Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Réduire la consommation d'énergie et l'émission de gaz à effet de serre est une préoccupation et un engagement majeurs. La valorisation des ressources énergétiques du sous-sol situé à faible profondeur apparait depuis plusieurs années comme une alternative efficace aux méthodes classiques de chauffage. C'est ce que l'on appelle la géothermie de surface. Plusieurs dispositifs sont aujourd'hui disponibles pour extraire et utiliser la chaleur contenue dans les sols. Cet article propose ainsi de faire le tour des dispositifs actuels et de dresser un bilan des techniques. Le principe et le fonctionnement des pompes à chaleur dans la géothermie de surface y sont notamment décrits, ainsi que les performances observées.
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Reducing energy consumption and greenhouse gases emissions is a constant and major challenge. The valorization of low-depth subsurface energy resources has been considered for the last few years as an efficient alternative to traditional heating methods. This is called near surface geothermal science. many devices are currently available in order to extract and use the heat contained in soils. This article thus offers to review the current devises and assess the techniques. The principle and functioning of heat pumps in surface geothermal science are notably described as well as the performances observed.
Auteur(s)
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Philippe LAPLAIGE : Docteur en énergétique - Ingénieur expert en charge des programmes de géothermie - Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), Département Énergies renouvelables
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Jean LEMALE : Ingénieur de l'École nationale supérieure des arts et métiers (ENSAM) - Ancien expert à l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME)
INTRODUCTION
Les pompes à chaleur permettent de valoriser des sources de chaleur à « basse température », comme l'air ambiant, l'eau des nappes souterraines, le sol... pour couvrir des besoins de chauffage et/ou de climatisation.
Ces systèmes de chauffage ont connu un développement important au début des années 1980, après le second choc pétrolier, en raison du coût élevé des énergies fossiles. Pendant quelques années, le nombre de pompes à chaleur vendues fut très important. Utilisant principalement l'air ambiant comme source de chaleur à valoriser, elles étaient généralement installées pour chauffer des maisons d'habitation en complément de chaudières au fioul existantes.
L'intérêt de cette technique énergétique originale, comme d'autres développées à la même époque (solaire thermique, géothermie, méthanisation...), s'est ensuite estompé avec l'effondrement du coût de l'énergie au milieu des années 1980. De plus, l'engouement suscité par les pompes à chaleur avait rapidement conduit aussi, à cette époque, à des effets pervers avec la mise sur le marché de certains produits mal installés, peu fiables et aux performances médiocres qui ont fini par porter atteinte à l'image de l'ensemble de la filière.
Il faudra attendre le début des années 1990 pour voir renaître le marché des pompes à chaleur dans le secteur de l'habitat dans des pays comme la Suisse ou la Suède où sont mises en place des politiques publiques volontaristes avec la promotion de démarches de qualité sur les produits et leurs installations portées par les professionnels. C'est ainsi que, grâce aux efforts techniques déployés, de nouveaux produits mieux conçus, plus fiables, plus performants prennent progressivement place. Mieux dimensionnés par rapport aux besoins, mieux installés, ils permettront au marché de se pérenniser. Dans le secteur des bâtiments tertiaires, l'essor de la climatisation au début des années 1990 favorise également le développement des pompes à chaleur réversibles.
Le marché se développant, de nouveaux concepts se dessinent à cette époque comme la valorisation des ressources énergétiques du sous-sol situé à faible profondeur par le biais de pompes à chaleur sur capteurs enterrés horizontaux ou verticaux. Ces nouveaux concepts donnent naissance à une nouvelle filière énergétique à part entière intéressant les usages thermiques des bâtiments : la géothermie de surface.
Plus généralisable du point de vue des ressources exploitables que la géothermie traditionnelle – limitée à la valorisation de ressources aquifères profondes par une utilisation directe de la chaleur prélevée – et nécessitant des investissements sous-sol moins lourds, la géothermie de surface offre des perspectives de développement prometteuses. Elle fait appel à des solutions techniques très variées :
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puits canadiens et provençaux, pompes à chaleur sur capteurs enterrés – horizontaux, verticaux – champs de sondes géothermiques, qui font l'objet du dossier [BE 8 592] ;
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géostructures et fondations thermoactives, pompes à chaleur sur nappes aquifères peu profondes, techniques de stockage thermique souterrain, qui font l'objet du dossier [BE 8 593].
Elle peut associer l'usage d'autres énergies renouvelables comme l'énergie solaire et intéresse pratiquement tous les types et tailles de bâtiments (de la maison individuelle aux grands bâtiments du tertiaire de plusieurs dizaines de milliers de mètres carrés). Enfin, grâce à la sobriété énergétique des solutions qu'elle met en œuvre, elle peut contribuer pleinement à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur du bâtiment – gros consommateur d'énergie et fort contributeur d'émissions de CO2 .
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3. Conclusion
Le secteur du bâtiment contribue pour 43 % de la consommation nationale d'énergie finale et pour 23 % des émissions de CO2 (chiffres clé du bâtiment – ADEME 2006) ; les deux tiers de cette consommation proviennent du chauffage.
Pour limiter l'impact de ces contributions, la France s'est engagée à réduire d'un facteur quatre ses émissions de gaz à effet de serre d'ici à 2050, avec un effort particulier à conduire dans les domaines du transport et du bâtiment. Dans ce contexte, l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments devient aujourd'hui incontournable et ce aussi bien pour les constructions neuves que pour le parc existant dont les performances thermiques devront être équivalentes en 2050 à celles des meilleures réalisations actuelles. Le recours massif aux énergies renouvelables (énergies solaire ou issues de la biomasse, géothermie...) est probablement l'un des meilleurs moyens d'atteindre les objectifs fixés et à ce titre la mise en œuvre des techniques géothermiques de surface constitue une alternative intéressante. Les solutions proposées sont nombreuses, disponibles et pour la plupart techniquement éprouvées.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Pompes à chaleur sur aquifères – État des lieux en Île de France – perspectives de développement. - ADEME (2000).
-
(2) - BERNIER (J.) - La pompe à chaleur – Mode d'emploi. - Tome 1, PYC Éditions (1979).
-
(3) - LAPLAIGE (P.) - Situation de la géothermie en France. - Document ADEME (2006).
-
(4) - Les pompes à chaleur eau glycolée/eau sur plancher chauffant ou plancher chauffant-rafraîchissant sur capteurs horizontaux – Règles techniques et conseils de mise en œuvre. - Guide AFPAC, Deuxième édition (2005).
-
(5) - SANNER (B.), BECK (F.), DABRETEAU (V.), EUGSTER (W.J.), BOISSAVY (C.), TOUREILLE (A.), LAPLAIGE (P.) - État de l'art de la technologie des pompes à chaleur géothermiques en Europe et en Amérique du nord. - Thermie B, Projet no DIS/1348/7-FR (1999).
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(6)...
ANNEXES
ADEME-BRGM http://www.geothermie-perspectives.fr
Société Suisse pour la Géothermie http://www.geothermal-energy.ch/
Société Canada-clim http://www.canada-clim.com
Minewaterproject https://mijnwater.com/en/minewater-now
Site spécialisé pour la maison bioclimatique et le puits canadien http://www.batirbio.org
ADEME Chiffres clé du bâtiment http://www.ademe.fr
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