VISITE PEDAGOGIQUE DES INSTALLATIONS GEOTHERMIQUES DE LARDERELLO
Histoire de la géothermie à Larderello (Activités chimique et thermale, activités électriques)
L'existence d'eaux chaudes en Etrurie remonterait à 270 av. JC selon l'écrivain grec Lycophron de Chalcis. Il parlait d'une rivière du nom de Lynceus où coulaient des eaux médicamenteuses. Selon Philipp Cluver, in Italia Antiquae Descriptio publié en 1626, la Lynceus serait la rivière Cornia alimentée par les sources thermales d'eaux boriquées.
Les Etrusques utilisaient les sels boriques de ces eaux en pharmacie et dans la fabrication d'émaux. Ils construisirent des établissements thermaux qui perdurèrent jusqu'au Moyen-Age. A cette époque, soufre, vitriol et alun étaient extraits des eaux et commercialisés dans toute l'Italie. Bouillonnante et parsemée de fumerolles, la vallée de Larderello était appelée la Vallée du Diable (La Valle del Diavolo), elle aurait inspiré à Dante Alighieri "L'Enfer".
En 1777, Francesco Höfer, directeur des Pharmacies du Grand Duché de Toscane, décela la présence d'acide borique dans les eaux des lagoni (sortes de geysers). En 1818, l'exploitation de l'acide borique commença à l'échelle industrielle, l'extraction se faisait par évaporation des eaux chauffées au feu de bois qui commença à manquer rapidement.
En 1827, François de Larderel, français à l'origine de l'exploitation industrielle de l'acide borique, eut l'idée d'utiliser la chaleur de la vapeur d'eau comme énergie thermique au lieu du bois. Ce français a donné son nom au lieu d'exploitation des sources géothermiques: Larderello. L'acide borique produit actuellement à Larderello utilise du minerai de bore (Colemanite) importé de Turquie et d'Argentine.
En 1904, le Prince Ginori-Conti transforma la force de la vapeur d'eau en énergie électrique en mesure d'allumer cinq ampoules. En 1905, les installations de Larderello fournissaient de l'énergie électrique pour l'éclairage de l'usine et du village de Larderello. En 1915, la centrale n°1 de Larderello, avec deux groupes de 2 570 kW de puissance, est mise en service.
Le turboalternateur exposé au musée date de 1923; machine expérimentale, il produisait 23 kW. La production électrique passa de 14 MW en 1933 à 66 MW en 1939. Après la Seconde Guerre Mondiale, pendant laquelle les installations furent bombardées, il fut retrouvé et, branché sur un soffione; il recommença à fonctionner et fournit l'énergie nécesaire aux soudures des turboalternateurs de la centrale n°2 endommagés par les bombardements. Peu après, les installations furent à nouveau opérationnelles, de l'énergie électrique fut fournie pour le réseau national, pour les chemins de fer essentiellement. Aujourd'hui encore, la vapeur d'eau issue du sous-sol continue à être exploitée par l'ENEL (Ente Nazionale per l'Energia elettrica équivalente à l'Electricité De France) dans la production d'énergie électrique.
Déroulement de la visite des installations géothermiques de Larderello
Les élèves de la classe de 4ème, accompagnés de leur enseignante de Sciences de la Vie et de la Terre et de Technologie, Nathalie LAFENETRE, se sont rendus à Larderello pour une visite des installations géothermiques ENEL de Larderello. L'ensemble des tâches (transport, visite, organisation générale, repas, dossier) constitutifs de l'organisation de ce service de visite avait été élaboré par les élèves de 4ème en cours de Technologie.
La visite a débuté dans la salle audiovisuelle où les élèves ont regardé une cassette vidéo leur expliquant la formation de la Terre dans l'Univers, les phénomènes sismiques et volcaniques définissant les frontières de plaques convergentes (fosses océaniques), divergentes (dorsales océaniques) et coulissantes. Après un bref résumé de la tectonique des plaques, la prospection, par sismique-réflexion, de nappes phréatiques et d'eaux de pluies infiltrées dans les fractures réchauffées par le magma en profondeur, à l'origine des activités géothermiques, a été expliqué. Ce fut l'occasion de sensibiliser les élèves aux métiers en rapport avec la géologie ainsi qu'aux objectifs de la matière SVT.
