Géothermie

La recherche de la performance et d’économies d’énergie maximales, alliées à un confort et une intégration optimum du système de chauffage dans la maison incitent le consommateur à se tourner vers la géothermie.

LES BENEFICES DE LA GEOTHERMIE POUR LA MAISON INDIVIDUELLE

L’installation d’une géothermie permet :

• de diminuer fortement la facture énergétique, prise en compte dans les différents labels (Effinergie, HPE…)
• de diminuer de manière significative le C dans le calcul thermique
• de faire bénéficier au consommateur d’avantages financiers importants (crédit d’impôts, prêts à taux bonifiés…)
• de satisfaire aux exigences de qualités environnementale (rejets de CO² nuls, confort, intégration totale du chauffage…)

les avantages que peut en tirer le consommateur sont :

• une facture énergétique parmi les plus basses
• un confort d’utilisation optimum (pas de stockage d’énergie, aucun rejets, encombrement minimal…)
• un confort en chauffage optimum avec pour certains systèmes la possibilité d’y ajouter le rafraîchissement
• une puissance de chauffage et un COP quasi constant, de par le mode de captage des calories
• la possibilité de produire de l’eau chaude sanitaire en abondance et à un coût inégalé.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE GEOTHERMIE

Une géothermie est en fait une pompe à chaleur dont la récupération de calories se fait dans le sol. (Le fonctionnement d’une pompe à chaleur, cœur du système géothermique existe depuis de nombreuses années ; chaque foyer en est équipé au moins d’une : le réfrigérateur).

Le principe est simple. Un compresseur, alimentés par le réseau électrique va en fonctionnement comprimer un gaz. Ce gaz va alors avoir sa pression et sa température fortement augmenter. Cette température élevée permet au gaz de libérer des calories soit directement dans la dalle (géothermie gaz-gaz) soit dans un circuit hydraulique via un échangeur (gaz-eau appelé condenseur) qui diffusera la chaleur vers différents émetteurs (plancher chauffant basse température, radiateurs ou ventilo-convecteurs). Le gaz passe ensuite dans un organe, le détendeur qui va faire fortement chuter sa pression et sa température. Il devient alors très froid, et peut ainsi récupérer des calories dans le sol, plus chaud. La aussi, le gaz circule directement dans un réseau de tubes en cuivres puis on récupères les calories via un échangeur (gaz-eau appelé évaporateur) l’eau circulant dans le terrain dans un réseau de tubes. Enfin le gaz retourne vers le compresseur pour recommencer le même cycle.

POMPE A CHALEUR : principe & COP

Cop = Energie calorifique restituée/Energie (payante) consommée

LES DIFFERENTES OFFRES DE GEOTHERMIE

La géothermie sur capteur horizontal

Ce type de captage est le plus répandu. Il requiert de décaper le terrain, de 1,5 à 2,5 fois la surface de la maison, pour y enfouir un réseau de tubes qui sera recouvert de la terre remblayée. La nature du sol peut amener à intégrer un lit de sable de quelques centimètres sous et sur le tube.

Plusieurs techniques de géothermie sur capteur horizontal existent :
• la géothermie dite sol-sol (ou gaz-gaz). Le capteur extérieur est constituée de tube cuivre sous gaine dans lequel circule le gaz frigorifique froid. Sa température peut être très nettement inférieure à 0°C. A l’intérieur, un réseau de tube lui aussi en cuivres, noyé dans la dalle, et dans lequel circule le gaz chaud. Cette solution, autrefois majoritaire, est de moins en moins répandue car elle impose de grandes quantités de gaz, et requiert une main d’œuvre très qualifiée. De plus la gestion du confort est délicate.
• La géothermie dite sol-eau (ou gaz-eau). Le capteur extérieur est identique, mais on retrouve à l’intérieur un réseau de chauffage hydraulique (plancher chauffant, radiateurs) permettant d’assurer une régulation fine, similaire à celle d’un chauffage central. Cette solution aussi requiert de grandes quantités de gaz frigorigène et une main d’œuvre très qualifiée.
• La géothermie dite eau-eau. Le capteur extérieur est composé d’un réseau de tubes en matériau plastique dans lequel circule l’eau. Sa température est proche ou légèrement inférieure à 0°C. A l’intérieur, on trouve également une circuit hydraulique (plancher chauffant éventuellement rafraîchissant, radiateurs, ventilo-convecteurs). La pompe à chaleur, plus complète, nécessite un investissement légèrement supérieur mais le sol est moins sollicité. D’autre part la mise en œuvre de la pompe à chaleur et du réseau intérieur est similaire à celle d’une chaudière, et le gaz étant confiné en plus faible quantité dans la pompe à chaleur, l’installation d’un tel système requiert une main d’œuvre classique.

