Pompe à chaleur et géothermie

Cette technique est plus adaptée à une surface de terrain restreinte voire très restreinte.
Cette géothermie est plus onéreuse que la précédente, néanmoins les coefficients de performances sont meilleurs et excellents (COP de 4 et plus) car, à partir d’une profondeur de l’ordre de 12 mètres, le sol a une température relativement constante de 10°C, quelle que soit la saison, ce qui correspond à des conditions optimales pour utiliser le sol comme source de chaleur. Et au-delà de 10 mètres le sol gagne en température.
Le principe est ensuite celui d’une pompe à chaleur eau/eau avec de l’eau glycolée qui circule en circuit fermé dans les sondes pour puiser les calories dans le sous-sol naturel. Une attention particulière au niveau de la conception comme de la réalisation se situe sur la qualité et la difficulté du forage pour installer des sondes géothermiques verticales.

La puissance prélevée par des sondes verticales est de l’ordre de 50 W par mètre de sonde.
En moyenne, sur un terrain moyen, nous obtenons une extraction de chaleur spécifique de 50 W/ml de forage sur sonde géothermique, pour 1800 heures/an.

Quelques ratios de puissance que nous pouvons extraire du sol sur sonde géothermique, pour 1800 à 2000 heures/an de fonctionnement pompe à chaleur:

• 30 W / ml pour les sols secs (sable, graviers, galets, cailloux, …)
• 50 W / ml pour les sols bien humides (argile, …)
• 70 W / ml pour les roches (calcaire, granit, …)

L'extraction de chaleur spécifique en Watt/ml dépend du type de sol, pauvre ou riche en sédiments, calcaire, grès, terre argileuse, humide, .... Les valeurs varient ainsi entre 25 et 85 W/ml dans le meilleur des cas (grès, graviers sable humide).

Chaleur géothermique restituée (source extrait du tableau Dr Daniel du PAHUD)

Exemple de dimensionnement de capteur vertical
Soit une pompe à chaleur de 10 kW, avec un COP de 3

• P froid = 10 – 10/3 = 6,67 kW de chaleur à récupérer avec le capteur vertical géothermique
• Profondeur du forage = 6670 W / 50 = 133 mètres

Au-delà de 100 mètres, les contraintes réglementaires sont contraignantes donc on optera pour l’exemple pour 2 forages de 70 mètres distants de 10 mètres (le minimum d’espacement étant 8 mètres)

Quelques précautions :

• disposer du minimum de place pour réaliser les opérations de forage vertical.
• forages espacés de 8 à 10 m minimum, réalisés à proximité de la maison ou dessous avant sa construction.
• introduire les sondes géothermiques en tube polyéthylène en U dans les puits par groupes de conduites aller/retour.
• après pose des capteurs, reboucher les puits avec un mélange en partie gravier ou sable fin vibré et de bentonite, sélectionné pour garantir une bonne conduction de chaleur et une bonne protection contre les glissements possibles de terrain, attaques de racines, …
• mise en œuvre des forages à faire réaliser par des entreprises spécialisées assurant la réalisation forage + pose des capteurs. Le Bureau de Recherches Géologiques et Minières – BRGM –- gère une liste de foreurs engagés dans une démarche de qualité.

A noter que ce type de d'installation de sondes verticales, nécessite de s’adresser avant tout à la Direction Régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement (D.R.I.R.E.) de votre région ou auprès de la préfecture de votre département. L'installation étant soumise, selon la région, à déclaration ou à autorisation préalable.

Guide géothermique BRGM