Géothermie
Un article de Encyclo-ecolo.com.
La géothermie
- La géothermie est la récupération de la chaleur dans le sol à des fins de chauffage domestique. Elle permet d’économiser jusqu’à 75% de la facture de chauffage sur 1 an en permettant de restituer 4 kWh pour 1kWh utilisé pour sa production.
La Géothermie est une énergie renouvelable naturelle</strong>.
Chaque jour, la terre emmagasine l’énergie solaire et la stocke sous forme de calories dans le sol. Cette chaleur de surface peut être captée, moyennant un réseau de tuyaux enterrés. Il s’agit davantage de chauffage « géosolaire » que de géothermie, la recharge thermique n’étant assurée que par le soleil et l’infiltration de la pluie.
La terre est active et la géothermie (mot issu du grec « gê » = terre et « thermos » = chaud) est une spectaculaire manifestation de son énergie. La première utilisation d’eaux chaudes naturelles remontent à des milliers d’années avant J-C. La région Midi-Pyrénées en a d’ailleurs gardé la mémoire à travers ses sites de thermalisme.
- La géothermie consiste à se chauffer avec l’eau chaude souterraine. A trois mètres sous le sol, il fait toujours 12°C. Cette constance de chaleur peut être exploitée. Pour cela, il faut forer et aller profond pour faire remonter la chaleur des entrailles de la terre.</p>
- Au niveau mondial, la géothermie devrait au moins doubler au niveau mondial d’ici 2020. Il s’est vendu 20.000 pompes à chaleur géothermiques en France en 2006 et sans doute 30.000 en 2007
Les nombreux avantages de la géothermie
- La géothermie est une énergie renouvelable propre : Émissions de GES de la géothermie : < 15 g C02/kWh
- La géothermie est une énergie renouvelable favorable à l'environnement : le chauffage géothermique et/ou aérothermique est un chauffage "zéro rejet" : sans dioxyde d'azote, sans dioxyde de souffre, sans poussière. Se chauffer avec la géothermie est vraiement écologique et sans impact négatif sur l'environnement ou le climat.
- La géothermie est source d’énergie naturelle abondante, quasi illimitée et disponible presque partout.
- La géothermie permet de « capturer » et d’exploiter les calories contenues dans l’air (l’aérothermie ), dans la terre (geothermie) ou dans l’eau.
- La géothermie consomme une très faible quantité d’énergie :3 à 4 fois moins que les systèmes de chauffage classiques.
- La géothermie permet une économie de chauffage pouvant représenter 75 % d'économies : pour 4kW nécessaires pour votre chauffage, 1 est acheté à EDF et 3 sont fournis par le sol.
- Le coût du matériel et de l’installation de géothermie s'amorti rapidement notamment grâce au coup de pouce d'importantes réductions d’impôts.
Le COP pour mesure l'efficacité d'une pompe à chaleur
Les performances d'une pompe à chaleur (PAC) se mesurent par un indic, le COP. Le COP est un coefficient de rendement qui rend compte de l'efficacité de la pompe à chaleur en fonction de l'énergie consommée.
- COP = Quantité de chaleur produite / Energie consommée
Le COP permet de calculer un coefficient de performance. Le COP reflète le rapport entre la quantité de chaleur produite et l’énergie électrique consommée par la pompe à chaleur. Le COP pour mesurer la performance d'une pompe à chaleur Le COP est un coefficient qui dénoté la performance d'une pompe à chaleur
consoGlobe conseille de choisir une pompe à chaleur avec le COP le plus élevé possible et au minimum supérieur à 3.
Si une pompe à chaleur consomme 1 kWh d’électricité et puise 4 kWh dans l’environnement, elle a alors un COP de 4.
Géothermie. Les incitations fiscales ?
