Energie Chauffez vos bâtiments économiquement grâce à la géothermie

17 mars 2022

Votre facture de chauffage a augmenté de 20% le mois dernier. Les prix du gaz et du pétrole, appelés à grimper avec la raréfaction des ressources et les taxes carbone, sont particulièrement sujets aux fluctuations aujourd’hui, dans le contexte de la crise ukrainienne.

 

Si vous cherchez à réduire vos dépenses énergétiques et votre impact carbone, la géothermie, parmi les différents types de chauffage, est une option à ne pas négliger.

 

De son origine à son application concrète, explorons ensemble les caractéristique de la géothermie.

1- Une source d’énergie accessible et puissante

La géothermie, qu’est ce que c’est ?

En grec, Géo veut dire “La Terre” et Thermos signifie “La chaleur” : la géothermie est donc littéralement “la chaleur de la terre”.

 

Lorsqu’on parle de géothermie, on parle à la fois de la science qui étudie les phénomènes internes du globe et de la technologie qui exploite l’énergie qui s’en dégage sous forme de chaleur.

La géothermie, source de chaleur ?

La croûte terrestre compte 30km d’épaisseur sous les continents. Elle est chauffée par plusieurs phénomènes :

  • Le plus connu est le rayonnement de la chaleur du noyau interne à 5 000°C issu de la formation de la Terre
  • Le phénomène principal en jeu, responsable de 90% de la chaleur interne de la Terre, est la désintégration des éléments radioactifs présents à l’état naturel et en grande quantité dans les roches de la croûte terrestre et du manteau. Le Potassium, l’Uranium et le Thorium libèrent de la chaleur en se désintégrant

 

Source : Ademe – BRGM

Le sous-sol terrestre n’est pas le même partout dans le monde :

  • Dans les zones volcaniques, la température augmente en moyenne de 100°C tous les 100m de profondeur
  • Dans les zones stables du globe, le gradient géothermique (l’évolution des températures avec la profondeur) est plutôt de 3°C tous les 100m de profondeur. Même en France, le gradient varie avec la région. En région parisienne, par exemple, il est de 3,3°C tous les 100m

 

 

La géothermie, à quoi ça sert ?

  • La production de chaud

L’eau chaude du sous-sol est utilisée directement ou via un système de pompe à chaleur et permet de répondre à des besoins en chauffage de bâtiments, production d’eau chaude sanitaire ou même à des besoins plus spécifiques dans les domaines agricoles ou industriels. C’est sur cette utilisation que nous allons nous concentrer par la suite

 

  • La production de froid

Le sous-sol est plus froid que l’air ambiant en été. On peut donc capter sa fraîcheur directement : on parle de géocooling. Une autre solution, très intéressante grâce à un rendement élevé et une réponse à l’enjeu de réchauffement, est d’utiliser les PAC en mode “froid” et produire un frais durable

 

  • La production d’électricité

Dans le cas de la géothermie haute profondeur et haute température, on peut produire de l’électricité. Si l’on couple chaleur et électricité, on parle de cogénération

 

 

La géothermie, 3 méthodes d’utilisation ?

1- Géothermie peu profonde (<200m), à basse température (<30°C) :

C’est cette méthode qui est la plus répandue en France et qui concerne le chauffage des bâtiments et l’eau chaude sanitaire. Il est intéressant de connaître les autres méthodes mais c’est sur celle-ci que nous allons nous concentrer par la suite

 

Source : ABC-Clim

  • Ce type de géothermie valorise plutôt l’inertie du sol que sa température élevée. Chauffé par le soleil l’été, il conserve sa chaleur plus longtemps que l’air extérieur se refroidissant l’hiver et constitue un réservoir de chaleur. A l’inverse l’été, il est plus frais que l’air extérieur et donc source de fraîcheur.
  • En bref, on l’utilise comme une batterie qu’on charge et décharge quand on en a besoin. L’Ile-de-France possède la plus grande concentration de réseaux géothermiques d’Europe.

 

Comment ça marche ?

  • En pratique, on utilise des pompes à chaleur (PAC). On peut alors aussi inverser le procédé pour l’utiliser comme une climatisation. Un fluide frigorigène composé d’eau et de glycol passe dans un champ de sondes installé dans le sous-sol pour servir d’échangeur thermique et chauffer ensuite le réseau géothermique

 

2- Géothermie profonde (200-2000m), à haute température (30°C-90°C) :

Elle exploite la chaleur des gisements d’eau situés plus profonds. Grâce à des forages allant plus en profondeur, cette technologie capte de l’eau plus chaude.

 

3- Géothermie très profonde (>1500m), à très haute température (>150°C) :

Aussi appelée enthalpie, elle se situe dans des zones au gradient géothermique très élevé comme près des volcans. Le site de Bouillante dans les Caraïbes est la seule centrale électrique géothermique en France. Construite en 1996 dans une région volcanique, cette centrale transforme l’énergie issue de la chaleur des gisements et énergie électrique. La vapeur et l’eau chaude contenues dans les nappes situées en 1500 et 3000m de profondeur passe par des turbines et un alternateur pour fournir de l’électricité.

 

 

La géothermie, la source de chauffage d’aujourd’hui ?

  • Disponibilité en continu

Contrairement à l’éolien ou au solaire qui sont intermittents et dépendent de la météo, la géothermie est une énergie renouvelable disponible en continu. Elle peut être installée sur la quasi totalité du territoire français et fonctionne 24h/24.

 

  • Renouvelable et durable

Géothermie = chaleur du sous-sol. On exploite le sol qui est sous nos pieds, donc pas de transport nécessaire, pas de combustion, contrairement aux énergies fossiles, responsables des ’émissions de gaz à effet de serre.

