Géothermie, la chaleur de la terre

mercredi 8 novembre 2023 | Les autres énergies renouvelables

Sommaire
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Image de une : Sofath

La cha­leur du soleil ne se capte pas que sur les toits… En effet, la terre stocke ces calo­ries solaires dans ses couches supé­rieures. Une éner­gie abon­dante que l’on peut exploi­ter pour chauf­fer la tota­li­té de la mai­son avec une pompe à cha­leur géo­ther­mique. Nous par­le­rons ici de géo­ther­mie de sur­face, à ne pas confondre avec la géo­ther­mie pro­fonde uti­li­sée pour les gros réseaux de cha­leur.

Principe de la géothermie horizontale. Doc Sofath

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

La pompe à cha­leur, ou PAC, est un sys­tème fonc­tion­nant à l’électricité qui per­met de valo­ri­ser une éner­gie pui­sée dans une source natu­relle. Ces « sources » sont de dif­fé­rentes natures. Une PAC peut ain­si pui­ser les calo­ries dans la terre, dans les nappes d’eau sou­ter­raines ou encore dans l’air pour les res­ti­tuer dans un loge­ment. Mais cette exploi­ta­tion d’énergies renou­ve­lables néces­site un apport en élec­tri­ci­té pour le fonc­tion­ne­ment de la pompe. La PAC peut donc être consi­dé­ré comme un chauf­fage élec­trique très per­for­mant.

Comment ça marche ?

Le prin­cipe de fonc­tion­ne­ment est iden­tique à celui d’un réfri­gé­ra­teur mais inver­sé. Dans un réfri­gé­ra­teur, la cha­leur pui­sée à l’intérieur de celui-ci pour en abais­ser la tem­pé­ra­ture, est reje­tée à l’extérieur. La pompe à cha­leur géo­ther­mique, elle, capte les calo­ries sto­ckées dans le sol grâce à un réseau de cap­teurs enter­rés. Il s’agira ensuite de les démul­ti­plier avant de les res­ti­tuer à l’intérieur de l’habitation. Cette démul­ti­pli­ca­tion de cha­leur est le fait d’un fluide fri­go­ri­gène cir­cu­lant dans les cap­teurs. Lors de son par­cours, la PAC va le faire chan­ger d’état (liquide, gazeux) sous l’action d’un éva­po­ra­teur, puis d’un com­pres­seur et d’un conden­seur et enfin d’un déten­deur… ce qui aura pour consé­quence de libé­rer de l’énergie.

Comment la chaleur est-elle diffusée ?

Les PAC géo­ther­miques sont le plus sou­vent asso­ciées, à l’intérieur de la mai­son, à un fluide calo­por­teur, on parle alors de PAC sol/eau (sol, pour la source, eau pour véhi­cu­ler la cha­leur dans l’habitation) ou eau/eau (eau, pour la source, eau, pour véhi­cu­ler l’énergie). Ces ins­tal­la­tions sont donc com­pa­tibles avec des radia­teurs, des plan­chers chauf­fants basse tem­pé­ra­ture, ou des murs chauf­fants. Mais la per­for­mance sera meilleure avec ces deux der­nières solu­tions.

Comment sont posés les réseaux ?

Il existe deux sys­tèmes bien dis­tincts pour pui­ser les calo­ries dans le sol : le pre­mier consiste à enter­rer à une pro­fon­deur rela­ti­ve­ment faible (entre 0,6 et 1,2 m) un réseau hori­zon­tal repré­sen­tant 1,5 à 2 fois la sur­face à chauf­fer (envi­ron 20 m² par kW de puis­sance chauf­fage). Les cap­teurs doivent être dis­tant de mini­mum 50 cm, mais peuvent être super­po­sés (un réseau à 1,20 m un autre à 60 cm de pro­fon­deur). Le terme géo­ther­mique est ici impropre car ce sont bien des calo­ries solaires qui sont pui­sées : on parle alors de cap­teur plans géo­so­laires. Ce sys­tème exige, de fait, un grand ter­rain, peu pen­tu, non arbo­ré et offrant une terre com­pacte.

Forage pour géothermie verticale.
Forage pour géo­ther­mie ver­ti­cale.

