traitement enregistrées auprès de l'AFCN, où le risque radiologique pour la population et l'environnement est évalué et surveillé. L'objectif est de réduire le plus possible le risque d'exposition de la population et de l'environnement à ces résidus NORM. Les modalités de cette déclaration sont décrites dans un guide technique établi par l'AFCN. Une liste non exhaustive des entreprises qui procèdent à la caractérisation (et au traitement dans certains cas) des résidus NORM est également disponible.

De surcroît, avant que de l'eau de formation ne puisse être rejetée dans l'environnement, il convient de vérifier si cette eau respecte les normes de rejets fixées dans la législation pour les radionucléides. S'il s'avère que cette eau doit être traitée, l'entreprise chargée de ce traitement doit obtenir un agrément pour le « traitement de résidus NORM ». A cet effet, elle introduit un dossier de déclaration auprès de l'AFCN.

6. Quelles sont les actions entreprises par l'AFCN par rapport à la géothermie ?

La problématique des concentrations élevées des eaux souterraines en radioactivité naturelle et la présence de NORM dans les installations en surface relèvent du domaine de compétence et des missions de l'AFCN.

La géothermie (y compris les activités d'exploration et de pompage préalables à l'exploitation) est définie dans la réglementation de radioprotection comme une « activité professionnelle mettant en jeu des sources naturelles de rayonnement » (également désignée sous le terme « industrie NORM »).

Aux yeux de l'AFCN, les systèmes de géothermie profonde ou peu profonde appartiennent à cette catégorie en raison du risque de formation de dépôts dans les installations en surface en cas de captage permanent d'eaux souterraines et de formation. Pour les systèmes fermés, le risque est très souvent négligeable.

Concrètement, cela signifie que l'activité doit être déclarée auprès de l'AFCN et qu'elle doit faire l'objet d'une analyse du risque et d'une estimation de la dose sur base de la situation spécifique au sein de l'installation en question. Sur base d'analyses, de mesures et d'informations techniques, l'impact radiologique sur les travailleurs, la population et l'environnement peut être évalué. Les aspects pratiques de la déclaration sont décrits dans le dossier Industries NORM sur le site web de l'AFCN.

L'AFCN prévoit une communication proactive sur cette problématique et elle prendra l'initiative de dialoguer avec les différents acteurs du secteur.

7. Références et liens utiles

  • Vandenberghe et al. (2000). The Merksplas-Beerse Geothermal Well and the Dinantian Reservoir.
  • Eggeling et al. (2013). Impact of natural radionuclides on geothermal exploitation in the Upper Rhine Graben. Geothermics 47:80–88.
  • Cuenot et a. (2015), Evolution of the Natural Radioactivity on the Soultz-sous-Forêt EGS Power Plant and Implication for Radiation Protection, Proceedings World Geothermal Congress 2015.
  • Platform Geothermie
  • Handboek voor Geothermie-operators (Pays-Bas)

8. Personnes de contact :

Stéphane Pepin : 02/289.20.69 – email : stephane.pepin@fanc.fgov.be
Geert Biermans : 02/289.21.36 – email : geert.biermans@fanc.fgov.be