Energie géothermique

Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique - source Sofath

La géothermie a pour étymologie grecque “géo” signifiant “la Terre” et “thermos” veut dire “chaleur”. La géothermie puise donc son énergie dans la chaleur provenant des profondeurs de la Terre. C’est une énergie entièrement renouvelable et gratuite s’inscrivant dans le cadre de la dynamique de développement durable.

Principe d’une énergie géothermique

Le principe de géothermie capte les calories présentes dans le sous-sol de la Terre afin de les restituer sous forme de chauffage, d’eau chaude sanitaire ou de climatisation au sein de la maison.
Il faut savoir que, quelles que soient les conditions climatiques, cela n’impacte en rien le fonctionnement de ce processus. En effet, dès lors que l’on passe les 10 m de profondeur, les températures du sol ne varient pas et restent comprises entre 10 et 16°C.

Utilisations de la géothermie

On relève 2 utilisations majoritaires de ce type d’énergie. En effet, la géothermie est exploitée pour :

• la production de chaleur et d’eau chaude sanitaire pour les particuliers ou les industries ;
• la production d’électricité uniquement par des centrales de géothermie profonde.

Une énergie géothermique peut se voir exploitée de 2 manières différentes. En effet, on distingue :

• l’énergie géothermique de surface capte les calories de la chaleur du sol en période hivernale et celles de la fraîcheur en été. L’inertie thermique du sol est donc utilisée dans ce cadre à des fins de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire. L’enfouissement des capteurs se fait en surface du sol.
• l’énergie géothermique profonde provient des profondeurs des couches terrestres desquelles sont extraites la chaleur pour la production de chauffage si les températures sont en-deçà de 90°C ou pour la production d’électricité par des centrales géothermiques si les températures sont comprises entre 90 et 150 °C.

Les techniques de captage de géothermie

La géothermie ne peut fonctionner sans l’introduction de capteurs dans le sol. C’est pour cette raison que des moyens de prélèvement existent afin de pouvoir extraire cette chaleur de la croûte terrestre. C’est au travers des PAC (Pompes A Chaleur) qu’est mis en application ce principe de géothermie.
Les PAC sont des équipements ayant de hautes performances. En effet, pour 1 kWh d’énergie consommée, la pompe peut en produire 4. C’est une technique peu consommatrice d’énergie.

Les capteurs horizontaux

Ce type de captage nécessite une étendue de terrain assez conséquente. En effet, l’emprise au sol doit être supérieure à 1.5 fois la surface de la maison à chauffer. Cette technique consiste à enterrer des tubes à une profondeur comprise entre 60 et 120 cm. Un forage profond n’est pas nécessaire pour ce type d’installation. Pour les capteurs verticaux, il sera nécessaire d’avoir une puissance minimale pour extraire les calories comprises entre 20 et 25 W / m².

Le captage vertical

Le captage vertical peut s’effectuer selon deux manières :

• sur sondes verticales : elles sont à favoriser lorsqu’on dispose d’une surface de terrain restreinte. Un forage conséquent est alors nécessaire. Il est vrai que cela implique des travaux conséquents du fait que le forage s’effectue sur une centaine de mètres. Cependant, plus la profondeur est importante, plus le rendement sera optimal car plus on s’enfonce dans le sous-sol de la Terre et plus les températures seront stables et moins propices aux variations climatiques. Pour un captage vertical, la puissance d’extraction se devra d’être plus puissante. En effet, elle doit être comprise entre 40 et 50 W / m.
• sur nappes phréatiques : ce type de captage est réalisable uniquement si le logement se situe au-dessus d’une nappe phréatique. Une pompe à chaleur dite “eau-eau” pourra être installée.

Pour un bon fonctionnement du système, la nappe devra être en capacité de fournir un débit minimal d’1.8 m³ / h.

Spiral ou elliptique

C’est un système qui tend à se développer. C’est un mélange entre le captage vertical et horizontal ne nécessitant pas de grands espaces surfaciques ni de forage profond pour être installé. C’est modèle ayant pris les avantages des 2 systèmes et étant très performant. Néanmoins, la sensibilité des capteurs reste à améliorer car ils ne peuvent pas être en contact avec tous les types de sols.

En plus des capteurs présents dans le sol, un relais en intérieur doit être placé afin que se fasse le transfert de chaleur du sol à l’habitation. Ces émetteurs sont de types radiateurs, planchers chauffants ou encore circuit d’eau chaude sanitaire.

Les avantages et inconvénients

Comme tout mode de chauffage, la géothermie présente de nombreux avantages mais aussi quelques points faibles. Les qualités relevant de ce système sont :

• la compétence écologique : c’est un système respectueux de l’environnement car il n’émet que peu de gaz à effet de serre et ne produit pas de déchet ;
• c’est une énergie renouvelable ;
• le mode de fonctionnement ne nécessite pas de stockage ;
• le rendement est bon ;
• la qualité de chauffage est excellente.

L’inconvénient capital d’un tel système repose bien entendu sur le prix pour sa mise en place. De plus, il est aussi obligatoire de devoir posséder un terrain plus ou moins grand selon le type de forage à effectuer.

La géothermie : les types de PAC

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est basé sur un cycle dit “thermodynamique”. Ce dernier se compose de 4 étapes distinctes :

• l’évaporation du liquide frigorigène qui s’effectue par le biais de la chaleur provenant du sol ;
• la compression de la vapeur du fluide entraîne une augmentation des températures ;
• la condensation : une fois que la vapeur du fluide atteint une pression suffisamment haute, elle est condensée à des températures élevées puis insufflée au sein des émetteurs de la maison ;
• la détente du fluide entraîne une diminution des températures qui fait reprendre le processus à la première phase.

La pompe à chaleur peut être de type :

• sol-sol : le liquide caloporteur se propage au sein d’un circuit fermé comportant des capteurs horizontaux et des émetteurs ;
• eau glycolée-eau : le fluide reste condensé au niveau des capteurs (verticaux ou horizontaux). C’est uniquement l’eau qui circule jusqu’aux émetteurs. Ce modèle peut permettre de passer en mode rafraîchissement quand il s’avère nécessaire ;
• sol-eau, appelée PAC mixte : elle fonctionne de la même façon que la PAC eau glycolée-eau sauf que ce modèle est uniquement raccordé à des capteurs horizontaux.

Informations utiles

Il est impératif de connaître quelques points si vous souhaitez faire appel à l’énergie géothermique.

Le plan formaliste

Le premier point consiste à la connaissance des démarches administratives à effectuer. Si l’installation nécessite un forage de plus de 10 m de profondeur, une demande d'autorisation sera à établir car l’exploitation du sous-sol est soumise à certaines réglementations. Ces dernières découpent les territoires en 3 catégories :

• les zones vertes : seule une déclaration est à faire ;
• les zones oranges : un expert agréé devra produire une attestation ;
• les zones rouges : la mise en place ne sera effective qu’après une autorisation délivrée par le Code Minier.

Les subventions pour l’installation

Il est possible d’être éligible à des aides financières pour aider à la mise en place d’un système géothermique. Outre les seuils d’imposition à ne pas dépasser dans le cadre de certaines subventions, il faut savoir que l’installation doit obligatoirement être réalisée par un professionnel RGE (Reconnu Garant de l’Environnement). Ces aides peuvent être le CITE (Crédit d’Impôt pour la Transition Energétique), le prêt à taux zéro ou encore la TVA réduite à 5.5 %.