La géothermie sur sondes géothermiques (ou sondes verticales)

Ce type de captage est peu répandu encore en France mais en développement. Il est très fréquemment utilisé en Suisse, ou dans les pays scandinaves par exemple. Il consiste dans la mise en œuvre de sondes en U composées de tubes en matériau plastique très robustes et qui peuvent être descendues à des profondeurs importantes, en général 50 à 100 mètres pour les maisons individuelles. Il faut pour cela effectuer un ou plusieurs forage(s) (compter environ 1 mètre de forage par m² habitable) avec un matériel adapté, d’un diamètre 130 à 200 mm environ et descendre 2 sondes par forage. Les sondes sont ensuite raccordées sur un collecteur et circulera dans ce réseau fermé une eau protégée contre le gel (via un additif) pour récupérer des calories dans le sol. La température de l’eau est proche ou légèrement supérieure à 0°C. Cette solution permet de tire le meilleur parti des performances d’une pompe à chaleur, elle requiert l’intervention d’un foreur spécialisé et agréé pour ce type de forage.
La géothermie sur sondes géothermiques impose l’installation d’une pompe à chaleur eau-eau avec toutes les possibilités de choix concernant les émetteurs et la mise en œuvre similaire à celle d’un chauffage central classique.

 

La géothermie sur eau de nappe

Ce type de captage est pratiqué depuis de nombreuses années. Le principe est de pomper l’eau de la nappe, et d’y récupérer des calories avant de la rejeter dans cette même nappe en un point aval de son écoulement.
La température élevée et constante(> 10°C) permet d’atteindre les performances maximales des pompes à chaleur, mais la consommation de la pompe de puits amène un bilan d’exploitation proche d’une solution sur sondes géothermiques.
Il faudra souvent prévoir un échangeur intermédiaire pour protéger celui de la pompe à chaleur.

 

LES PERFORMANCES DE LA GEOTHERMIE

Les performances d’une pompe à chaleur géothermique sont mesurables selon plusieurs critères :

• le COP, qui traduit le rapport entre la puissance consommée par la pompe à chaleur (compresseur, circulateurs,…) et l’énergie transférée su sol ou de l’eau de nappe vers la maison. Il peut varier de 3 à 6 environ selon la conception de la pompe à chaleur mais aussi le type de captage et le type d’émetteurs de chaleur.
• La température maximale de sorte côté chauffage. Certaines produisent de l’eau à 45°C, d’autres jusqu’à 70°C. Le choix est important selon que l’on a des émetteurs type plancher chauffant basse température (30/35°C) ou à l’opposé des radiateurs (50/65°C).
• Le niveau sonore, certaines étant très bien insonorisées et pouvant être installées dans le volume habitable, d’autres plus bruyantes, devant être impérativement positionnées dans un local technique.
• La régulation qui peut aller du très basique (pilotage direct compresseur sur thermostat d’ambiance) au très sophistiqué (gestion multi-zones, programmation, pilotage à distance…). Une régulation sur loi d’eau semble toutefois un minimum.

LES AVANTAGES

• Diminution des consommations : le COP moyen d’une géothermie est souvent de l’ordre de 4 voire supérieur. La consommation énergétique est donc divisée d’autant.
• Fiabilité : le concept (en eau-eau) est proche d’un chauffage central et le principe de la pompe à chaleur remonte à plus de cinquante ans. Le système est donc éprouvé.
• Longévité : l’installation intérieure de la pompe à chaleur, le captage sur un sol ou une eau à une température stable sont garants d’un fonctionnement dans des conditions stables et favorables à une longévité maximale de la pompe à chaleur.
• Confort : de conception similaire à un chauffage central, l’utilisateur peut bénéficier d’un système de commende similaire et jouir d’un confort optimum.
• Discrétion : système de captage enfoui, pas de cheminée, pas de flamme, pompe à chaleur compacte et hermétique, une géothermie permet de bénéficier de l’installation de chauffage la plus discrète, d’un point de vue visuel mais également sonore.
• Eau chaude sanitaire en abondance et avec de très bons coefficients de performances (selon le type de pompe à chaleur géothermique).

LES PRECONISATIONS ET LES CONTRAINTES DE MISE EN ŒUVRE

Pour installer une géothermie dans les meilleurs conditions et en tirer le meilleur parti il est important de :

• réaliser un bon bâti en terme d’isolation et d’étanchéité à l’air.
• Privilégier plutôt des échangeurs basse ou moyenne température pour privilégier le COP.
• En géothermie horizontale, vérifier que la surface de terrain permet l’installation du capteur dans de bonnes conditions (en général 1,5 à 2,5 fois la surface habitable) et que sa nature permet une bonne récupération d’énergie (éviter les sols trop argileux ou trop sableux)
• En géothermie sur sondes verticales, vérifier que le forage est autorisé (attention dans certaines zones minières ou d’eau de source), se rapprocher d’un foreur compétent et spécialisé pour valider la faisabilité et s’assurer d’une bonne réalisation.
• Installer la pompe à chaleur dans un endroit approprié selon ses caractéristiques, à l’intérieur, au sec.
• Vérifier la compatibilité de l’abonnement prévu (tension et puissance) en fonction de la puissance de la pompe à chaleur installée et des différents équipements de la maison.
• Prévoir les accès et dégagements nécessaires pour assure une maintenance aisée de l’installation.
• Prévoir les différentes réservations, pour les tubes vers les capteurs ou forages, pour les alimentations hydrauliques vers les émetteurs et les fourreaux pour l’alimentation de la pompe à chaleur et des organes de régulation.
• Le calorifuge des tuyauteries situées en zone non chauffées.
• Réaliser un plan de calepinage du plancher chauffant.
• Assurer la mise en service et une maintenant régulière auprès d’une société agréée par le fabricant et satisfaisant les décrets en vigueur concernant la manipulation des fluides.


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