Ensuite, les élèves se sont rendus dans le musée de la géothermie où leur a été montrée l'évolution des techniques d'exploitation des ressources géothermiques dans la production d'électricité depuis 1827. Ils se sont familiarisés avec divers outils et appareils employés dans la technique de carottage mais aussi dans la prospection du pétrole, le forage de puits et l'exploitation des ressources pétrolières.
Les élèves ont pu ensuite observer un lagone coperto, point de sortie d'une source d'eau chaude (geyser) recouverte par un dôme de briques réfractaires. Ce lagone coperto servait à concentrer la vapeur d'eau et à la faire sortir à une pression suffisante pour alimenter les chaudières d'évaporation des eaux boriquées pour l'obtention d'acide borique, cette activité chimique précéda, en effet, l'exploitation des sources d'eaux chaudes de Larderello dans la production d'énergie électrique.
Enfin, le guide de la visite a conduit les élèves et leur enseignante non loin du centre de visite assister au spectacle d'un soffione, c'est-à-dire le point de sortie de vapeur d'eau sous pression d'une ancienne canalisation. La sortie de cette vapeur engendra un nuage qui se développa sur 4 à 5 mètres de hauteur avec un sifflement assourdissant. Les spectateurs furent invités à se boucher les oreilles afin de supporter le bruit de ce "souffle de vapeur".
La géothermie concerne l'extraction de calories d'un matériau terrestre. Ce matériau est soit de l'eau soit la roche. La géothermie est de haute énergie quand les fluides impliqués (naturels ou injectés) atteignenet 150-300°C et de basse énergie si les fluides atteignent 50-90°C. La température et la pression du globe augmentent avec la profondeur: le gradient de température varie de quelques degrés par km dans les zones crustales froides à 100°C par km dans les zones volcaniques.
L'énergie géothermique est extraite soit d'eaux profondes chaudes soit de roches sèches chaudes. Le premier cas de figure se présente à Larderello. Les sources chaudes permanentes ou intermittentes (geysers) sont riches en sels et en gaz leur conférant des propriétés médicinales. Sources de calories, elles permettent la production d'électricité (Larderello en Italie, Bouillante à la Guadeloupe, Nouvelle-Zélande, Californie). Le principe est le suivant: les eaux météoritiques s'infiltrent le long des fractures jusqu'à un aquifère profond. Au contact des roches profondes chaudes par la présence d'intrusions magmatiques (remontées de magma), l'eau se réchauffe brutalement à 250°C mais reste en phase liquide, sous l'effet de la forte pression en profondeur. Lorsqu'il existe une couverture imperméable, l'eau chaudes s'accumule. Cette eau peut être exploitée par forage. Sa densité avoisine 0,8; elle peut donc aussi remonter, le long des fractures, en surface où elle bout et s'échappe en phase gazeuse sous pression à l'air libre. Il y a mise en place d'un système convectif auto-activé.
La géothermie dans les programmes de SVT et de Technologie de 4ème en 2002
Dans le programme de géologie de Sciences de la Vie et de la Terre du cycle central (5° - 4°), la géothermie s'incrit dans les parties D1 intitulée "L'évolution des paysages: roches, eau, atmosphère, êtres vivants" (L'environnement géologique procure à l'homme des ressources), D2 intitulée "L'évolution des paysages: effets de l'activité interne du globe" et E intitulée "La machine Terre".
Dans le programme de Technologie du cycle central (5° - 4°), l'organisation du voyage scolaire de Larderello s'incrit dans les parties intitulées: "Organiser une service et programmer une action" et "Consultation-transmission d'informations" faisant appel à la technolologie de l'informaton et de la communication dans l'enseignement (TICE).