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Géothermie, sous les pavés la solution

Chaque jour, notre planète absorbe de l’énergie solaire qu’elle stocke sous forme de calories dans le sol. Cette énergie géothermique est aussi alimentée par le sous-sol profond. Son exploitation permet de produire de l’électricité ou de la chaleur.

Géothermie

La géothermie est la valorisation de la chaleur du sous-sol à diverses profondeurs. Selon les techniques, elle permet la production de chaud et de froid.

La géothermie est présente partout et consommée localement. Ses applications sont nombreuses. La principale concerne le chauffage des bâtiments, soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur, soit de façon plus individuelle par l’emploi de pompes à chaleur couplées à des capteurs enterrés (sonde ou aquifère). Le chauffage des habitations, à l’aide de réseaux de chaleur géothermique, est ainsi le premier poste d’utilisation de la géothermie en France (plus de 200 000 équivalents logements sont ainsi chauffés en région parisienne). Les différentes techniques d’exploitation permettent d’envisager son utilisation dans une majorité de cas (aquifère, sondes, géostructures, fondations géothermiques...).

Chiffres clés

90 % du territoire français présente un potentiel en géothermie de surface ou profonde. 650 installations de géothermie ont été financées par le Fonds chaleur depuis 2009 (source bilan Fonds chaleur Michel Cairey Remonnay) La France est le 1er pays européen en nombre de réseaux de chaleur  géothermisés » avec une puissance totale installée de plus de 650 MW thermiques (source rapport 2019 EGEC) 3200 emplois sont directement liés au marché de la géothermie en France (source Etude ADEME Marchés et Emplois des EnR réalisée par In Numeri)

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À Dardilly (Auvergne-Rhône-Alpes), le projet de l'entreprise de transmission mécanique KTR fait figure d'exemple. Pour la rénovation de son siège, l'industriel a choisi de recourir à la chaleur r...

Pierre MARTIN
Directeur KTR France
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Ses atouts

  • Une énergie disponible localement, 24h sur 24, 365 jours par an
  • Pas ou peu dépendante des variations climatiques journalières ou saisonnières

Il existe 4 types de gisements avec des usages différents

La géothermie très basse énergie entre 10 et 200 m T < 30°C

La production de chaleur s’effectue à l’aide d’une pompe à chaleur. La géothermie TBE est particulièrement adaptée pour des activités qui nécessitent du chaud en hiver et du froid en été, voire les deux simultanément (bureaux, surfaces commerciales, industries, caves viticoles, serres maraîchères et horticoles, bâtiments d’élevage…).

Usages : eau chaude sanitaire, chauffage, climatisation.

La géothermie basse énergie de 200 à 600 m 30°C < T < 90°C : permet généralement une exploitation directe de la chaleur.

Usages : de nombreuses possibilités dont la chaleur dans les process industriels.

La géothermie moyenne énergie au-delà jusqu’à 2000 m 90°C < T< 150°C : s’applique notamment pour la production de l’électricité avec un fluide intermédiaire via, par exemple, des systèmes de type cycle ORC (cyle de Rankine).

La géothermie haute énergie en zones « d’anomalies thermiques » T > 150°C : peut permettre de transformer

Une filière énergétique à déployer

La géothermie très basse énergie est applicable presque partout – le choix des techniques disponibles permettant de répondre à presque toutes les situations – ce qui la rend apte à une large diffusion. Elle peut ainsi contribuer pleinement à atteindre l’objectif fixé par la programmation pluriannuelle de l’énergie – PPE – pour la chaleur géothermale, qui est de multiplier par 4 la contribution de cette source renouvelable d’énergie d’ici à 2023 par rapport à sa contribution de 2014.

La Géothermie très basse énergie

La Géothermie très basse énergie (encore appelée géothermie de surface ou intermédiaire) recouvre l’ensemble des techniques développées pour valoriser l’énergie du sous-sol peu profond. Elle concerne principalement deux technologies :

Les opérations avec pompe à chaleur sur aquifères superficiels (profondeur inférieure à 200 mètres), dites opérations « PAC sur eau de nappe ».

Ces opérations permettent de valoriser le potentiel thermique de ressources en eaux souterraines superficielles. Aux profondeurs considérées (moins de 200 mètres), la température moyenne de l’eau est de l’ordre de 13 ℃ à 20 ℃ ; la chaleur prélevée nécessite donc, pour être valorisée, que son niveau de température soit relevé, d’où l’emploi d’une pompe à chaleur (PAC). Les PAC sur eau de nappe permettent d’assurer la couverture des besoins de chauffage et/ou d’ECS et s’adressent, compte tenu du coût des ouvrages sous-sol à mettre en œuvre, à des immeubles de taille importante (surface de plancher indicative de 2 000 à 25 000 m2). Cette technique concerne principalement les immeubles de grand et moyen tertiaire (bureaux, bâtiments de santé, hôtellerie, grandes surfaces commerciales) ainsi que l’habitat collectif. Le secteur agricole avec le chauffage des serres constitue également une cible privilégiée ;

Les opérations avec pompe à chaleur sur champs de sondes géothermiques.

Dans les endroits où le sous-sol ne révèle pas d’aquifères exploitables, il est possible de récupérer la chaleur du sous-sol par le biais de sondes géothermiques. Une sonde géothermique est constituée d’une boucle dans laquelle circule en circuit fermé un fluide caloporteur. Chaque boucle est insérée dans un forage, ce dernier est ensuite rempli avec un mélange de ciment et de bentonite. En surface, la sonde est reliée à une pompe à chaleur. La profondeur du forage peut atteindre 200 mètres et en fonction de l’importance des besoins thermiques à couvrir il est possible d’installer plusieurs sondes sur le même site ; on parle alors de champs de sondes géothermiques. Les cibles concernées sont celles du résidentiel collectif et du petit et moyen tertiaires (maisons de retraite, bâtiments communaux, bâtiments industriels, immeubles de bureaux) d’une surface comprise en moyenne entre 500 et 5 000 m2.

Bien que ne relevant pas directement de la géothermie, d’autres types d’opérations peuvent être assimilés à la géothermie très basse énergie :

  • les opérations valorisant l’énergie des eaux usées via des pompes à chaleur (sur réseaux d’eaux usées ou en station de traitement des eaux usées STEP) ;
  • les opérations valorisant l’énergie de l’eau de mer via des pompes à chaleur ;
  • les opérations valorisant l’énergie thermique de l’eau d’exhaure de mines ou de tunnels ou des eaux thermales.

La géothermie très basse énergie s’adresse donc à tous types de bâtiments : neuf, existant (voire très ancien), résidentiel, tertiaire, agricole, industriel, de la maison individuelle jusqu’à des bâtiments de plusieurs dizaines de milliers de m2. Elle est également très bien adaptée aux éco-quartiers car elle peut être couplée à des réseaux (appelés boucles d’eau tempérée) destinés à desservir plusieurs bâtiments pour couvrir simultanément des besoins de chaud et de froid.

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