- La géothermie possède des atouts indéniables</span></strong>. Tout d’abord, c’est une évidence, plus besoin de stocker du combustible et de se réapprovisionner. Les pompes à chaleur géothermiques ne craignent pas le froid. Les coûts d’exploitation de la géothermie ont diminué et sont désormais compétitifs grâce à des installations techniques fiables et performantes. </p>
De plus, la géothermie comme l'energie solaire est soutenue par l'Etat par des incitations financière. Une installation peut ainsi être aidée par un crédit d'impôt de 40% du prix des équipements et des matériaux de production de chauffage, hors mains d'œuvre lorsque l'installation est réalisée sur une résidence principale. Pour un même contribuable et une même habitation, le montant des dépenses ouvrant droit au crédit d'impôt ne peut excéder la somme de 8000 € pour une personne seule. Le crédit d'impôts peut être complété selon les régions et les départements par des aides financières.
- Zxemple, pour un équipement coûtant 15000 €, avec un coût de main d'oeuvre de 5000 €, un coût de la pompe à chaleur de 8000 € et des terminaux de 2000 €, vous bénéficiez d'une économie de 40 % sur 8000 euros soit 3200 euros.
Les pompes à chaleur sont devenues moins chères, notamment grâce aux aides fiscales de l’Etat (crédit d’impôt de 50% depuis 2006) et de divers organisme (Ademe, Anah). Avec les aides, le retour sur investissement est généralement de de 5 à 7 ans.
Géothermie. Comment capter l'eau souterraine ?
Il existe 3 trois types de capteurs qui sont choisis en fonction du terrain utilisable et de la présence d'eau souterraine :
1 - Le captage horizontal qui est le plus fréquent : pour une maison de 100 m², il faut prévoir environ 150 m² de surface de captage.
2- le captage vertical : une sonde géothermique verticale va chercher l‘énergie de la terre entre 70 et 100 m de profondeur.
3 - le captage sur nappe phréatique
La surface de captage est liée à la puissance de la machine qui va chauffer votre habitation. Elle est donc dépendante de la taille de celle-ci, mais aussi de son niveau d'isolation et de la température extérieure de la région de la construction. Compte tenu des normes actuelles, la surface nécessaire correspond à environ 1,4 à 2 fois la surface à chauffer.
Quelle est la profondeur de forage nécessaire ?
- A chaque fois que l’on descend de 100 m sous terre, on gagne 2 à 3°C en moyenne, la radioactivité naturelle des roches produisant des quantités énormes d’énergie. Cette chaleur se dirige vers la surface et réchauffe les nappes phréatiques souterraines. Si elle trouve une faille, cette eau chaude remonte par des puits artésiens et produit des sources chaudes. Dans le cas contraire, il faut aller la pomper.
La profondeur de forage est liée à la puissance de la machine qui va chauffer votre habitation. Elle est donc dépendante de la taille de celle-ci, mais aussi de son niveau d'isolation et de la température extérieure de la région de la construction.
Compte tenu des normes actuelles, la profondeur de forage en mètre sera environ 0,7 à 1 fois la surface à chauffer.
La géothermie : l'eau sanitaire à 60°C
Un système transformant en chaleur utilisable dans le logement grâce à un générateur. permet de d'obtenir de l’eau chaude sanitaire quotidiennement tout en économisant plus de 60% sur la consommation électrique. L’eau est chauffée à 60°C : ce qui permet de ne plus utiliser les résistances électriques du chauffe eau. Un échange direct entre le sol et le fluide frigorigène offre encore plus de performances. Un module indépendant est raccordé à un ballon d’eau chaude sanitaire de 300 litres.
Géothermie. Comment choisir un système de géothermie ?
> Il y a 2 sortes de dispositifs :
- Le système à détente directe : il utilise un liquide frigorigène (HCFC) qui circule dans des tubes en cuivre gainés, et fonctionne comme un climatiseur inversé avec, à l’intérieur, le plancher chauffant, et à l’extérieur les tubes capteurs enterrés.
Avantage : un très bon rendement permettant de n’utiliser d’une surface limitée pour le réseau de capteurs (surface égale à celle du plancher à chauffer dans le Sud-Est ; surface égale à 1,5 fois ailleurs et plus au Nord).
- Le système à « eau glycolée » : l’eau circule dans des tuyaux en polyéthylène et les calories sont échangées dans la pompe à chaleur.
