Il existe deux types de géothermie : la géothermie verticale qui puise la chaleur de la terre, issue du noyau terrestre, et la géothermie horizontale obtenue par l’implantation de serpentins enterrés, appelée géo-solaire et utilisant l’énergie du soleil.
Publié le 28 octobre 2013 par La Rédaction
Le fonctionnement de la géothermie verticale, lié aux normes
Le bon fonctionnement d’une géothermie verticale dépend avant tout des couches géologiques rencontrées. En effet, la pompe à chaleur associée à cette solution puise des calories grâce à la circulation d’eau glycolée dans les sondes.
Depuis peu, la norme Afnor NF X10-970 réglemente et normalise la pratique du forage géothermique et le dimensionnement. Notamment, elle impose une limite de forage de 50 W/ml, en considérant une durée de fonctionnement de 1 800 h à 2 000 h/an (soit 90-100 kWh/an/m), calcul à adapter selon la géologie des sols. Pour les plus gros projets, un forage test sera réalisé avec un test de réponse thermique pour savoir exactement le potentiel du sous-sol. Sur les petits projets, les forages définitifs se font sans forage test pour une question de coût.
Le foreur se doit de valider la conductivité thermique du sol en analysant ce qui en ressort. Si la conductivité est trop faible il doit forer plus profond.
En cas de sous-dimensionnement des sondes géothermiques, la température de l’eau glycolée circulant à l’intérieur baisse sans cesse au cours de l’hiver car la géologie n’a pas le temps de se recharger en chaleur. Dans le même temps, le gel provoque une modification du ciment bentonite qui est utilisé pour combler l’espace entre les tuyaux et la roche, diminuant sa conductivité thermique. On entre alors dans un cercle vicieux…
La géothermie horizontale, basée sur le bon dimensionnement de l’installation
Pour la géothermie horizontale, une réserve de chaleur est créée sur les espaces extérieurs. Celle-ci permet de puiser des calories l’hiver, qui se régénèrent au printemps et en été grâce à l’infiltration d’eau. Aussi, il est important d’utiliser les calories dans un volume de terre assez grand pour ne pas risquer le gel du sol. Cette solution impose l’implantation de nombreux tuyaux sur une grande surface.
La profondeur du captage a également son importance. Pour ne pas geler le sol, il faut enterrer suffisamment les tuyaux. Inversement, il est déconseillé de trop enfoncer les tuyaux, car c’est l’infiltration d’eau qui permet l’acheminement de la chaleur pour régénérer le sol. Aussi, plus c’est profond, moins la régénération du sol est bonne. La profondeur dépend pour beaucoup de la nature du terrain, de sa perméabilité et de la région, avec une préconisation à 1,60 m maximum.
Une autre solution consiste à enterrer des corbeilles géothermiques pour gagner en place, jusqu’à 4 m de profondeur. Le captage se fera sur un plus faible volume de terre, mais avec une partie inférieure qui sera plus difficilement régénérée.
Des nouvelles techniques avec un risque d’appauvrissement du sol
Verticale ou horizontale, la géothermie peut engendrer un appauvrissement des sols en cas de mauvais dimensionnement. Selon Grégory Lemaire géo-thermicien, gérant de la société Ecoptim spécialisée en géothermie, « Il faut demander à la nature ce qu’elle est capable de nous donner afin que le sol ait le temps de se régénérer si l’on ne veut pas être confronté à un éventuel appauvrissement du sol. Si le dimensionnement du captage est en adéquation avec son potentiel, un captage durera de nombreuses décennies ».
Il convient d’ailleurs de dissocier le captage en eau glycol et celui en détente directe. Cette dernière solution consiste à capter des calories grâce au gaz de la pompe à chaleur qui circule dans le sol, à des températures avoisinant -20°C. Cette technologie est désormais proposée en géothermie verticale avec des micro-forages allant jusqu’à 30 m. Elle vise à diminuer les coûts avec moins de longueurs de forage. Toutefois, le premier inconvénient est d’être responsable d’un appauvrissement du sol par le gel autour des tuyaux.
Johana Trossat