La géothermie pour produire de la chaleur

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Christian Weiss / ADEME

 

La géothermie très basse et basse énergie utilise l’énergie du sous-sol pour produire de la chaleur, soit de façon indirecte grâce à des pompes à chaleur pour élever le niveau de température (géothermie très basse énergie), soit de façon directe (géothermie à basse énergie).

 

 

 

La géothermie à très basse énergie : produire de la chaleur grâce aux pompes à chaleur

Le rayonnement du soleil et les conditions climatiques ont une influence sur la température terrestre des premiers mètres du sous-sol. Le sol et l’eau dont il est gorgé sont donc réchauffés. Ce n’est pas très chaud (environ 10° C), mais c’est suffisant pour pouvoir chauffer une maison… à condition d’installer une pompe à chaleur géothermique. Il s’agit d’un équipement qui fonctionne exactement comme le réfrigérateur de votre cuisine, mais à l’envers !

Grâce à un circuit, le réfrigérateur capte en permanence la chaleur contenue dans les aliments et la rejette à l’extérieur grâce à la grille « échangeur » située à l’arrière de l’appareil. La pompe à chaleur géothermique, elle, capte la chaleur du sol pour la ramener à l’intérieur des bâtiments. Cependant, pour bien fonctionner tout au long de l’année, il faut qu’elle soit installée dans une zone où la température du sous-sol est stable (c’est-à-dire qu’elle reste la même tout au long de l’année).


Au final, le bilan reste intéressant car même si elle nécessite un peu d’électricité pour fonctionner, la pompe à chaleur géothermique peut fournir jusqu’à 60 % des besoins en énergie pour chauffer une maison !

Si une pompe à chaleur est un réfrigérateur à l'envers, une pompe à chaleur à l'envers est…un réfrigérateur ! La géothermie peut donc assurer non seulement la production de chaleur en hiver, mais aussi la production de froid en été. On parle alors de pompe à chaleur réversible : elle est équipée d'un dispositif permettant d'inverser le cycle du fluide frigorigène. Le condenseur devient l'évaporateur, l'évaporateur devient condenseur et la pompe à chaleur puise alors des calories dans le bâtiment pour les rejeter dans le sol… La maison est climatisée !

 

La géothermie à basse énergie : utiliser directement la chaleur du sous-sol

La chaleur du sous-sol augmente au fur et à mesure que l’on s’enfonce. Ainsi, si les premiers mètres du sous-sol sont réchauffés en partie par le rayonnement solaire. Au-delà, l’énergie du sous-sol provient de la chaleur stockée depuis des millions d’années dans l’écorce terrestre.

Ainsi, selon les zones géographiques, on peut atteindre des températures de 80° C à 2 000 mètres de profondeur. Cependant, pour pouvoir exploiter cette chaleur directement, il faut que les roches soient assez poreuses (fissurées) pour être gorgées d’eau (car c’est l’eau que l’on utilise pour exploiter la chaleur) et profondes (plus de 200 m) pour atteindre une température importante (supérieure à 60° C). Ces zones géologiques sont appelées « aquifères profonds ».

Il est alors possible d’alimenter un réseau de chaleur par simple échange. L’eau puisée dans le sous-sol (par le puits de production) cède ses calories à un circuit de tuyaux (principe de l'échangeur thermique) qui permet de chauffer les bâtiments.

Dans la boucle géothermale, l'eau qui sort chaude de la Terre tourne en circuit fermé. Cette eau chargée de sels minéraux cède sa chaleur à un autre réseau appelé cette fois circuit géothermique, dans lequel circule l'eau de ville destinée à être réchauffée.
Cet échange est nécessaire pour capter des calories tout en évitant la corrosion du réseau de chaleur. Le dispositif est appelé échangeur.

À ces profondeurs, l’eau étant fréquemment salée et/ou chargée en sulfures, donc corrosive, il est interdit de la rejeter en surface. Il est nécessaire de forer un second puits (puits de ré-injection) pour réinjecter l’eau dans l’aquifère originel. Mais il convient d’implanter ce puits à environ 1 500 ou 2 000 mètres du puits de production afin que l’eau refroidie réinjectée ne vienne pas refroidir celle qui est puisée.

Ca marche déjà ?

Même si la géothermie est utilisée depuis longtemps par les hommes (avec la pratique des bains thermaux pendant l’Antiquité), l’exploitation industrielle pour se chauffer date du XXe siècle. C’est en 1930 à Reykjavik (Islande) que l’on voit apparaître le premier réseau de chauffage urbain.

On estime actuellement que près de 122 000 maisons individuelles sont chauffées grâce à l’énergie du sol.

 


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