La géothermie : comment ça marche ?
Le principe de base de la géothermie est simple : il s’agit de capter la chaleur de la terre ou des nappes phréatiques pour chauffer un immeuble ou une maison Les techniques employées sont multiples et dépendent de nombreux facteurs exogènes.
Qu’est-ce que la géothermie?
Les systèmes géothermiques utilisés pour le chauffage et la climatisation des bâtiments reposent sur le fait que sous terre, à une profondeur d’environ 10 m, la température est relativement constante (soit environ 10°C. Cette température du sous sol n’est pas influencée par la température de l’air ambiant ni de la saison, elle est donc plus chaude en hiver.
Un système de captation géothermique se compose de trois éléments:
1) un échangeur de chaleur souterrain qui permet d’extraire et de capter les calories du sol
2) une pompe à chaleur pour remonter le fluide vers la surface et activer un compresseur etc.
3) un système de distribution de chaleur pour la répartir dans la bâtiment.
Un kilowatt d’électricité consommé par la pompe à chaleur géothermique permet de produire en moyenne 3 à 5 kilowatts d’énergie, c’est donc un principe qui offre un excellent rendement énergétique. Seul problème, il est cher à l’achat et pas si écologique qu’on pourrait le croire.
Les différents types de systèmes géothermiques
On distingue 3 types de géothermie en fonction de l’ampleur du système mis en oeuvre et du projet :
La géothermie « haute énergie » puise dans un gisement de chaleur supérieure à 150°C. Pour y arriver, les forages vont jusqu’à plusieurs milliers de mètre de profondeur. Ce système permet de produire de l’électricité grâce par exemple à de la vapeur d’eau et un système de turbine. Il s’git d’une installation industrielle de plusieurs millions d’euros.
La géothermie « basse énergie » est utilisée pour alimenter des réseaux de chaleur urbains. Elle correspond à des forages de plus de 200 m selon le code minier. Un forage de 1 000 m peut fournir une eau entre 50 et 80°C.
La géothermie « très basse énergie » correspond à un forage de moins de 200 m. Chaque installation fournit une puissance thermique inférieure à 500 kW pour chauffer et climatiser des bâtiments. On distingue la géothermie aquifère à échangeur ouvert où la chaleur est extraite d’une nappe phréatique avec prélèvement de matière ensuite réinjectée dans on milieu d’origine et la géothermie sur sonde à échangeur fermé où la chaleur est extraite sans échange de matière, par le biais d’un fluide caloporteur.
Les différents systèmes géothermiques plus en détail
On distingue plusieurs types d’échangeurs de chaleur souterrains pour transférer les calories du sol au fluide caloporteur :
– les systèmes à boucle fermée verticale captent la chaleur du sol en profondeur. Une boucle en U faite en polyéthylène haute densité est enfouie dans le sol. Un fluide caloporteur propylène glycol circule à l’intérieur de la boucle et permet un échange de chaleur par conduction. Ce sont les système les plus utilisés.
– les systèmes à boucle ouverte captent la chaleur dans une nappe phréatique avec deux puits. Ils offrent une très grande efficacité thermique. Ils se servent directement de l’eau souterraine pompée d’un puits d’approvisionnement situé de 25 à 40 m de profondeur pour y puiser de la chaleur. L’eau est ensuite injecté edans un second puit.
– les systèmes à puits à colonne permanente captent la chaleur d’une nappe phréatique, avec un seul puits.
Lors des phases de grand froid, les systèmes à PCP sont flexibles et peuvent créer un boost d’énergie supplémentaire en forçant l’infiltration d’eau souterraine dans le puit pour améliorer l’efficacité thermique sur une courte période.
-les systèmes à boucle fermée horizontale captent la chaleur du sol en surface à environ 2 mètres de profondeur et nécessite une emprise au sol de deux à trois fois la surface du bâtiment à chauffer.
D’où vient cette chaleur du sol ?
La structure interne de notre planète se compose de multiples couches, avec au centre un noyau, puis des roches chargées en radioactivité. La chaleur dégagée au centre de la terre est causée par la désintégration de la radioactivité de ces roches.
En France, la température moyenne au niveau du sol augmente en moyenne de 3,3 °C tous les 100 mètres. C’est ce que l’on appelle le gradient géothermal. Le sol peut ainsi atteindre 140 °C à 4 000 mètres de profondeur.
