Synthèse sur l'utilisation de la géothermie dans les habitations

1. L’énergie géothermique
Dans le noyau terrestre se produisent en permanence des réactions de fusion
thermonucléaire qui dégagent de fortes quantités de chaleur. Cette chaleur se diffuse dans le
manteau et dans la croûte terrestre, diminuant à mesure qu’on s’en éloigne d’environ 4°C
tous les 100 m (gradient géothermique). C’est cette ressource gratuite et inépuisable
qu’exploite l’énergie géothermique.
I. Tour d’horizon des modes d’exploitation et des technologies
► Fluide frigorigène : 1) Modes d’exploitation
matériau fluide ayant la On peut exploiter l’énergie du sol de 2 manières :
particularité de conduire - en récupérant la chaleur du sol à faible profondeur (14°C)
les calories (il s’évapore à au moyen d’un serpentin dans lequel circule un
faible température et se fluide frigorigène (pompe à chaleur).
liquéfie sous basse - en prélevant de l’eau plus ou moins chaude dans des
pression en libérant sa aquifères ou des nappes phréatiques (entre 12 et 100°C) au
chaleur). moyen d’un double forage qui permet de prélever puis de
► Aquifère : réinjecter l’eau pour garder une pression et une température
nappe phréatique constantes dans un temps donné.
profonde datant de
plusieurs millions 2) Technologies
d’années et ne se a) chaleur sèche
remplissant plus
On utilise 2 technologies différentes :
- le système dit « à détente directe » (fig 1): dans un
serpentin en circuit fermé circule un fluide frigorigène qui
capte la chaleur dans le sol du jardin et la restitue sous le
plancher de la maison (nécessite un plancher chauffant).
Cette technologie permet un bon rendement pour une
surface de captage réduite.
- le système « eau glycolée / eau » (fig 2) : il compte 3
serpentins en circuit fermé, deux hydrauliques, à l’intérieur
et à l’extérieur de la maison et un troisième qui sert
d’échangeur entre les deux autres. Cette technologie permet
d’utiliser des capteurs verticaux et des radiateurs déjà
Fig 1 http://www.geothermie.net/ existants mais on doit enfouir plus profondément les
capteurs.
Ces deux systèmes fonctionnent avec deux modes de
captage :
- horizontal : un serpentin vertical est enterré entre
0.80 et 1.50 m dans le sol du jardin (il capte
d’avantage la chaleur solaire que géothermique)
Fig 2 http://www.geothermie-perspectives.fr/
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2. - vertical : un puits (dit artésien) dans lequel circule le fluide est foré entre 70 et 100 m de
profondeur.
Ils permettent de chauffer un maison individuelle, des logement collectifs, un ballon
d’eau chaude, une piscine et même de climatiser, en inversant le sens de passage du fluide
(seulement pour la détente directe : les calories de la maison sont relarguées dans le sol).
b) captage d’eau
L’eau est prélevée au moyen d’un doublet géothermique : il s’agit de deux forages dont la
prélève l’eau et l’autre la réinjecte. Leur distance est calculée pour que la nappe d’eau soit
exploitable pendant environ 30 ans sans baisse de température (- 4 °C tous les 10 ans).
Suivant la température de l’eau, on distingue :
- la géothermie haute énergie (150 à 320 °C) : à cette température, l’eau est souvent encore
liquide en raison des fortes pressions (à 221 bars, elle reste liquide jusqu’à 374 °C). Elle est
captée et sert à entraîner des turbines qui produisent de l’électricité. On ne peut l’exploiter que
dans des régions volcaniques et à grandes profondeurs au
moyen de centrales.
- la géothermie moyenne énergie (90 à 150°C) :
identique à celle haute énergie, à l’exception que la
pression de la vapeur n’est pas suffisante pour obtenir un
bon rendement, l’eau ne sert donc qu’à chauffer un fluide
frigorigène et c’est ce fluide qui entraîne les turbines
- la géothermie basse énergie (50 à 90°C) : l’eau
prélevée chauffe un fluide frigorigène qui est porté
jusqu’aux habitations, dans un rayon de quelques km
seulement (non pour des raisons techniques mais
économiques), pour le chauffage. Elle utilise le même
principe que la chaleur sèche : le serpentin extérieur estFig 3 http://www.hb-climatec.fr/
remplacé par le captage (fig 3).
- la géothermie très basse énergie (12 à 50°C) : efficace seulement pour un chauffage
individuel, elle fonctionne selon le même principe que la géothermie basse énergie (fig 3).
II. Restrictions – inconvénients
Les installations géothermiques basées sur l’énergie sèche ne peuvent être exploitées
que si la nature du sol convient. Les sols favorables sont les bassins sédimentaires, les zones
volcaniques, les régions plissées ou faillées (présence de sources thermales), et les régions au
sol cristallin non fracturé (roches chaudes et sèches). En France, même dans les zones
favorables, on estime que 90 % des besoins en chauffage pourraient être couverts par les deux
types de géothermie. D’autre part, les capteurs horizontaux (énergie sèche) doivent couvrir
une surface équivalente à 150 % (en moyenne) de la surface à chauffer.
III. Consommation d’énergie – pollution - rendement
La pose de ces systèmes (quels qu’ils soient) nécessite le recours à des moyens
souvent polluants. Néanmoins, une installation géothermique ne produit aucune émission de
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3. CO2 et son entretien reste limité. Dans le cas d’une exploitation domestique individuelle,
pour 1kW consommé par le détendeur et le compresseur, 3 à 4 kW de chaleur sont produits.
IV. Prix
En France, pour une maison de 130 m2, un système complet de chauffage géothermique par
capteurs horizontaux coûte environ 15 000 € à l’achat et à la pose auxquels il faut ajouter le
coût du terrassement (1 500 € ; 140 € pour des capteurs verticaux), mais l’Etat accorde un
crédit d’impôts sur les travaux et l’on réalise des économies d’électricité substantielles
(diminution de 75 % d’un budget chauffage tout électrique). Le chauffage d’une résidence
individuelle de 180m2 isolée selon les normes en vigueur revient à environ 2.74 € par m2/an.
V. Historique – Statistiques - Avenir
La première centrale géothermique date de 1902 et a été construite à Larderello, en
Italie. Depuis 1950, le choix du tout pétrole a conduit à négliger la géothermie. Et lorsqu’on
s’est rendu compte des limites du pétrole, on a choisi l’énergie nucléaire. La géothermie se
répand néanmoins depuis 1985.
Le nombre de logements équipés en France est passé de 1700 en 1997 à 150 000 en
2000, alors que le chauffage représente 75 % de la consommation d’énergie des particuliers.
Ce progrès a permis d’évite le rejet de 700 000 t de CO2 par an, soit 1% des émissions de la
France. La géothermie couvre aujourd’hui 0.2 % des besoins français en énergie soit 400
MW. Dans le monde, il existe 50 centrales géothermiques, pour une production annuelle de
plus de 8 300 MW.
L’énergie géothermique peut, sans problème, être exploitée dans des centrales mais
l’énergie produite doit être utilisée à proximité. On estime que d’ici 2010, on produira 14 633
MW grâce à la géothermie dans le monde. Couplée avec d’autres énergies renouvelables, elle
permet de rendre une maison indépendante dans sa production d’énergie, et qui sait, de se
débarrasser peut-être un jour du nucléaire.
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