Avantages : le système est réversible et peut donc servir à chauffer ou à rafraîchir. Il n’est pas soumis à la même régularité de contrôles que le système à détente directe qui utilise des liquides frigorigènes
Aérothermie ou géothermie, comment choisir ?
- Si votre logement ne dispose pas d'un terrain, un système géothermique n'est pas envisageable sauf à envisager un forage au sous-sol. Une installation d'aérothermie peut être envisagée pour toutes les configurations de logements.
- Pour les logements qui dispose d'un terrain, le choix entre l'aérothermie et la géothermie dépend de l'investissement que vous êtes prêt à consentir.
- Plus coûteuse à la pose, la géothermie est néanmoins plus économique à l'usage que l'aérothermie. Etant moins dépendantes des conditions de température extérieure, la géothermie offre un niveau de performance énergétique régulier et important, y compris en hiver.
- Un installation en aérothermie doit parfois être renforcée par un appoint électrique intégré au système. En général donc, le coefficient de performance énergétique d'une installation géothermique est meilleur que celui d'un dispositif en aérothermie.
- Le Code des impôts impose, pour l'aérothermie un COP de 3,3 pour une température extérieure de 7°C, afin de pouvoir bénéficier du Crédit d'Impôt. Un COP de 3,3 signifie qu'un générateur fournit 3,3 fois plus d'énergie qu'il n'en utilise.
La géothermie, une industrie d'avenir ?
- ! Longtemps délaissée, la géothermie connaît un regain d’intérêt à la faveur de ses performances énergétiques et de son exploitation respectueuse de l’environnement. Processus propre, la géothermie exclut en effet les désagréments des énergies dites “traditionnelles”, responsables des émissions de gaz à effet de serre.
La géothermie à Orly
- En couvrant 30% des besoins en chauffage de ses terminaux, les installations géothermiques ont ainsi permis à l’Aéroport d’Orly de réduire annuellement son rejet de CO2 à hauteur de 9.000 tonnes équivalent pétrole (source ADEME).
Car la géothermie représente un procédé exemplaire en matière d’insertion environnementale et une réponse pertinente aux défis énergétiques imposés par le Grenelle Environnement. Source d’énergie gratuite alimentée par la récupération des calories naturellement contenues dans le sol, la géothermie défend un modèle décarboné réalisable sur l’ensemble du territoire, grâce auquel chaque acteur devient son propre producteur d’énergie. Ses différentes applications techniques s’adaptent en effet à toutes les échelles, permettant d’oeuvrer à l’indépendance énergétique des maisons individuelles comme des habitats collectifs, des collectivités, des bâtiments publics et industriels.
La géothermie est stable, durable et constante
- Contrairement aux autres énergies renouvelables, la géothermie ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). Une caractéristique unique qui en fait une énergie fiable et constante dans l’année ! L’intérêt de la géothermie tient également à la pérennité des ressources. La redécouverte de ces hautes performances intrinsèques a ainsi amené le Grenelle Environnement à positionner la géothermie comme un axe de développement majeur de son volet “Énergie”. D’ici 2020, la part des énergies renouvelables devra en effet représenter 23% de la production totale.
Un objectif ambitieux auquel la géothermie est appelée à contribuer avec une production énergétique fixée à hauteur de 2.4 millions de tonnes équivalent pétrole, soit la multiplication par six de sa production actuelle.
Naturelle, propre et renouvelable, la géothermie représente aujourd’hui une énergie vitale et locale pour répondre à l’urgence environnementale.
Solution énergétique idéale pour l’industrie ou les bâtiments collectifs, l’installation géothermique répond aux besoins de chauffage ET de climatisation. Les installations sur boucles fermées assurent le stockage des frigories ou des calories excédentaires pour une efficacité énergétique optimale. Le système de pompe à chaleur constitue une solution idéale dans le cadre de la géothermie très basse énergie (<30°C). Il offre en effet des ressources énergétiques idéales pour le chauffage et la climatisation des maisons individuelles grâce à l’exploitation d’aquifères peu profonds.
géothermales sur boucles d'eau tempérées
Intérêt des opérations géothermales sur boucles d'eau tempérées :
Cette nouvelle solution développée notamment pour la ZAC du Parc de l'Escaut à Anzin (59) permet de subvenir à l'essentiel des besoins de chauffage et de rafraîchissement du site.
