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La Terre source de chaleur ... la géothermie

Les divers atouts de la géothermie

Les pompes à chaleur géothermique

La géothermie consiste à utiliser la chaleur naturelle interne de la Terre pour produire en surface de la chaleur et de l’électricité.

La croûte terrestre est épaisse de 30 kilomètres en moyenne, elle laisse passer une partie de la chaleur du manteau terrestre. Plus on descend en profondeur dans la croûte terrestre, plus la chaleur augmente (environ
3 °C tous les 100 mètres).

La géothermie est exploitée depuis longtemps par les hommes, comme en Chine ou dans la Rome antique, où l'on utilisait l'eau provenant des sources d'eau chaude.    

Qu'est-ce que la géothermie ?

Les différents types de géothermie La géothermie apparaît comme une source d'énergie très intéressante car elle ne dépend pas de conditions extérieures (approvisionnement, météo, etc.), elle est relativement "propre" et elle est inépuisable. Mais quand on parle de géothermie, on devrait parler des géothermies.
Explications pour petits et grands sur le site de la TSR !
Pourquoi une pompe à chaleur géothermique ?
Vous en avez assez de devoir payer des factures toujours plus importantes de chauffage et vous voudriez profiter des aides que la Confédération et les cantons ont mis en place pour favoriser le développement de la rénovation énergétique ? Vous vous dites, pourquoi pas la géothermie ? 

La pompe à chaleur géothermique, appelée aussi PAC géothermique permet d’utiliser la chaleur contenue dans le sol, pour la transformer en chauffage pour votre maison. Elle peut être un complément de votre système de chauffage actuel ou venir en remplacement.

C'est précisément ce que vous recherchez ?

4 solutions de captage géothermique possibles

Des capteurs, installés horizontalement, ou verticalement, dans votre terrain, puisent les calories du sol pour les restituer sous forme de chauffage. Selon votre environnement, si vous rénovez ou si vous construisez, il ne sera pas forcément possible d’installer tous les types de PAC.

Voyons quelles sont les solutions de géothermie.

Dans la PAC géothermique, le prélèvement de la chaleur se fait à l’aide de tubes enterrés dans le sol. Vous avez la possibilité de choisir entre les capteurs horizontaux ou verticaux, en fonction de votre terrain et de vos envies :

  • eau glycolée/ eau : dans ce type de pompe à chaleur, la chaleur du sol est transmise aux capteurs  grâce à un mélange d’eau et d’antigel en circuit fermé. Le générateur évapore et condense alternativement son fluide frigorigène pour chauffer, soit l’eau d’un réseau de radiateurs classiques haute température (HT) si vous gardez votre installation actuelle en cas de rénovation, soit l’eau d’émetteurs et planchers basse température (BT) si vous souhaitez changer vos éléments de chauffe ou construisez,
  • sol/sol : ce procédé est dit "à détente directe". Il est composé de tubes de cuivre gainés, remplis de fluide frigorigène, sur un seul circuit (composé de planchers chauffants et captage horizontal). L’évaporation et la condensation se font progressivement. Un module installé dans le garage, la cave ou même si vous avez la place dans un local technique, convertit le fluide. Il est possible d’utiliser plusieurs compresseurs, c’est pour cette raison que le système offre un rendement optimal pour une surface de captage limitée à 1 fois et demi celle à chauffer,
  • sol/eau : ce système est une solution intermédiaire qui permet de restituer la chaleur au circuit d’eau d’une installation basse température,
  • eau/eau : la PAC pompe directement l’énergie dans les nappes phréatiques. Il n’est pas nécessaire d’utiliser d’antigel, elle se raccorde directement à un circuit de chauffage Basse Température. Elle peut même être utilisée l’été pour rafraîchir les pièces, par inversion du fluide frigorifique. 

Il vous est nécessaire de faire réaliser une étude de terrain  pour installer une pompe à chaleur géothermique!

La surface au sol disponible et la nature du sous-sol influent sur le choix du type de PAC. Vous seul ne pouvez décider, il vous faut être accompagné d'un professionnel de ce type d'installation.

Voir subventions pour les PAC géothermiques

Les différentes configurations envisageables

La géothermie par captage horizontal

C’est la solution la plus utilisée. A vous de définir avec un professionnel si elle convient à votre installation. Elle possède toutefois quelques contraintes.

Votre terrain doit se prêter à cette installation, la surface de pose doit être 1 fois et demie à 2 fois plus grande que celle de la surface à chauffer.

Par exemple, pour une maison de 150 mètres carrés, le capteur occupera entre 225 et 300 mètres carrés de la surface de votre jardin. Le terrain devra être décaissé sur 60 à 130 cm de profondeur et sur une longueur de 50 mètres environ.

Si votre sol est rocheux, cela risque d’être plus difficile que s’il était meuble. Ainsi il sera nécessaire parfois d’installer un lit de sable qui supportera les capteurs pour une installation optimale, mais cela va renchérir le coût de l’installation.

Pour des raisons de sécurité, les capteurs doivent se trouver à au moins :

  • 1,5 mètres des réseaux enterrés non hydrauliques,
  • 3 mètres des fondations, puits, fosses septiques et réseaux d’évacuation,
  • 2 mètres des plantations à racines profondes comme les arbres.

