Dans le monde de la géothermie, deux visions sont aux antipodes économiques l’une de l’autre.
La première concerne les forages de profondeur, longs, complexes, et coûteux car nécessitant des études très minutieuses, des autorisations administratives complexes (droit minier), des infrastructures de forage importantes, des durées de chantier de plusieurs années et des réseaux de distribution étendus et onéreux.
Par exemple, c’est cette géothermie-là qui est un des 2 chevaux de bataille, avec les data centers, du CRE Ile-de-France (Comité Régional de l’Energie), tant il est vrai que le Bassin parisien est géologiquement très favorisé avec notamment l’aquifère DOGGER (entre 1500 et 2000m de profondeur et une température de 55° à 85°).
Mais elle ne concerne en fait les copropriétés qu’au titre d’un raccordement à un réseau de chaleur urbaine, lequel serait alimenté par de la géothermie. Un SDC ne sera jamais porteur d’un tel projet pharaonique.
Pensez global et agissez local
La seconde vision est donc, elle, une géothermie de proximité, beaucoup plus à la portée des copropriétés, pour peu qu’elles disposent d’un foncier suffisant (un petit parc, un grand jardin...).
Il s’agit de la GMI (Géothermie de Minime Importance). Celle-ci se définit en quelques critères simples
-la puissance thermique inférieure à 500kW (sortie de puit)
-une température de sortie inférieure à 25°C
-un débit maximum de 80m3/h (pour les circuits dits ouverts)
-une réinjection totale de l’eau prélevée (pour les circuits ouverts)
-une implantation compatible
-pas de profondeur maximale (les sondes inférieures à 10m de profondeur n’entrent pas dans le champ du Code Minier)
Bien sûr la limitation réglementaire et pratique de la température de sortie à 25°C rend cette énergie peu exploitable directement : Avec ce niveau d’énergie, vous ne chauffez ni un logement ni une douche…
Le recours à une Pompe à Chaleur (PAC) est donc indispensable pour amplifier cette énergie primaire, permettant d’obtenir des températures exploitables en chauffage et en Eau Chaude Sanitaire (ECS), voire même en climatisation.
Mais cette chaleur, d’où vient-elle ?
En fait, on lui connait trois origines principales, plus ou moins éloignées de la surface :
-l’énergie solaire emmagasinée par la partie superficielle de la terre (jusqu’à 15m), comptant pour une faible part, 5 à 10%, des apports.
-la désintégration radioactive naturelle dans le manteau et ceci pour une part très importante (80 à 90%).
-la chaleur dite « primordiale » qui date de la formation du noyau terrestre il y a 4,5 milliards d’années.
Bien sûr la structure de la terre n’est pas uniforme et les températures, à profondeur égale, peuvent varier énormément d’un point à l’autre du globe, les zones volcaniques en étant l’illustration la plus flagrante.
C’est donc cette petite partie de la coupe du sol qui nous intéresse :
- Réseau de capteurs horizontaux en surface (entre 3 et 5 m)
- Puits superficiels sur nappe phréatique
- Sonde(s) verticale(s) profonde(s)
Les puits sur nappe phréatique
Si le rendement de cette solution est important, la température utile est celle de l’eau de la nappe que l’on capte, il y a plusieurs bémols à apporter à cette technique :
-il faut prévoir un entretien régulier des puits pour s’assurer qu’ils ne sont pas ensablés. (au-delà de 10m de profondeur les pompes sont immergées au fond des puits, il faut donc les sortir…intervention assez « lourde » !)
-il faut une distance suffisante entre pompage et rejet pour se garantir d’un recyclage de l’eau d’un puits à l’autre (souvent il y 1 puits de pompage pour 2 injections)
-le niveau de la nappe doit être stable
-l’échangeur de température de la PAC peut s’encrasser du fait de l’apport en particules (fines) du forage.
Envisageable sur les petites puissances, les coûts induits par la maintenance récurrente peuvent orienter le choix technique vers des solutions plus stables dans le temps, malgré un investissement initial supérieur.
Pour les réseaux de surface
Les réseaux horizontaux vont nécessiter des tranchées espacées d’environ 1m avec une profondeur de 1,5m en moyenne. Le tube, généralement en polyéthylène haute densité et haute résistance, sera d’un diamètre minimum de 50 à 63mm pour une installation collective moyenne (plus la puissance augmente, plus on augmente le diamètre pour réduire les pertes en ligne mais proportionnellement le ratio surface/section diminue ce qui est défavorable aux échanges).
