Géothermie & Pompes à chaleur

Les technologies géothermiques permettent de ramener la chaleur du sous-sol en surface. Les besoins de chauffage peuvent ainsi être couverts. Dans certains cas, lorsque la température extraite est suffisante, elles permettent également de produire de l’électricité.

Classification selon l’énergie

On distingue quatre types de géothermie, dont les types de production varient :

TypeProfondeurSource°CProduction
Très basse énergie>150mEau tiède< 30°CChaleur
Basse énergie1.500=>2.500mEau chaude30=>90°CChaleur
Moyenne énergie3.500=>5.000mEau chaude ou vapeur humide90=>150°CChaleur/électricité
Haute énergie/Vapeur>150°CElectricité

La géothermie de très basse énergie se traduit typiquement par le chauffage des habitations avec une PAC. Celle de basse énergie peut concerner l’alimentation d’un réseau de chaleur pour bâtiment. La centrale de Saint-Ghislain en est un bon exemple. La géothermie de haute énergie, quant à elle, ne concerne pas la Belgique mais bien les régions volcaniques.

Classification selon la profondeur

Une distinction est également fréquemment réalisée entre la géothermie de faible profondeur (10 à 400 m sous la surface du sol) et la géothermie profonde (plusieurs km). Si la première est répandue et bien connue, la seconde demeure plus rare et à un stade de recherche & développement.

La géothermie de faible profondeur

La géothermie très basse énergie (température inférieure à 30 °C) ne permet pas une utilisation directe de la chaleur par simple échange. Elle nécessite la mise en œuvre de pompes à chaleur (PAC) qui prélèvent cette énergie à basse température pour l’augmenter à une température suffisante pour le chauffage. On peut en conséquence la qualifier de « géothermie assistée ».

Diverses applications peuvent être énumérées :

Les capteurs horizontauxLes capteurs horizontaux sont répartis et enterrés horizontalement à faible profondeur (entre 0,60 m et 1,20 m). Selon la technologie employée, de l’eau glycolée ou le fluide frigorigène de la pompe à chaleur circule en circuit fermé à l’intérieur de ces capteurs.
Les sondes géothermiques verticalesLes sondes géothermiques verticales sont installées dans un forage et scellées par du ciment. La profondeur peut atteindre plusieurs centaines de mètres, là où la température du sol est stable tout au long de l’année. On y fait circuler en circuit fermé de l’eau glycolée.
PAC sur nappes ou sur aquifèresLes pompes à chaleur sur nappes puisent la chaleur contenue dans l’eau : nappes phréatiques (où la température de l’eau est constante entre 7 et 12 °C).
Le geocoolingOn désigne sous le terme de geocooling, l’utilisation
« directe » de la température du sous-sol (avec interposition d’un échangeur) sans utilisation de la pompe à chaleur, pour assurer le rafraîchissement des bâtiments.
Les puits canadiens (ou provençaux) Les puits canadiens (ou provençaux) consistent à tempérer l’air extérieur alimentant un bâtiment, en utilisant l’inertie thermique du sol. L’air circule dans un conduit enterré qui, selon les saisons et les conditions climatiques, refroidit (puits provençal) ou réchauffe (puits canadien) le bâtiment.
Les fondations thermoactives (ou pieux géothermiques)Certains grands bâtiments nécessitent, pour des raisons de portance, d’être construits avec des fondations sur pieux en béton. Il est possible d’équiper ces pieux de capteurs (tubes de polyéthylène placés au cœur du pieu) et de connecter ce système de captage à une pompe à chaleur pour capter l’énergie du sol et fournir de la chaleur ou du froid au bâtiment.
Source : Principes de fonctionnement et usages de la géothermie, juin 2012, Syndicat des énergies renouvelables

Par ailleurs, l’on distingue le plus souvent les pompes à chaleur en trois grandes catégories :

  1. Les PAC aérothermiques : l’air constitue la source de chaleur
  2. Les PAC hydrothermiques : l’eau constitue la source de chaleur
  3. Les PAC géothermiques : le sol constitue la source de chaleur

La géothermie profonde

La récupération de la chaleur naturelle de la Terre, qui peut se trouver à des profondeurs comprises entre 50 et 5000 mètres exige l’utilisation d’un fluide caloporteur ; fluide qui peut être un liquide ou un gaz, autrement dit, un corps qui peut subir un écoulement. Le fluide caloporteur le plus souvent utilisé est l’eau.

Deux cas sont possibles : soit on se trouve dans une zone où l’eau est naturellement présente, soit l’eau n’est pas présente mais la roche permet néanmoins la circulation d’un fluide. Dans les deux cas, on utilisera un doublet géothermique. Ce système est composé de deux puits : un de production et un de réinjection.

Le cas du Hainaut est un peu particulier. En effet, la méthode du doublet géothermique n’est pas utilisée. Il s’agit dans ce cas-ci d’un puits Artésien (l’eau jaillit toute seule du puits sans assistance).