Implanté sur 8 sites bénéficiant d’un climat méditerranéen, le projet européen Ground-Med vise à rationaliser la conception et la mise en oeuvre de la géothermie verticale.
Avec des besoins thermiques importants en été comme en hiver, le pourtour méditerranéen constitue une zone privilégiée pour la mise en oeuvre de systèmes thermiques réversibles à base de pompes à chaleur (PAC) géothermales. Ou du moins pourrait l’être si l’on disposait d’équipements à même de garantir un haut niveau d’efficacité tout au long de l’année, en chauffage comme en rafraîchissement. Cette quête d’efficacité est précisément l’objet de Ground-Med (2009-2013), un programme de recherche européen sur la géothermie verticale, doté d’un budget de 7,25 millions d’euros répartis entre 24 participants, dont le CEA, le Cetiat, Ciat et le Greth (Groupement pour la recherche sur les échangeurs thermiques).
Un facteur de performance saisonnier supérieur ou égal à 5
Parmi les huit bâtiments européens (bureaux, bâtiments universitaires, usines réhabilitées…) servant de laboratoires au projet, un seul se situe en France : l’agence commerciale Ciat de Septèmes-les-Vallons (Bouches-du- Rhône).
Ce bâtiment léger (ossature métallique) de 350 m2 rénové en 2010 a, avant toute chose, été soumis à l’analyse rigoureuse du logiciel de simulation thermique dynamique Pléiades Comfie.
Résultat : 12 kW au maximum pour les besoins de rafraîchissement et 24 kW pour ceux de chauffage. « Dans le cadre de Ground-Med, Ciat a développé deux PAC spécifiques : l’une de 25 kW pour Septèmes-les-Vallons et l’autre de 60 kW pour les bâtiments de Barcelone (Espagne) et de Coïmbra (Portugal), détaille Eric Auzenet, en charge de la recherche sur les systèmes thermodynamiques. Dans les deux cas, le but est de parvenir à un facteur de performance saisonnier (SPF) supérieur à 5, soit au moins 5 kWh thermiques produits en moyenne pour chaque kWh électrique consommé. »
Un objectif ambitieux, qui appelle un important travail d’optimisation en amont, quitte à sortir des sentiers battus en matière de régime de température d’eau, notamment. Au niveau des ventilo-convecteurs, ce régime a été fixé à 40/35 °C l’hiver et à 10/15 °C l’été, au lieu des sempiternels 45/40 °C et 7/12 °C. Ciat a fait aussi le choix d’un tandem de deux petits compresseurs fonctionnant en tout ou rien plutôt que de faire appel à un compresseur Inverter plus puissant. « Nos calculs montrent que la vitesse variable n’est pas forcément la solution la plus économe en énergie et il se trouve, en plus, qu’elle est verrouillée par les fournisseurs asiatiques », justifie Eric Auzenet.
Dotée, par ailleurs, d’un certain nombre de perfectionnements sur l’échangeur de chaleur, la détente du fluide frigorigène (R410A) et le remplissage de l’évaporateur, la PAC développée pour l’occasion (dérivée de la gamme Dynaciat) affiche finalement un coefficient de performance saisonnier (Scop) de 6,2 en production de chaleur et un rapport d’efficacité énergétique saisonnier (Seer) de 7,3 en production de froid. Opérationnelle depuis quelques mois seulement, l’installation collecte ses premiers résultats dans la perspective d’une conférence technique qui se tiendra en octobre prochain à Marseille.
J.-C. Guézel, Le Moniteur des Travaux Publics et du Bâtiment
GÉOCOOLING ET STOCKAGE DE FROID
- Durant les périodes de chaleur modérée, il a été prévu de « by-passer » la PAC de façon à rafraîchir le bâtiment (« géocooling » sans autre dépense énergétique que la consommation électrique des pompes hydrauliques (à vitesse variable et haut rendement). « L’un des atouts de la géothermie, c’est que l’on peut récupérer en été une partie du froid que l’installation a injecté dans le sol en hiver », note Eric Auzenet. À l’inverse, pour améliorer la capacité de réponse du système en cas de forte chaleur, Ciat envisage, mais dans un second temps seulement, la mise en place d’un dispositif préventif de stockage de froid (20 kWh environ) à base de nodules remplis d’un matériau à changement de phase (Cristopia).