Hormis le cas
des stations thermales qui bénéficient de la remontée
naturelle des eaux chaudes au travers de failles dans les roches,
il faut aller chercher ces gisements de calories en forant et
en pompant.
En France, les forages implantés pour chauffer les logements
sont profonds de 1 à 2 km. Ils captent l’eau chaude
(entre 50 et 90°C) de couches géologiques des bassins
sédimentaires (bassin aquitain et parisien essentiellement).
Les types d’exploitations s’inspirent des techniques
pétrolières, utilisant 1 ou 2 puits.
En effet, si les caractéristiques physico-chimiques de
l’eau sont particulières ou si la ré-alimentation
naturelle de la nappe est insuffisante, deux forages seront
nécessaires. Dans ce cas, les deux puits (ou doublet)
doivent être suffisamment éloignés l’un
de l’autre pour que l’eau froide réinjectée
ne modifie pas les potentialités du gisement.
Dans le cas d’un puits unique, l’eau est rejetée
en surface.
Pour un usage thermique, un échangeur, précédé
ou non d’un système de filtration, permet de restituer
les calories ainsi captées au réseau de chauffage ou
au process quand l’usage est industriel.
La géothermie très basse énergie
:
Elle permet le chauffage, le rafraîchissement de locaux ou la
production d’eau chaude. La production
de chaleur s’effectue à l’aide de pompe à
chaleur (PAC), multiplicateur de calories.
Sous
ce terme « pompe à chaleur », on regroupe plusieurs
systèmes thermodynamiques, qui se différencient
par :
- la nature de la source de chaleur (air, eau, ou sol),
- le vecteur d’émission de chaleur (air ou eau).
On parle ainsi de PAC sol/sol, sol/eau ou eau glycolée/eau.
Pour permettre le rafraîchissement, il faut une PAC réversible.
Il existe de multiples possibilités
pour capter l’énergie :
. puits unique (et rejet de l’eau en surface),
. double puits (restitution de l’eau en profondeur),
. sonde en U (fluide en boucle fermée) dans un puits sec à
la verticale ou dans les fondations (pieux ou murs de soutènement),
. tuyau développé à l’horizontal dans le
sous-sol à très faible profondeur (en plein développement
dans le secteur du logement individuel).
Comment
fonctionne une pompe à chaleur ?
Un fluide frigorigène circule à l’état
liquide dans un circuit fermé. En récupérant
les calories de la source de chaleur environnante, il passe à
l’état gazeux par le biais d’un détendeur
et d’un évaporateur. Ce gaz est ensuite comprimé,
ce qui a pour effet d’augmenter sa température. Cette
chaleur est ensuite transmise au vecteur d’émission de
chauffage. Enfin, en se condensant, il retourne à son état
initial.
schéma PAC géothermales (source : Graphies)
La performance énergétique
de chaque installation se caractérise par le coefficient de
performance (COP) :
COP = quantité de chaleur fournie / énergie consommée
par le compresseur et les auxiliaires.
Ce coefficient ne dépend pas que du matériel. Il peut
varier considérablement si les conditions d’utilisation
ne sont pas optimales. L’échelle de valeur de COP s’étend
aujourd’hui de 1,5 à 4,5. Autrement dit : avec 1 kWh
électrique consommé, on produit de 1,5 à 4,5
kWh thermique.
A noter : Un rapport
de l’Union Européenne évalue à 100 TWh
et 50 millions de tonnes de CO2 les réductions de consommation
et d’émission provoquées par l’installation
de PAC en remplacement du chauffage électrique direct dans
10% du parc européen des logements d’ici à 2010.
Bien
définir le potentiel géothermique :
Thermes d’Argelès-Gazost (65)
La ressource en géothermie basse énergie
en Midi-Pyrénées a été évaluée
dans les années 80 par le BRGM. Si elle est importante,
elle n’est pourtant utilisée aujourd’hui
que pour quelques exploitations et pour le thermalisme.
Les usages pourraient cependant être multiples : chauffage
de logements, pisciculture, lavage ou séchage dans des
process industriels ou en agroalimentaire….
Il est certain que les moyens à mettre
en œuvre pour estimer de façon précise une ressource
restent conséquents :
- Une étude préalable est nécessaire pour évaluer
les besoins énergétiques, faire l’analyse de l’environnement
géologique et de ses potentialités, estimer les coûts
d’investissement et de fonctionnement en résultant ;
- Ensuite, une étude de faisabilité s’impose pour
connaître les caractéristiques hydrogéologiques
(pression, perméabilité, débit soutirable…)
et physico-chimiques du fluide (température, teneurs en minéraux…).