 

Source : SDES, d’après PAC & Clim’Info, Observ’ER et Ceren

Champ : France Métropolitaine

  • Confort

Après comparaison avec d’autres types de chauffage, la géothermie s’impose comme un mode de chauffage offrant un grand confort. Un confort thermique d’abord, mais aussi un confort sonore, visuel et odorant : on ne sait pas qu’il est là. Pas besoin de stockage et donc un gain de place

 

  • Coût financier

L’investissement initial est souvent élevé mais son coût de fonctionnement est nettement inférieur. En coût complet sur le long terme, c’est un modèle très intéressant. De plus, il existe des aides financières, notamment si votre bâtiment s’inscrit dans le cadre du Décret Tertiaire

 

  • Fiable

La géothermie, c’est une science. Cette technologie est simple et robuste. Les experts promettent une qualité de l’installation ainsi qu’une grande durée de vie (50 ans pour les sondes)

  • Une réponse à des obligations

La géothermie, c’est une réponse. Réponse aux obligations ou interdictions dans le secteur du bâtiment, de plus en plus strictes. Elle est encouragée par les pouvoirs publics et des aides financières.

 

Source : calculs SDES

Par exemple, la programmation pluriannuelle énergétique entre 2018 et 2023 présente ces objectifs : pratiquement doubler la production de chaleur par des PAC, y compris géothermiques entre 2018 et 2028.

On peut aussi citer la Réglementation Environnementale RE 2020, le Décret Tertiaire, le Décret BACS, le nouveau DPE du 01/07/2021 et autres

 

 

2- Utiliser la Terre comme une batterie

On parle de stockage inter saisonnier, ou de STES pour Seasonal Thermal Energy Storage

 

 

Qu’est-ce que c’est ?

Il s’agit du stockage de chaleur ou de froid dans le sous-sol pendant plusieurs mois

  • On récupère l’énergie thermique partout où elle est disponible, notamment là où elle serait normalement perdue : récupérer la chaleur des équipements de climatisation ou de processus industriels
  • On la réutilise quand elle est nécessaire en plein hiver pour se chauffer
  • Par exemple, on parle de Power to heat quand on couple le photovoltaïque à une pompe à chaleur aérothermique en été. On utilise la chaleur de soleil pour fournir de l’électricité et faire fonctionner la PAC aérothermique qui aura un rendement très intéressant puis on stocke la chaleur produite

 

 

Comment ça marche ?

Les stockages souterrains : l’eau est stockée entre 10 et 15m de profondeur par l’intermédiaire de sondes en circuit fermé.

 

Source: afpg

3- Optimiser pour économiser :

Diminuer la taille du champ de sondes

  • L’un des freins à l’utilisation de la géothermie pour chauffer son bâtiment est la taille du champ de sondes. Ca prend de la place et ça coûte de l’argent
  • Pour répondre à cette problématique simple, une solution simple : diminuer la taille du champ de sondes et donc diminuer le CAPEX en maintenant un rendement très élevé

 

Comment ?

  • En disposant les sondes à quelques mètres d’écart au lieu des 10m conventionnelles, on augmente la capacité d’échange et concentre la chaleur
  • En adaptant le champ de sondes au terrain et aux besoins du bâtiment, on peut diminuer le nombre de sondes à installer

 

 

Utiliser la mixité énergétique à son optimum

  • Une grande difficulté pour la géothermie comme pour toutes les énergies renouvelables est qu’elle peut difficilement couvrir l’ensemble des besoins en chauffage d’un bâtiment
  • Contrairement au solaire ou à l’éolien, la géothermie n’est pas intermittente, ne dépend pas de la météo et peut-être utilisé en continu
  • Cependant, il faudrait installer une PAC géothermique très puissante, grande et énergivore pour pouvoir répondre à une très faible partie des besoins qui demande plus de puissance, comme des températures extérieures plus basses que la normale par exemple

 

Quelle solution ?

  • Il est donc bien plus intéressant d’opter pour une PAC géothermique qui réponde à la majorité des besoins couplée à une PAC aérothermique qui vienne palier le manque de puissance ponctuel de la PAC géothermique. Mais se pose un défi : optimiser l’équilibre entre les deux PAC

L’intelligence artificielle répond à ce défi. Elle optimise la part de fonctionnement des PAC géothermiques et aérothermiques pour atteindre des températures cibles souhaitées sans influer sur la température du champ de sondes

 

 

Trouver l’équilibre

  • Une batterie : ça s’épuise. Lorsqu’on implante un système de géothermie qui prend l’énergie du sol, c’est un peu pareil
  • Le sol sera toujours réchauffé et ce n’est pas le chauffage de votre bâtiment, aussi grand soit-il, qui épuisera la chaleur interne de notre planète
  • Cependant, à l’échelle locale, pour garder un rendement et une puissance élevés, il faut penser à donner autant d’énergie qu’on en prend

Trouver le juste équilibre entre l’énergie prélevé au sol et celui rendu et stocké sous forme de chaleur n’est pas mince affaire…

Comment faire ?

Grâce au Machine Learning, le mix énergétique PAC aéro-géo est maximisé pour adapter la sollicitation du champ de sondes. On prélève assez de chaleur pour atteindre les températures cibles définies mais on donne aussi ce qu’il faut pour que ce soit un système pérenne.

 

Source : Capture d’écran du produit Insight proposé par Accenta

Réaliser une étude de faisabilité d’un projet de géothermie est la meilleure manière de savoir concrètement les avantages substantiels que pourrait vous apporter cette source d’énergie pour chauffer votre bâtiment. Intéressé pour en savoir plus ? Nos experts sont à votre disposition !

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