Skip to main content
CSTC Home

Centre Scientifique et Technique de la Construction

21/04/2018

CSTC Home
  1. Publications
  2. CSTC-Contact
  3. CSTC-Contact n° 39 (3-2013)
  4. Géothermie peu profonde

Géothermie peu profonde 2013/03.02

La température au centre de la Terre s'élève à environ 5.000 °C. A proximité de la surface, la température change fortement en raison de l'influence du climat. En Belgique, il règne jusqu'à 18 m de profondeur une température d'équilibre de 10 à 12 °C. Au-delà, la température augmente de 2 à 3 °C tous les 100 m. Malgré ces basses températures, on trouve dans ces couches 'peu profondes' une masse d'énergie thermique en perpétuel renouvellement. Grâce à une pompe à chaleur, cette énergie peut être utilisée pour chauffer un bâtiment à la température souhaitée.

Systèmes de pompes à chaleur

Système ouvert
1 | Système ouvert
Système fermé horizontal
2 | Système fermé horizontal
Système fermé vertical
3 | Système fermé vertical

Nous distinguons les systèmes de pompes à chaleur ouverts et fermés. Dans le cas d'un système ouvert, l'eau souterraine est pompée d'une nappe phréatique, passe par la pompe à chaleur, et est réinjecté dans cette nappe. Ce système ne peut être appliqué qu'aux endroits où l'eau peut être extraite avec un débit suffisant (voir figure 1).

Un système fermé est constitué de plusieurs échangeurs de chaleur. Un mélange d'eau et de glycol parcourt une boucle de tuyau en PE qui emmagasine la chaleur du sol. L'énergie du sol est alors récupérée par la pompe à chaleur. Par ailleurs, il convient de distinguer les systèmes fermés horizontaux et verticaux :

Les services de l'environnement veillent à la qualité du sol et de l'eau souterraine. Les forages mal exécutés et les erreurs d'installation peuvent en effet engendrer une pollution de cette eau souterraine si précieuse. La présence éventuelle de zones de prise d'eau et la pose d'une couche d'argile servant à protéger les nappes phréatiques sont importantes pour l'obtention d'un permis. Pour les systèmes ouverts, l'obtention d'un permis dépend, en outre, de la quantité d'eau pompée.

Afin de chauffer un bâtiment, la pompe à chaleur augmente la température de l'eau jusqu'à 30 à 50 °C, en fonction du système d'émission de chaleur. Pour refroidir un bâtiment, un échangeur de chaleur peut utiliser la fraîcheur du sol en combinaison avec un système de refroidissement, et ce tant avec les systèmes ouverts que fermés. Ce procédé s'appelle le refroidissement passif, car il ne consomme qu'un minimum d'énergie électrique. Si l'on souhaite refroidir le bâtiment plus intensivement, il convient d'inverser le fonctionnement de la pompe à chaleur et le refroidissement devient actif.

Le rendement de l'installation dépend de l'écart de température que la pompe à chaleur doit compenser. Plus la différence entre la source et le système d'émission est minime, plus le rendement est élevé et moins d'autres sources d'énergie sont sollicitées.

Cette différence de température peut être réduite en utilisant la fraîcheur créée dans le sol en hiver pour refroidir le bâtiment en été. Les systèmes d'émission à basse température, tels que les systèmes de chauffage par le sol et par les parois, fournissent un rendement nettement supérieur à celui des systèmes à haute température, tels que les radiateurs et les convecteurs. Les éléments en béton thermoactif occupent dès lors une position de choix. La rétention thermique du plancher en béton et la présence de conduites d'eau au sein du sol permettent de réchauffer à des températures très basses (24-30 °C) et de refroidir à des températures très élevées (14-20 °C).

Smart Geotherm

Smart Geotherm
Bien que la géothermie peu profonde constitue une source d'énergie thermique durable et qu'elle peut répondre aux besoins des bâtiments à consommation énergétique quasi nulle, elle est rarement appliquée en Belgique. Il ressort d'une étude que notre pays manque d'informations concernant la technologie, les possibilités d'application et la législation. Le projet Smart Geotherm tente de combler cette lacune en diffusant la connaissance sous la forme d'articles techniques, de codes de bonne pratique, de séminaires, …

Une autre partie du projet est consacrée à la recherche de la combinaison optimale d'une énergie thermique (l'énergie solaire ou provenant du sol, par exemple) avec un système de stockage temporaire (dans le sol, dans des réservoirs tampons ou dans la structure du bâtiment). A cet égard, il va de soi que le confort thermique dans le bâtiment est un facteur crucial. L'aspect financier joue également un rôle important dans l'optimalisation d'une installation géothermique.

Si, pour des raisons de stabilité, le bâtiment a été pourvu de fondations sur pieux, il est peut-être intéressant de munir ces derniers d'échangeurs de chaleur. On parle alors de pieux énergétiques. L'impact des variations de température sur le comportement mécanique de ce type de fondations est examiné rigoureusement dans le cadre du projet Smart Geotherm.



Article complet


L. François, ir., chef de projet, laboratoire
Géotechnique et monitoring, CSTC