La surface recouvrant les tuyaux doit être perméable. Cela implique qu'il n'est pas possible d'installer une terrasse au-dessus. Veillez donc à installer votre terrasse à un autre endroit qu’au-dessus des capteurs !

Les capteurs sont la plupart du temps en PEHD (polyéthylène haute densité) ou en cuivre gainé de polyéthylène. Les tubes sont installés à faible profondeur (0,60 à 1,20 mètres) et disposés en boucles.

La géothermie par captage vertical

Cette technique requiert plus de moyens pour la mise en place et exige un personnel qualifié avec un savoir-faire très pointu.

Les sondes sont enfouies à une profondeur de 15 à 80 mètres, voire 100 mètres. Toutefois contrairement au captage horizontal, il n’est pas nécessaire d’avoir un terrain avec une certaine dimension pour pouvoir utiliser cette technologie. Elle peut même être mise en place avant une construction sous le vide sanitaire. Si la terre est trop friable, il faut tuber les sondes ce qui augmente le coût final de l’installation.

La chaleur en profondeur n’étant pas soumise aux variations de température en surface, elle est plus stable, ce qui rend le captage vertical plus performant.

Si vous souhaitez opter pour ce système, sachez qu’elle nécessite des démarches administratives 

Il faut généralement 2 puits, distants d’une dizaine de mètres, ayant chacun une surface 50x50 cm. Deux sondes de 50 mètres peuvent chauffer 120 mètres carrés habitables (en fonction de la zone climatique et de l’isolation de la maison).

Les sondes géothermiques sont constituées de 4 tubes PEHD, d’un diamètre de 25 ou 32 m. ces tubes ont la forme d’un double U, où circule en circuit fermé de l’eau glycolée.

Elles sont reliées à la pompe à chaleur et scellées dans le puits par injection d’un mélange de ciment et d’argile. Ce mélange permet d’améliorer leur conductibilité et les protège des pierres et des racines.

Les Explorateurs de l'Energie "La géothermie"

Mini lexique pompe à chaleur


Aérothermie : l'air qui nous entoure représente une masse thermique et un potentiel énergétique élevé car il est possible de puiser les calories de cet air et grâce à une pompe à chaleur Air/Air ou Air/Eau de chauffer avec un rendement important une pièce, une construction.... Si l'on chauffe avec une PAC (pompe à chaleur) Air/air, on puisera les calories de l'air extérieur et on les amplifiera pour chauffer l'air intérieur d'une ou plusieurs pièces. Si l'on puise les calories de l'air extérieur et que l'on amplifie cette chaleur pour la transmettre à un circuit d'eau chaude de chauffage, alors on parlera de PAC Air/Eau. Dans tous les cas, il s'agit d'aérothermie. 

Géothermie : la géothermie est un mode de chauffage utilisant l'énergie de la terre et du sous-sol. Si l'énergie est captée dans le sol via des capteurs horizontaux ou verticaux, le vocable employé est géothermie. Si l'énergie est captée dans l'eau chaude ou froide présente dans les nappes du sous-sol, on parle également d'aquathermie. Si l'énergie de la nature n'est plus l'eau mais l'air, le vocable géothermie est remplacé par aérothermie. Quand les sources du sous-sol sont chaudes, alors un simple échangeur est intercalé pour le chauffage géothermal. Dans les autres cas, la géothermie utilise des sources plus fraîches ou la chaleur relative de la terre : des pompes à chaleur utilisent cette chaleur et l'amplifient. On parle de pompes à chaleur géothermales. 

Cycle frigorifique : le cycle frigorifique fait passer un fluide frigorigène par plusieurs états gazeux/liquide en fonction des changements de pressions dus au compresseur et au détendeur. Ces changements de pressions donnent lieu à des changements de températures que l'on retrouve dans le condenseur (évacuation de la chaleur) et dans l'évaporateur (fourniture de l'énergie frigorifique). Ce cycle simple "compression/condensation/détente/évaporation" est appelé cycle frigorifique. Il est présent dans toute machine frigorifique telles les pompes à chaleur.

COP : le COP ou coefficient de performance d'une pompe à chaleur est le rapport entre la puissance thermique et sa consommation électrique.

Capteurs enterrés : tubes en polyéthylène ou en cuivre gainé de polyéthylène enfouis dans le sol et dans lesquels circule un fluide prélevant l'énergie du sol. Ils peuvent être horizontaux ou verticaux. Dans ce dernier cas, on les appelle sondes géothermiques et ils contiennent un mélange d'eau et d'antigel.

Gradient géothermal : plus nous nous rapprochons du centre de la terre, plus la chaleur est importante pour atteindre au centre plus de 4000°C. L'augmentation de la température en fonction de la profondeur est appelée "gradient géothermal". Il est en moyenne de 4°C par 100 mètres de profondeur, en France. La notion de gradient géothermal dépend du lieu géographique. Il sert de base de calcul pour une installation de géothermie avec capteurs verticaux.

Emetteur de chaleur : appareil situé dans les pièces de la maison et qui transmet la chaleur du système de chauffage, radiateur, plancher chauffant, ventilo-convecteur, …, sont des émetteurs de chaleur. 

ECS : ECS est l'abréviation du terme eau chaude sanitaire.

Fluide frigorigène : fluide, confiné dans la pompe à chaleur, qui assure lors de ses changements de phase (gaz, liquide) les transferts de chaleur.