Article issus de : http://conseils-thermiques.org
La géothermie
Présentation
La géothermie, comme le fait deviner son étymologie, est l’énergie contenue dans la terre. C’est une énergie utilisée depuis des siècles notamment avec les thermes gallo-romains. Ce n’est cependant pas l’énergie la plus ancienne apprivoisée par l’homme puisque la première est incontestablement l’énergie de la biomasse, avec la maîtrise du feu.
Il existe plusieurs types de géothermie. Nous verrons les 3 principales à savoir : très basse température, basse température et…moyenne/haute température.
- La géothermie très basse température
- La géothermie basse température
- La géothermie haute/moyenne température
- Réponses à vos questions
La géothermie très basse température
D’où vient-elle?
La géothermie basse température provient de l’énergie solaire. En effet, c’est le rayonnement solaire qui chauffe les premiers mètres sous Terre. La terre a un fort pouvoir d’inertie, la température sous terre est donc plus constante qu’à sa surface, à savoir entre 10 et 20°C selon la saison (environ 14°C de moyenne) à 1m de profondeur.
Comment l’exploiter?
Les 3 types de captages
Captage horizontal
C’est le type de captage le plus courant puisque le moins coûteux. En effet, le captage horizontal consiste à placer des tubes entre 80cm et 1,2m de la surface. A cette profondeur, la température est assez stable et ne varie que pendant les saisons entre 10 et 20°C. Si les travaux sont effectués lors de la construction de la maison, cela peut avoir un coût très faible puisque les engins sont déjà sur place. On considère qu’il faut entre 1,5 et 2 fois la surface de la maison pour chauffer convenablement. S’il est possible de planter des choses à la surface (fleurs, pelouse), les arbres et les terrasses sont eux à proscrire au-dessus des tubes. Cette technique possède un inconvénient majeur : si les tubes ne sont pas assez enterrés et/ou que les besoins en chauffage sont trop grands pour la surface de captage, la température de la terre risque de chuter jusqu’à faire geler la surface, tuant par la même tout ce que vous auriez pu planter au-dessus, y compris la pelouse.
Captage vertical
Cette technologie requiert deux sondes de 15 à 100m de profondeur. A cette profondeur, la température est beaucoup plus stable qu’avec un captage horizontal. Cependant, les forages coûtent très chers rendant cette solution beaucoup plus coûteuse que la précédente. Les sondes doivent être situées à une dizaine de mètres d’écart minimum. Il est donc possible d’installer ce type de système sur des petites surfaces de terrains. De plus, la surface ne risque pas de geler.
Captage sur nappe phréatique
Les capteurs géothermiques sur nappes phréatiques, aussi appelés doublets géothermiques fonctionnent à l’aide d’un ou deux forages.
Lorsqu’il n’y a qu’un forage, l’eau est extraite de la nappe avec une pompe puis on récupère ses calories grâce à l’échangeur de la PAC et on rejette l’eau dans un ruisseau ou une rivière (lorsque la réglementation l’autorise). Il n’est en effet pas possible de rejeter l’eau refroidie au même endroit sous peine de refroidir aussi l’eau qui sera pompée, ce qui diminuera sensiblement les performances de l’installation.
L’autre solution (la plus courante) consiste à mettre en place une deuxième sonde donnant sur la même nappe phréatique, mais espacée de plusieurs mètres de la première. La température de l’eau pompée sera donc préservée de même que la quantité d’eau souterraine de la nappe qui est une denrée rare.
Quelles PAC dans quelles situations?
Il existe plusieurs technologies de pompes à chaleur : à détente directe, mixte ou à fluide intermédiaire.
Récapitulatif des solutions de pompes à chaleur possibles selon la configuration (guide pompe à chaleur Ademe)
Avantages
- La technologie est bien adaptée pour les particuliers
- Les performances de l’installation sont intéressantes, notamment dans le cas des capteurs verticaux (sur nappe ou non)
Inconvénients
- L’investissement est élevé
- Des risques de pollution existent, notamment avec les PAC à détente directe
- Les consommations électriques de la PAC ne sont pas négligeables (environ 30% de la production de chauffage)
- On retrouve tous les inconvénients des PAC (fiabilité, bruit, etc.)
Le puits canadien
Le puits canadien (ou provençal) est une technologie géothermique à part entière, qui permet de récupérer les calories de la terre via un échangeur de chaleur qui les transmettra à l’air soufflé dans la maison. Vous pouvez retrouver plus d’informations sur les puits canadiens ici
La géothermie basse température
D’où vient-elle?