Particulièrement efficiente, cette technique permet de :
- Délivrer une performance environnementale maximale (pas de perte thermique liée au réseau) ;
- Rafraîchir les bâtiments moyennant des consommations d'électricité tout à fait minimes (pompes à chaleur réversibles ou geocooling) ;
- Réaliser des investissements proportionnés au rythme d'aménagement (chaque bâtiment possède sa propre pompe à chaleur) ;
- Réduire la dépendance aux énergies fossiles par un mix énergétique reposant essentiellement sur une énergie renouvelable.
Une approche de la géothermie plébiscitée par les collectivités locales
Particulièrement adaptée aux besoins de construction et d'aménagement publics, cette approche répond aux attentes des collectivités soucieuses de proposer aux futurs habitants une démarche environnementale intégrant les nouvelles normes de construction, et la fourniture d'un réseau de chaleur alimenté à plus de 50 % par des énergies renouvelables. Elle est appelée à séduire de nombreux acteurs publics soucieux d'accroître leur indépendance énergétique.(source : communiqué Ingénieriel)
Lexique de la géothermie
Capteur enterré
Un capteur enterré est le réseau de tubes enterrés dans un terrain dont la fonction est d'absorber l'énergie naturelle de la terre.
Circuit frigorifique
Un Circuit fermé contient un fluide frigorigène circulant dans un circuit frigorifique. Celui ci est consituté de 4 parties principales : le compresseur, le condenseur, le détendeur et l'évaporateur.
Collecteur
Accessoire de répartition permettant le réglage des différents circuits d'un plancher chauffant.
Compresseur
Composant mécanique du circuit frigorifique permettant le transfert de l'énergie du sol extérieur vers l'intérieur de la maison.
Condensation
Changement d'état du fluide frigorigène qui passe de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de l'énergie dans un milieu à chauffer.
Condenseur
Echangeur dans lequel le fluide frigorigène se condense.
C.O.P.
Le COP mesure le rapport de la puissance fournie sur la puissance absorbée par l'installation géothermique. Le COP mesure l'efficacité du générateur. Un COP de 3 signifie qu'un générateur fournit 3 fois plus d'énergie qu'il n'en utilise.
Degrés-jours (DJU)
Somme des produits "écart de température x nombre de jours à cette température" et caractérisant la rigueur d'un climat.
Déperditions
Ensemble de pertes de chaleur d'une maison. En général : - 30 % par le toit, - 15 % par les murs, - 15 % par les portes et fenêtres, - 15 % par le sol, - 20 % par renouvellement d'air - 5 % par les ponts thermiques
Détendeur
Régulateur du débit de fluide frigorigène dans le circuit frigorifique.
Détente directe
Capteur enterré en tube cuivre gainé de polyéthylène, formant l'évaporateur et dans lequel circule le fluide frigorigène.
Eau de nappe phréatique
Eau contenue dans le sous-sol, en général à une température de 10° à 14°, et remplaçant dans certains cas, le capteur enterré.
Eau glycolée
Eau mélangée avec un antigel à base de glycol remplissant un capteur enterré, permettant le refroidissement du sol à des températures négatives.
Eau-eau
Système prélevant l'énergie dans l'eau de la nappe phréatique, d'un capteur horizontal ou de sondes thermiques et utilisant un chauffage à eau chaude dans la maison.
Etude Thermique
Étude détaillée des isolations mises en oeuvre sur une habitation donnée et définition des puissances de chauffage à installer ainsi que des consommations.
Evaporateur
Échangeur dans lequel le fluide frigorigène s'évapore.
Evaporation
Changement d'état du fluide frigorigène qui passe de l'état liquide à l'état gazeux en prélevant de l'énergie dans un milieu à refroidir.
