Les énergies renouvelables : état des lieux et perspectives

Pompe à chaleur géothermique

La géothermie très basse énergie avec usage de pompes à chaleur sur eau de nappe ou circuit de circulation dans le sous-sol connaît un regain d'intérêt depuis quelques années pour le chauffage et la climatisation et/ou le rafraîchissement.

DéfinitionPompe à chaleur (PAC)

Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer une quantité de chaleur d'un milieu considéré comme "émetteur" vers un milieu "récepteur" de calories. Selon le sens de ce transfert, la pompe a chaleur peut fonctionner soit comme un "radiateur" soit comme un "réfrigérateur". Les PAC assurant du chauffage et du rafraîchissement sont appelées PAC réversibles.

Les PAC utilisant la chaleur du sol sont appelées pompes à chaleur géothermique (PACg). Elles constituent une alternative aux radiateurs traditionnels en étant parfaitement indiquées pour le chauffage dans l'habitat (plancher chauffant). On distingue trois type de captage de la chaleur du sol :

Caractéristiques et principes des différents types de captage géothermique

Type de captage

Caractéristiques

Principe

Dimensions de capteurs pour une PAC eau/eau de 11kW calorifique

Horizontal

Faible profondeur et grande surface

Constitué d'un réseau de plusieurs tubes en parallèle, dans lesquels circule un liquide calo-porteur ou le fluide frigorifique. Ces tubes sont enterrés en moyenne entre 60 cm et 1,2 m de profondeur suivant le climat, en général sous une pelouse non arborée.

11 boucles de 50m espacées de 50cm sur 272 m²

Vertical

Petite surface et grande profondeur, 100 m maximum

Constitué de tubes créant des boucles verticales. Le système demande moins de boucles et de longueurs de tubes mais le forage nécessaire à sa mise en œuvre est plus coûteux que le décaissement du capteur horizontal. Il ne dénature pas le sol et permet la plantation d'arbres dans le reste de la propriété.

3 puits de 90 m

Vertical sur nappe phréatique

Suivant la profondeur de la nappe

L'eau est pompée à une température supérieure à 10°C.

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Différents types de capteurs (à gauche horizontal, à droite vertical)
Différents types de capteurs (à gauche horizontal, à droite vertical)InformationsInformations[1]

Les différentes technologies

Il existe différents procédés de pompes à chaleur. La principale différence tient à la nature des fluides circulant dans les capteurs et les émetteurs de chauffage, et donc à la technologie des PAC utilisées (Source Ademe[2]) :

  • Le procédé à détente directe : le fluide frigorigène circule dans les capteurs et le plancher chauffant. Les constructeurs parlent alors de PAC sol / sol. Ce procédé n'est utilisable qu'avec des capteurs horizontaux.

  • Le procédé avec fluide intermédiaire : de l'eau additionnée d'antigel circule dans les capteurs et de l'eau circule dans les émetteurs de chauffage. Le fluide frigorigène reste confiné dans la PAC. On parle de PAC de type eau glycolée / eau. Le procédé est utilisable en capteurs horizontaux ou verticaux.

  • Le moyen terme ou procédé mixte : le fluide frigorigène de la PAC circule dans les capteurs et de l'eau circule dans les émetteurs de chauffage. Les PAC sont de type sol / eau. Ce procédé n'est utilisable qu'avec des capteurs horizontaux.

Les différentes technologies de pompes à chaleurs géothermiques
Les différentes technologies de pompes à chaleurs géothermiquesInformationsInformations[3]

Les avantages de la géothermie basse énergie avec PAC sont :

  • énergie propre qui ne produit aucun déchet ;

  • elle ne dépend pas des conditions climatiques car la température du sous-sol est constante tout au long de l'année ;

  • la dimension réduite de l'installation s'applique à des maisons individuelles ou à des bâtiments professionnels. Ainsi, le choix énergétique ne dépend que des particuliers ou des entreprises.

Les désavantages :

  • nécessitent une alimentation électrique ;

  • utilisent des fluides dont l'impact sur l'effet de serre peut être important ;

  • plutôt adaptées aux logements neufs.

Exemples d'installations

Les sondes géothermiques permettent d'exploiter la chaleur de la terre des terrains superficiels sans mobiliser l'eau souterraine. Leur principe de fonctionnement est de capter la chaleur des couches traversées par conduction et de la transférer à l'évaporateur d'une pompe à chaleur.

  • PACG – capteurs horizontaux : 70 – 100 €/m² chauffés

  • PACG – capteurs verticaux : 145 – 185 €/m² chauffés

  • Coûts annuels : 250-350 €.

Réalisation d'un forage
Réalisation d'un forageInformationsInformations[4]
Mise en place de l'échangeur vertical d'une sonde géothermique
Mise en place de l'échangeur vertical d'une sonde géothermiqueInformationsInformations[5]
Réseau de capteurs horizontaux en polyéthylène enterrés à faible profondeur dans lequel circule le fluide caloporteur jusqu'à la pompe à chaleur
Réseau de capteurs horizontaux en polyéthylène enterrés à faible profondeur dans lequel circule le fluide caloporteur jusqu'à la pompe à chaleurInformationsInformations[6]

Installation d'un chauffage par géothermie sur capteur géosolaire, avec plancher chauffant et chauffe-eau géothermique

Installation d'un chauffage par géothermie sur capteur géosolaire, avec plancher chauffant et chauffe-eau géothermique
Installation d'un chauffage par géothermie sur capteur géosolaire, avec plancher chauffant et chauffe-eau géothermiqueInformationsInformations[7]
  1. Source : Brgm et Ademe, La géothermie, Collection "les enjeux des Géosciences", disponible sur < http://www.brgm.fr/brgm/geothermie/fichiers/enjeux_GTH_num002.pdf >.

  2. Guide Ademe, "Puisez la chaleur dans le sol, les pompes à chaleur géothermiques"
  3. Source : Guide Ademe, "Puisez la chaleur dans le sol, les pompes à chaleur géothermiques" (2005).

  4. Source : Brgm et Ademe, La géothermie, Collection "les enjeux des Géosciences", disponible sur < http://www.brgm.fr/brgm/geothermie/fichiers/enjeux_GTH_num002.pdf >.

  5. Source : Brgm et Ademe, La géothermie, Collection "les enjeux des Géosciences", disponible sur < http://www.brgm.fr/brgm/geothermie/fichiers/enjeux_GTH_num002.pdf >.

  6. Source : Brgm et Ademe, La géothermie, Collection "les enjeux des Géosciences", disponible sur < http://www.brgm.fr/brgm/geothermie/fichiers/enjeux_GTH_num002.pdf >.

  7. Source : Cours Master Énergie Solaire UPVD - Régis Olives et Brgm et Ademe, La géothermie, Collection "les enjeux des Géosciences", disponible sur < http://www.brgm.fr/brgm/geothermie/fichiers/enjeux_GTH_num002.pdf >.

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