La géothermie, c'est-à-dire l'utilisation de la chaleur naturelle du sous-sol pour produire de l'énergie ou pour fournir directement de la chaleur, peut être utilisée de différentes manières suivant les usages énergétiques et les contextes géologiques.
En France, la géothermie sous forme de chaleur devrait contribuer aux objectifs d’énergie renouvelable fixés par le Grenelle de l’environnement à hauteur de 1,3 millions de tep (tonnes-équivalent-pétrole) sur les 20 millions prévus. Le Grenelle prévoit également l'équipement en pompes à chaleur de 2 millions de foyers, le tout d'ici à 2020.
Le mode d'exploitation d'une ressource géothermale dépend usuellement de trois paramètres :
- La température détermine l'application à savoir production d'électricité ou chauffage.
- La structure du milieu fixe le mode de prélèvement. Dans un milieu aquifère, le fluide chaud sera extrait, pour un milieu non-aquifère le prélèvement de chaleur se fera par échange via un fluide exogène.
- Le mode de transfert correspondant à la technique choisie pour exploiter la source de chaleur.
Dans le cadre d'une utilisation individuelle, la production d'électricité n'est pas envisagée. La production de chaleur est préconisée avec des pompes à chaleur géothermiques (PAC). Cette utilisation de la géothermie est qualifiée de
"géothermie superficielle" (car à faible profondeur) ou encore
"très basse énergie".Fonctionnement des pompes à chaleurLes pompes à chaleur (PAC) captent les calories du proche sous-sol (de 0 à quelques centaines de mètres). C’est la forme de la géothermie qui présente les perspectives de croissance les plus importantes selon l'ADEME. Les PAC permettent également la production de froid. Elles sont adaptées pour le chauffage de maisons individuelles mais aussi pour le tertiaire et les locaux collectifs.
La pompe à chaleur fonctionne selon un principe thermodynamique qui consiste à transférer, via un
fluide caloporteur, de l'énergie d'un niveau à basse température vers un niveau à température plus élevée. Ce transfert consomme de l'énergie, mais l'énergie totale restituée par la PAC est supérieure à l'énergie fournie au système au final. À quantité égale d'énergie finale produite, il y a donc économie globale d'
énergie primaire, mais aussi diminution des émissions polluantes.
Une PAC fonctionne comme un réfrigérateur. Elle abaisse la température du milieu qui fournit l'énergie (source froide) et augmente la température du milieu qui reçoit l'énergie (source chaude). Les deux sources pouvant être valorisées, un tel dispositif peut donc assurer des besoins de chauffage et/ou rafraîchissement.
Principe schématique d'une PAC
Source : www.guide-geothermie.org
Il existe différents systèmes de pompes à chaleur :
- à
compression où l'énergie est fournie mécaniquement à un compresseur via un moteur électrique ou un moteur à gaz
- à
absorption où l'énergie apportée au système est de la chaleur. Celles-ci sont plus généralement utilisées pour produire du froid.
On distingue également les PAC avec leurs capteurs : horizontaux à faible profondeur ou verticaux par forage. Les capteurs horizontaux sont les plus répandus pour les maisons individuelles. Cette technique ne nécessite en effet que des travaux de terrassement.
Capteurs horizontauxLes
capteurs horizontaux sont disposés en réseau de tubes installés en boucle (en série ou en dérivation) dans lesquels circulent un fluide caloporteur. Le tout enterré à une profondeur allant de 60 cm à 1,20 m.
L'énergie prélevée est fonction des conditions climatiques. Le proche sous-sol est réchauffé par le soleil et la pluie ce qui conduit parfois à nommer les capteurs
"géosolaires". La surface de terrain à mobiliser pour l'installation correspond à 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer.
Capteurs verticauxDans le cas d'une maison individuelle, les
capteurs verticaux, ou sondes géothermiques sont disposés entre 30 et 150 m de profondeur. Le dispositif peut être installé dans n'importe quel milieu géologique, mais la pose est délicate. Selon la nature du sous-sol, il faut choisir la formule la plus adaptée : aiguilles, serpentins ou forages… L'échange de chaleur avec le sol s'effectue ici par l'intermédiaire d'un ou deux tubes en U dans un forage vertical, dans lequel circule un liquide caloporteur, de l'eau glycolée ou de la saumure, emmené vers l'évaporateur d'une PAC. Cette technique nécessite une surface de terrain restreinte. Par exemple, deux sondes géothermiques de 50 m de profondeur sont suffisantes pour chauffer une maison de 120 m2 habitables.
Le puits canadien ou puits provençalCe système utilise l'inertie thermique du sous-sol dont la température - à 2 ou 3 m de profondeur - reste à peu près constante (environ 12°C en été et 7 °C en hiver). Il consiste à faire circuler de l'air dans une canalisation enterrée à faible profondeur de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitation, la température de l'air étant ainsi modifiée par celle du sol. Si cela ne peut remplacer un système de chauffage, le puits canadien permet néanmoins de rafraîchir l'air en été et de le préchauffer en hiver pour mettre une habitation hors-gel par exemple. Ce principe de ventilation contribue à diminuer les dépenses énergétiques nécessaires au renouvellement de l'air.
Installation schématique du principe d'un puit canadien
Source : www.eole-fr.com
Mélanie Favrot