Fluide frigorigène
Fluide remplissant le circuit frigorifique et permettant le transfert de chaleur d'un milieu à refroidir vers un milieu à chauffer.
Gel
Marque seulement le changement d'état de l'eau en glace. On peut toutefois enlever de la chaleur à la glace, jusqu'à -273,15°c (valeur du zéro absolu).
Inversion de cycle
Dispositif permettant de prélever l'énergie à l'intérieur de la maison puis de l'évacuer vers l'extérieur (dans le sol pour la géothermie, dans l'air pour l'aérothermie).
Paroi froide
Dans un local chauffé, la paroi froide est une paroi dont la température est inférieure à la température du local. Le plancher chauffant permet de supprimer la seule paroi froide avec laquelle les occupants d'une maison sont en contact.
Plancher basse température
Plancher chauffant caractérisé en ce que la température du sol est comprise entre 22 et 25° avec un maximum de 28°.
Rafraîchissement
Abaissement modéré de la température, obtenu par circulation d'eau rafraîchie dans un plancher chauffant-rafraîchissant.
Régulation de zone
Dispositif permettant de régler la température d'une zone ou ensemble de pièces, sans possibilité de réglage individuel par pièce (sol-sol).
Régulation par pièce
Dispositif permettant de régler la température pour chaque pièce, individuellement, sans influence sur la température d'autres pièces (sol-eau et eau-eau).
Scroll
Technologie de compresseur à haut rendement constitué de deux spirales concentriques supprimant le piston, la bielle, les clapets....
Sol-eau
Système utilisant un capteur horizontal à détente directe et un chauffage à eau chaude dans la maison.
Sol-sol
Système utilisant un capteur horizontal à détente directe et un plancher chauffant contenant du fluide frigorigène circulant dans la maison.
Sonde ou antenne thermique
Ensemble de tubes en polyéthylène disposés dans un ou plusieurs forages d'une profondeur de 70 à 100 m. Chaque mètre de forage capte 50 Watts.
Température extérieure de base
Température minimale quotidienne mesurée au minimum cinq fois au cours d'un hiver. C'est la température qui permet de calculer la puissance à installer.
Thermodynamique
Partie de la physique traitant des relations entre les phénomènes thermiques et mécaniques.
Zéro absolu
C'est -273,15°C et c'est seulement à cette température qu'il n'y a plus de chaleur.
Les dessous de la géothermie
- La géothermie n’est pas une science nouvelle. L’exploitation de la chaleur provenant du sous-sol était en effet une technique
courante dans la Rome Antique ou autour du bassin méditerranéen, utilisée notamment pour alimenter les thermes. Ce procédé consiste à puiser l’énergie naturelle emmagasinée dans les profondeurs de la croûte terrestre au moyen de forages, pour produire de la chaleur et de l’électricité. Autre particularité majeure, la géothermie souffle le chaud et le froid ! Les différentes installations permettent en effet de transformer la géothermie en chauffage ou en climatisation grâce à un système de pompe à chaleur réversible ou par un procédé de ballons tampons chaud et froid. Définie par sa température (étroitement corrélée à la profondeur), l’énergie géothermique offre différents niveaux d’utilisation spécifique.
Géothermie très basse énergie (< à 30°C)
Des forages peu profonds prélèvent l’énergie contenue dans l’eau ou le sol pour alimenter les habitations individuelles en chauffage, rafraîchir ou produire de l’eau chaude. Cette installation repose sur la mise en place de pompes à chaleur capables de produire du chaud et du froid, et dont les coefficients de performance sont supérieurs à 4.
Géothermie à basse énergie (de 30°C à 150°C)
- Ce type de géothermie est généralement utilisé pour le chauffage urbain ou la climatisation, ainsi que pour certaines applications industrielles et agricoles (chauffage de serres, séchage des parpaings de ciment, des matériaux organiques, algues ou légumes...). Une solution idéale pour les bâtiments
dit “collectifs” (immeubles, bureaux, commerces, bâtiments publics ou industriels, centres commerciaux...).