La géothermie basse température se situe à des profondeurs allant de quelques centaines à quelques milliers de profondeur. A cette profondeur, seuls les changements de température saisonnier influe et de façon minime. Vous le savez peut-être, le noyau de la Terre est un énorme amas de magma extrêmement chaud. C’est donc grâce à lui que la géothermie basse température existe. Une notion très importante est la notion de gradient de température. On estime ainsi que pour chaque kilomètre plus près du centre de la Terre, on gagne 3°C. Un gradient de température est la distance qu’il faut pour augmenter de 1°C. Il faut également savoir que selon le type de sous-sol, le gradient de température sera différent. C’est-à-dire qu’entre deux zones différentes, à la même profondeur, la température sera différente.
La géothermie basse température se situe entre 30°C et 100°C. Les bassins aquifères sont idéals pour la géothermie basse température, puisque leur gradient de température est faible. La France est bien dotée dans ce type de sous-sol, notamment le bassin aquifère parisien.
Comment l’exploiter?
La géothermie basse température fonctionne sur le principe du doublet géothermique (capteurs verticaux sur nappe phréatiques). La température de l’eau est assez élevée pour se passer d’une pompe à chaleur. Il est en effet possible de chauffer directement des logements avec cette température via des réseaux de chaleur.
Beaucoup l’ignorent mais le plus grand réseau de chaleur (de France) se situe à Paris et fonctionne justement avec la géothermie basse température. D’autres réseaux de chaleur fonctionnent en effet avec des chaudières à biomasse ou encore grâce à des usines d’incinération de déchets (c’est le cas par exemple à Nantes, où le réseau alimente une majeure partie de l’île Beaulieue et de l’hôpital principal).
Avantages
- La technologie est simple et bien maîtrisée
- La France dispose d’un gisement de géothermie basse température intéressant
- Aucun fluide frigorigène n’est nécessaire pour l’exploiter
- Il y a peu de consommations électriques nécessaires à l’installation (uniquement des circulateurs)
- Les réseaux de chaleur s’inscrivent naturellement dans les schémas des éco-quartiers, tout comme les chaudières à biomasse
Inconvénients
- Les forages coûtent très chers
- Certaines régions de France sont moins concernées par cette technologie (sous-sol peut favorable)
La géothermie haute/moyenne température
D’où vient-elle?
Vous le savez peut-être, le noyau de la Terre est un énorme amas de magma extrêmement chaud. C’est grâce à lui que la géothermie haute température existe. Une notion très importante est la notion de gradient de température. On estime ainsi que pour chaque kilomètre plus près du centre de la Terre, on gagne 3°C. Un gradient de température est la distance qu’il faut pour augmenter de 1°C. Il faut également savoir que selon le type de sous-sol, le gradient de température sera différent. C’est-à-dire qu’entre deux zones différentes, à la même profondeur, la température sera différente.
Cette technologie nécessite des sols particuliers où la température est naturellement élevée (>150°C), c’est le cas notamment des zones volcaniques où la température de sous-sol peut augmenter de 1000°C/100m. C’est d’ailleurs pour cela que la géothermie moyenne/haute température n’existe à l’heure actuelle qu’en Guadeloupe (pour la France). L’île produit plus de 15 MW et 90GWh/an (6-7% de la production de l’île) grâce à sa centrale La Bouillante et ses 4 unités, qui sont toujours en expansion. D’autres projets de centrales géothermiques sont à l’étude dans les DOM-TOM.
Comment l’exploiter?
La géothermie haute température consiste là encore à un doublet géothermique. A ces profondeurs, l’eau pompée est supérieure à 200°C.
Schéma de la centrale géothermique de la Bouillante (Guadeloupe) (© geothermie-perspectives.fr (ADEME/BRGM)
Avantages
- Les puissances produites peuvent être importantes
- Les
- La technologie de production d’électricité est bien maîtrisée (turbine/alternateur)
Inconvénients
- Seules les régions volcaniques sont pour l’heure concernées par la géothermie moyenne/haute température
- Le coût des forages très élevé
- Les forages doivent être bien réfléchi pour préserver la ressource en eau souterraine et ne pas la polluée.
Conclusion
La géothermie est une énergie très intéressante puisqu’elle peut être utilisée à plusieurs échelles, une maison (géothermie très basse température, pompes à chaleur), un quartier (géothermie basse température, chauffage urbain) ou une ville entière (géothermie moyenne/haute température, centrale électrique). Cependant, des précautions doivent être prises dans la plupart des cas comme avec les doublets géothermiques (pour éviter la pollution de la nappe), les captages horizontaux (pour éviter de geler le sol) et d’une manière générale toutes les PAC faisant intervenir des fluides frigorigènes, qui sont des gaz à effet de serre puissants (plusieurs centaines de fois plus puissants que le CO2)