L’autre solu­tion consiste à ins­tal­ler des cap­teurs ver­ti­caux com­po­sés de deux sondes dis­tantes de 5 à 10 mètres et des­cen­dant entre 20 et 100 mètres de pro­fon­deur. Cette solu­tion a une emprise au sol bien moindre que la pre­mière et peut s’appliquer même à des ter­rains dif­fi­ciles, mais elle exige un forage… au coût éle­vé. Les COP sont plus éle­vés (>4) car, au-delà de 12 mètres de pro­fon­deur, le sol a une tem­pé­ra­ture rela­ti­ve­ment constante de 10°C, quelle que soit la sai­son. La per­for­mance dépend cepen­dant de la nature du sol. Cette solu­tion néces­site de s’adresser avant tout à la Direction Régionale de l’Industrie, de la Recherche et de l’Environnement (D.R.I.R.E.) de votre région ou à la pré­fec­ture de votre dépar­te­ment, l’ins­tal­la­tion étant sou­mise, selon la région, à décla­ra­tion ou à auto­ri­sa­tion préa­lable (infos ici).

Il existe éga­le­ment la solu­tion alter­na­tive de pui­ser les calo­ries dans des nappes phréa­tiques. Mais cela pose le pro­blème de leur éven­tuel réchauf­fe­ment en été et de la constance de leur niveau en ces temps de séche­resse…

Neuf ou rénovation ?

La PAC géo­ther­mique, à cap­teurs hori­zon­taux ou à sonde géo­ther­male, exige des tra­vaux rela­ti­ve­ment impor­tants : depuis le ter­ras­se­ment –voire, le forage- et, dans l’habitat exis­tant, jusqu’à la réfec­tion éven­tuelle d’une dalle pour ceux qui optent pour la solu­tion plan­cher chauf­fant. Cette solu­tion reste donc réser­vée aux pro­prié­taires pré­voyant de gros tra­vaux. Elle est par contre une option à prendre en consi­dé­ra­tion lors d’un pro­jet de construc­tion neuve.

Composition d’une PAC

  • L’évaporateur per­met de récu­pé­rer les calo­ries dans l’environnement.
  • Le com­pres­seur com­prime le fluide fri­go­ri­gène afin d’élever sa tem­pé­ra­ture.
  • Le conden­seur est le second échan­geur ther­mique du sys­tème, il res­ti­tue les calo­ries créées qui sont trans­mises aux émet­teurs de chauf­fage.
  • Le déten­deur abaisse la tem­pé­ra­ture du fluide fri­go­ri­gène pour que celui-ci retourne pui­ser des calo­ries à la source.

Le COP en géothermie

Le coef­fi­cient de per­for­mance per­met de déter­mi­ner l’efficacité éner­gé­tique d’une PAC. Car le com­pres­seur exige de l’électricité pour fonc­tion­ner… Mais cer­tains sys­tèmes font meilleur usage de cette éner­gie (non renou­ve­lable) que d’autres. Ainsi le COP per­met de mettre en paral­lèle la quan­ti­té d’énergie ther­mique four­nie par rap­port à la quan­ti­té d’énergie élec­trique consom­mée. Il est situé entre 4 et 5 pour la géo­ther­mie.

L’EER : coef­fi­cient d’efficacité fri­go­ri­fique. Il repré­sente la per­for­mance éner­gé­tique de la pompe à cha­leur fonc­tion­nant en mode rafraî­chis­se­ment.

Les limites des PAC…

La fia­bi­li­té et la répa­ra­bi­li­té des PAC posent hélas sou­vent ques­tion. Il faut par­fois chan­ger un module com­plet voire la PAC en elle-même en cas de panne, il y a donc un risque de coûts de main­te­nance éle­vé, d’au­tant que ses com­po­sants sont fra­giles par rap­port à d’autres sys­tèmes, à prix équi­va­lents comme les chau­dières bois. (Comptez 15 000 à 20 000 € pour une géo­ther­mie). Enfin, cer­tains fluides fri­go­ri­gènes sont nocifs pour l’en­vi­ron­ne­ment (gaz à effet de serre puis­sants). Les PAC sont éga­le­ment sen­sibles aux cou­pures de cou­rant. Les pro­duits sont géné­ra­le­ment garan­tis 2 ans avec des exten­sions de garan­tie payantes pou­vant aller jusqu’à 7 ans selon les appa­reils.

Repères qua­li­té

• NF PAC est une marque per­met­tant de mettre en valeur les PAC les plus per­for­mantes.

• QualiPAC (RGE) est une pro­cé­dure qua­li­té d’un ins­tal­la­teur com­pé­tent, qui s’engage à poser du maté­riel NF PAC. 

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