Les eaux chaudes d’une température supérieure à 100°C peuvent permettre la production d’électricité grâce à l’utilisation de cycles de Rankine répandus dans le monde entier.
Géothermie à très basse énergie
La géothermie très basse énergie est exploitée à l’aide de pompes à chaleur (PAC) dites géothermiques. Cette technique se contente de très basses températures (moins de 35°C) et de forages peu profonds (moins de 100 m) pour aller capter les calories contenues dans l’eau ou l’air du sol. Elle est généralement utilisée pour chauffer et rafraîchir des locaux.
En Europe, la progression de cette technique est importante dans les pays ne possédant pas de gisements géothermiques importants, comme l’Allemagne et la Suisse. Elle connaît également un regain d’intérêt en France, dans le logement individuel.
Pour la géothermie basse énergie, la température des nappes est comprise entre 30 et 150 °C.
Environ 55 pays les exploitent aujourd’hui pour la production de chaleur. Cette exploitation est en pleine expansion puisqu’ils n’étaient qu’une trentaine de pays en 1995.
Les applications étant très diversifiées (logements, serres, thermes…), le dénombrement des opérations est difficile.
En France, les régions Ile-de-France et Aquitaine ont développé l’utilisation de cette source énergétique, des réseaux de chaleur alimentés par géothermie chauffant près de 200 000 logements.
En outre, la possibilité d’y adjoindre un module de cogénération intéresse beaucoup de collectivités, cet investissement supplémentaire permettant de réduire le coût de fonctionnement des équipements en permettant la vente de la surproduction de calories d’été.
Géothermie à moyenne et haute énergie
La géothermie haute énergie est aujourd’hui exploitée dans le monde à hauteur de près de 8 000 MWe (mégawatt électriques installés), dont 42 % en Amérique et 38 % en Asie. Plus de 20 pays produisent aujourd’hui une partie de leur courant électrique à partir de gisements aquifères dont les températures sont comprises entre 180 et 350 °C. En Europe, l’Italie est la plus engagée dans cette voie avec 1,7 % de sa production d’électricité issue de la géothermie haute enthalpie.
La France ne possède qu’une seule centrale de production, en Guadeloupe. Depuis février 2000, EDF ( http://www.edf.fr ) a l’obligation de racheter l’électricité d’origine renouvelable, dont celle issue de la géothermie, les tarifs de rachat ayant été fixés par l’arrêté du 13/02/02.
- Géothermie supérieure à 150°C : Ces ressources se trouvent en zone volcanique ou dans des
bassins d’effondrement qui ont été d’anciennes zones volcaniques. Les profondeurs de forage vont respectivement de 1.000 à 5.000m. Si le fluide géothermale n’est pas agressif, la production d’électricité peut se faire grâce au jaillissement de la vapeur dont la pression suffit à alimenter une turbine. Dans le cas contraire, il faut passer par un circuit secondaire. Ce type d’installation est d’autant plus intéressant qu’il offre une cogénération d’électricité et de chaleur, grâce à la valorisation des calories en sortie de turbine et avant réinjection du fluide géothermal. Ce type de géothermie garantit des performances inégalées grâce à l’exploitation optimale des ressources naturelles.
Géothermie en roches chaudes sèches
- Géothermie effectuée dans le socle cristallin. Actuellement au stade des pilotes scientifiques, cette filière
géothermique parfois qualifiée de “sèche” consiste à produire de l’électricité grâce à l’injection d’eau en profondeur dans des formations dont la perméabilité a été créée ou augmentée, puis pompée une fois réchauffée au contact des roches. De par la grande diversité de ses applications, la géothermie représente un potentiel énergétique considérable qui reste pourtant largement sous-exploité. Discrète, la géothermie n’en demeure pas moins une énergie incontournable dans un schéma de développement durable. Il existe plusieurs schémas d’installation géothermique. Parmi eux, le forage unique ou le forage en doublet, généralement retenu en raison de sa rentabilité et de sa durabilité.