La longueur de tube à prévoir est fonction de la puissance à récupérer, à raison d’environ 15 à 30W/ml de tube.
Les tubes peuvent être cintrés suivant la règle suivante :
R mini = DN x 20, soit 1260mm pour un diamètre 63mm.
Je vous laisse calculer la surface nécessaire pour un collectif de moyenne importance avec ces paramètres…. La longueur de tube dépasse rapidement plusieurs kilomètres et les travaux nécessitent des tranchées qui ne laissent que peu de place aux plantations existantes…adieu chênes et bégonias !
A noter que ce type d’échangeur sera sensible à la qualité du sol et à son humidité (qui favorise les échanges) un sable humide sera préférable à un sol argileux…
C’est à ce moment qu’on envisage, pour l’habitat collectif, des sondages verticaux….
Les champs de sondes verticales
Cette technologie présente plusieurs avantages par rapport à la solution horizontale :
-mise à part les tranchées entre le bâtiment et le forage, la surface est peu impactée par les travaux.
-le rendement linéaire des tubes est meilleur (30 à 60w/ml vs 15 à 30 pour une sonde de surface)
-moins de risque « d’accident » qui pourrait endommager le réseau (plantation ou piquet qui percerait le tube).
-terrain moins chamboulé par les travaux,
-la « thermie » du sous-sol profond est meilleure et ne présente pas de variation saisonnière.
-la conductivité du sol profond est supérieure.
En revanche, elle nécessite un savoir-faire et des autorisations particulières :
- On est soumis au droit minier, même s’il est allégé pour la GMI, là où un champ horizontal ne nécessite qu’une DICT (Déclaration d’Intention de Commencement de Travaux) pour s’assurer de l’absence de réseau souterrain (gaz, électricité, oléoduc de l’OTAN ….) dans la zone concernée.
- Cela nécessite une foreuse, quand une simple pelle mécanique permet de faire des tranchées.
Pratiquement, un forage permet l’installation de 2 tubes doubles (2 aller-retours) qui sont entourés par un coulis conducteur spécial qui augmente la surface de contact avec le milieu.
Ainsi avec un forage de 150 m de profondeur on obtient :
30W/ml x 4 x 150m= 18 kW
Alors qu’un réseau horizontal aurait nécessité 1000ml de tube répartis sur le terrain (18 kW/18 W/ml)
Que se passe-t-il du côté de la PAC ?
On l’a dit, réglementairement limitée à 25°, la GMI ne permet pas en l’état de se chauffer, un « booster » est donc indispensable, c’est là qu’intervient la pompe à chaleur !
Le fluide caloporteur va permettre de réchauffer l’évaporateur à une extrémité du processus, alors qu’à l’autre extrémité la chaleur sera exploitable.
Attention pour maintenir un COP (COefficient de Performance) élevé, la température d’exploitation doit être contenue au niveau du réseau de chauffage, c’est pourquoi les planchers chauffants sont, avec leur température limitée à 30/35°C, très adaptés à cette solution (et aux PAC en général).
Pour l’ECS, ayant des besoins en température plus hauts, il faudra sans doute une PAC différente (mais avec le même réseau de sondes) utilisant un fluide à la température de condensation supérieure, sans doute du C0².
L’avantage d’un plancher chauffant est qu’il permet aussi d’améliorer le confort d’été en inversant le cycle frigorifique (on maintient 20 à 25°C dans le plancher en été et le condenseur libère ses calories dans le réseau souterrain).
Le dimensionnement de l’ensemble du système est capital pour ne pas se retrouver, à termes, en surpuissance. On peut ainsi envisager une chaudière hybride avec un appoint gaz, lequel permettra de passer les pics de grand froid (lesquels sont malheureusement de plus en plus rares) ou bien pour prendre le relais sur la PAC quand le contrat impose de surtaxer les jours ‘rouges’ (attention, ils coïncident souvent avec ces jours de grands froids….).
L’avantage d’un plancher chauffant étant sa grande inertie, laquelle permet de minimiser l’impact des délestages s’il y en a…
Sous réserve de choisir la solution la plus adaptée à votre environnement et à vos besoins la géothermie, et plus particulièrement, la géothermie de sondes, quand elle est envisagée en amont d’un projet est une solution très économique pour chauffer un immeuble collectif et pourquoi pas, pour améliorer le confort d’été, sujet bientôt aussi brûlant que les besoins de chauffage.
L’ARC recommande la consultation de l’ATEEVA (Association pour la Transition Ecologique
et Energétique à Ville-d’Avray) qui intervient en faveur de cette ressource de proximité depuis près de 10 ans.