Les systèmes géothermiques
Définition : Les systèmes géothermiques
C'est le terme abusivement employé pour désigner des systèmes de pompes à chaleur donc le capteur de calories est situé soit dans une nappe phréatique (puits) ou dans le sol (capteur verticaux ou horizontaux).
Fondamental : Qu'est ce que la géothermie ?
Le manteau terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer cette chaleur. Il existe dans la croûte terrestre (épaisse de 30 à 70 km en moyenne) un gradient de température tel que plus on creuse, plus la température augmente (en moyenne de 3 °C par 100 mètres). La géothermie est un procédé visant à utiliser ce phénomène. Il en existe 3 « familles » :
La géothermie dite peu profonde à basse température
C'est le procédé retenu pour faire fonctionner les PAC[1] en chauffage.
La géothermie profonde à haute température
Dans ce cas, les forages sont plus profonds. La méthode utilisée pour les transferts thermiques est plus simple (échangeur de température à contre courant) et ne nécessite pas de fluide caloporteur et sont parfois utilisés pour les réseaux de chauffage urbain.
La géothermie très profonde à très haute température
En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Mais le gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Il peut varier de 3 °C / 100 m (régions sédimentaires) jusqu'à 1 000 °C / 100 m dans les régions volcaniques ou en Islande... Ces phénomènes peuvent être exploités comme source hydrothermales très chaudes ou pour la production d'électricité pour alimenter des turbines à vapeur avec des températures de l'ordre de 100 à 150°C.
Complément :
La géothermie peu profonde à basse température
Il s'agit d'extraire la chaleur contenue dans le sous-sol afin de l'utiliser pour les besoins en chauffage au moyen d'un circuit frigorifique servant de transfert d'énergie.
L'utilisation du sol
Les procédés d'extraction de l'énergie diffèrent suivant les solutions retenues par les constructeurs et la place disponible.
Pour les capteurs verticaux, on utilise comme véhicule thermique de l'eau glycolée ou plus rarement le fluide frigorigène (quantités importantes et problème de confinement). La profondeur du forage en vertical est en fonction du type de géothermie : en détente directe ( fluide frigorigène dans les sondes géothermiques), elle sera en moyenne de 30 mètres, pour les sondes à eau glycolée entre 80 et 120 mètres selon les installations.
Dans le cas d'un capteur horizontal, un tube de diamètre 20 mm environ est enterré entre 0,6 m et 1,2 m maximum dans le sol car à une profondeur supérieure, les apports de surface (soleil, pluie) seraient insuffisants.
Afin d'éviter un risque de refroidissement excessif du sol, les boucles sont distantes d'au moins 0,5 m.
Il faut en préférence un sol plan ou peu pentu et perméable pour permettre le « réchauffage » par action de la pluie.
Des distances de sécurité de 1,5 m doivent être respectées par rapport aux autres réseaux enterrés.
L'utilisation des nappes phréatiques
Dans le cas de la géothermie d'eau, ou aquathermie, ou hydrothermie, il existe plusieurs techniques :
Le forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection (rejet à l'égout ou dans un puisard)
Les forages dits en « doublet géothermique » pour augmenter la durée de vie de l'exploitation de la nappe phréatique dans laquelle on puise l'eau chaude.
On utilise un premier forage pour puiser l'eau, le second pour la réinjecter dans la nappe.
Ils peuvent être éloignés l'un de l'autre pour induire un mouvement de circulation d'eau dans la nappe et homogénéiser la température, ou rapprochés de quelques mètres.
Plusieurs techniques peuvent être mises en œuvre (un ou plusieurs forages de pompage et d'injection ou chaque forage fonctionnant alternativement en pompage puis injection.