Ces éléments détermineront à la fois les
potentialités et le type d’exploitation de la ressource.
Un forage est nécessaire à ce stade. Il nécessite
des démarches administratives au titre du code minier (demande
d’autorisation de recherche, étude d’impact).
Ce
qu’il faut savoir…
¤ sur la géothermie haute et basse
énergie :
. Les investissements initiaux sont importants et les coûts
d’exploitation dépendent de nombreux facteurs : taille
de l’unité de production, qualité et profondeur
de la ressource, technologie utilisée.
. Les textes législatifs offrent aux collectivités un
rôle prépondérant dans la création de réseaux
de chaleur, avec la possibilité de les classer et ainsi d’obliger
le raccordement aux réseaux.
. Il existe des systèmes de garantie couvrant le risque géologique
lié à la réalisation d’un forage géothermique
(Fond long terme géothermie, Aquapac…).
. Des problèmes d’exploitation peuvent apparaître
: corrosion lorsque l’eau est chargée en sels, colmatage
des puits, présence de fines particules dans les échangeurs,
formation de gaz perturbant le bon fonctionnement des pompes…
¤ sur la géothermie très
basse énergie :
. Les PAC les plus performantes permettent de faire des économies
d’énergie et, dans certains cas, de diminuer les coûts
d’exploitation lorsqu’elles se substituent à un
système classique.
. Un captage horizontal nécessite
une surface de 1,5 à 2 fois la surface habitable à
chauffer.
Les contraintes en terme de pose et d’utilisation du terrain
sont importantes : les capteurs doivent être enterrés
à plus de 60 cm de profondeur, en boucles distantes d’au
moins 40 cm entre elles, se trouver à au moins 2 ou 3
mètres de tout arbre ou ouvrage (puits, fosses sceptique…)
; la surface doit rester perméable et ne pas être
traversée de réseaux d’eau ….
. Un puits vertical est plus onéreux qu’un capteur
horizontal mais il entraîne moins de contraintes dans
la gestion du terrain et sa performance est plus constante.
Par contre, il requiert plus de technicité de mise en
œuvre et le nombre de foreurs qualifiés pour les
réaliser en France est réduit. Il faut de plus
respecter les démarches administratives concernant la
protection du sous-sol (déclaration de sondage à
la DRIRE, loi sur l’eau…).
Les pompes à chaleur géothermiques (source : Graphies)
. Le fluide frigorigène le plus employé dans les PAC
est le R22. Son emploi étant remis en cause en raison de ses
effets sur la couche d’ozone et sur l’effet de serre,
de nouveaux fluides de substitution le remplacent progressivement.
. Pour fonctionner, une pompe à chaleur doit être entraînée
par un moteur électrique. L’électricité
constitue donc l’énergie primaire de la PAC. En conséquence,
l’utilisation de PAC géothermiques relève davantage
d’une démarche d’utilisation rationnelle de l’énergie
que de valorisation d’énergies renouvelables.
. De plus en plus de solutions alliant solaire et PAC géothermique
sont mises en oeuvre, les deux techniques pouvant se compléter
pour gagner en efficacité.
. Pour une maison individuelle, un chauffage par PAC géothermique
coûte de 70 à 100 euros/m2 chauffé (sans option)
avec captage horizontal et de 140 à 180 euros/m2 pour un captage
vertical.
Le recours aux pompes à chaleur géothermales (énergie renouvelable) dans les résidences principales peut donner droit à un crédit d’impôts : . Le crédit d'impôt 2006 ()
. Site Internet de l'administration fiscale : http://www.impots.gouv.fr
Pose d’une sonde géothermique
Pose de capteurs horizontaux
(crédit photos : Graphies/ ADEME) Des exemples en Midi-Pyrénées :
- Les stations
thermales où l’eau est > 50°C :
. Ax les Thermes (09),
. Luchon (31),
. Bagnères de Bigorre et Cauterets (65)
Thermes de Luchon (31)
- Les forages pour la valorisation thermique
:
. Blagnac (31) : eau à 58°C - réalisé en
1981 - chauffage de logements collectifs
. Lamazères (32) : eau à 57°C - réalisé
en 1981 – chauffage de serres pour plantes tropicales
. Nogaro (32) : eau à 50°C – réalisé
en 1986 – Chauffage de bassins piscicoles
http://www.impots.gouv.fr
