La géothermie est l'exploitation de l'énergie disponible dans notre sous-sol. Le sol contient une importante quantité d'énergie renouvelée en permanence et issue en grande partie du rayonnement solaire. Le sous-sol dispose également d'un réservoir inépuisable de chaleur provenant de ses profondeurs.

La pompe à chaleur géothermique utilise les calories stockées dans le sol et dans l'eau des nappes phréatiques. Elle fournit une partie du chauffage et réduit notablement la facture d'électricité. Une pompe à chaleur, en consommant 1 kWh d'énergie pour son usage, en restitue 3 à 4 kWh pour la maison.

Cette énergie emmagasinée dans des couches superficielles est dans les eaux souterraines et parfaitement valorisable par les pompes à chaleur Eau / Eau ou Eau Glycolée / Eau.

Trois techniques sont proposées
Le captage des calories du sol par capteurs enterrés horizontaux
Le captage des calories du sol par capteurs verticaux
Le captage des calories des eaux souterraines, puits, nappes phréatiques 

Les capteurs horizontaux ou les capteurs verticaux : 2 manières d’utiliser la géothermie.

Les capteurs horizontaux sont des tubes de polyéthylène ou de cuivre gainés de polyéthylène. Ils sont installés en boucles enterrées horizontalement à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20 m).

Dans ces boucles circule en circuit fermé de l'eau additionnée d'antigel.

Les capteurs verticaux sont constitués de deux tubes de polyéthylène formant un U installés dans un forage (jusqu'à 80 m de profondeur) et scellés dans celui-ci par du ciment.

On y fait circuler en circuit fermé de l'eau additionnée de liquide antigel.

Pompes à chaleur sur capteur horizontal
Le sol emmagasine tout au long de l'année la chaleur solaire. Cette source d'énergie en permanence reconstituée est donc disponible et valorisable par une pompe à chaleur EAU / EAU.

Le principe est simple
Faire circuler dans des tubes enterrés un fluide qui se chargera de la chaleur du sol pour l'amener à la pompe à chaleur
Le fluide utilisé est un mélange eau + glycol (saumure -15°C)
Le renouvellement de la chaleur du sol est assuré principalement l'été, mais aussi tout le reste de l'année lors de périodes ensoleillées
La pluie participe aussi à la recharge énergétique du capteur
La chaleur récupérée provient à 95% de la chaleur solaire, les calories provenant par convection des couches profondes ne sont que de 0.2 à 0.5 W/m2 donc négligeables.

Dimension du capteur
En première approche, il faut considérer que la surface du terrain disponible pour le capteur sera de 1.5 à 2 fois la surface à chauffer Exemple : 1 Villa de 130 m2 chauffée = 200 à 260 m2 de capteur

Les différents types de capteurs horizontaux

3 types de capteurs sont généralement utilisés :
Le capteur sur un niveau par décapage
Décapage sur un seul niveau. Profondeur 0.8 m, mise hors gel. Diamètre des tubes 25 mm. Pose sur un lit de sable et repérage par un bornage de sa périphérie
Le capteur en tranchée à 2 tubes ou Le capteur en tranchée à 4 tubes
Fouille de 0.6 à 1.20 m. Longueur maxi de tranchée 50 m. Distance entre 2 tranchées 0.5 m

Captage des calories du sol par capteurs verticaux
Le principe de récupération de chaleur est similaire aux capteurs horizontaux : faire circuler dans des tubes enterrés un fluide qui se chargera de la chaleur du sol pour l'amener à la pompe à chaleur.

Dans le cas d'un capteur vertical, cette chaleur provient, pour une part de la chaleur du sous sol, et d'autre part de la chaleur solaire stockée dans la couche superficielle. Généralement les capteurs verticaux sont constitués de deux tubes en U, descendant à une profondeur de 100 m environ et parcourus par un mélange eau + glycol (saumure -15°C)

Le capteur est placé dans un forage vertical :
Soit un tube en U
Soit 2 tubes en U
La puissance extraite est de 20 à 50 Watt/mètre linéaire de forage ce qui correspond à un prélèvement énergétique < à 100 kWh/mètre/an.

Le capteur vertical génère d'excellents rendements puisque à partir de 15 m de profondeur le sol offre une température constante de 10°C quelle que soit la saison. Cette installation est préconisée pour les petits terrains. Exemple, 2 sondes de 70 mètres de profondeur chauffent ou rafraîchissent une maison de 150m2

Le choix : circuit horizontal ou vertical ?
Certains sols se prêtent mieux que d'autres au forage vertical. Les meilleurs sols sont les sols de roc. Dans ces sols, il n'y a pas de surprise ni dans les travaux ni dans les coûts. Le forage vertical demande peu d'espace et s'applique facilement en banlieue ou même en milieu urbain.

Les circuits horizontaux s'installent surtout où il est facile de creuser à la pelleteuse comme dans les sols sablonneux, mais ils demandent beaucoup d'espace de terrain. Voilà pourquoi ils sont surtout utilisés en milieu rural.
Les sols faits de mélanges d'argile, de sable et de blocs pierreux sont difficiles à forer.

De quelle surface de terrain avez-vous besoin ?
Selon la région, l’exposition et la nature du terrain, les caractéristiques de l’habitation et la technologie retenue, on estime que la surface de captage horizontal nécessaire est de 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer. Pour une maison de 150 m2, le capteur occupera donc entre 225 et 300 m2 de votre jardin. Pour les capteurs verticaux, deux sondes géothermiques de 50 m de profondeur conviennent pour chauffer une maison de 120 m2 habitables. Leur emprise au sol est minime par rapport à celle des capteurs horizontaux.

Attention
La présence de capteurs enterrés implique de prendre quelques précautions. Le sol concerné par la présence de capteurs enterrés peut être engazonné, recouvert d’un massif de fleurs ou de buissons. En revanche, il faut veiller à :
- respecter des distances minimales autour des capteurs, qui doivent être environ : de 2 mètres pour les arbres, 1,50 mètre pour les réseaux enterrés non hydrauliques, et 3 mètres pour les fondations, fosses septiques, évacuations, etc. ;
- ne pas recouvrir cette surface d’un revêtement en dur (terrasse, construction…) qui empêcherait le ruissellement des eaux. Attention aussi aux traversées par des arrivées ou des évacuations d’eau, pour éviter les problèmes de gel ;
- respecter les contraintes imposées par la configuration du terrain et la nature du sol : une pente de terrain trop forte exige parfois des travaux de remblai onéreux et les sols rocheux sont peu favorables au transfert d’énergie (la solution réside dans la pose d’un lit de sable).

Démarches administratives
Si votre installation nécessite un forage à plus de 10 mètres de profondeur, il faut impérativement faire une déclaration auprès de la DRIRE*. Une autre déclaration auprès de la DDASS* s’impose si le débit d’eau est supérieur à 8 m3/ heure. Par ailleurs, le dimensionnement doit être rigoureux. En effet, en cas de sous-dimensionnement, le sol a du mal à se régénérer et le compresseur marchant en surrégime verra sa durée de vie amoindrie. En cas de surdimensionnement, la PAC verra ses performances diminuées. Si le sol possède une forte teneur en glaise, sa régénération sera également très limitée.
* DRIRE : Direction régionale de l’industrie, de la recherche et de l’environnement ;
DDASS : Direction des affaires sanitaires et sociales.

Captage des calories des eaux souterraines, puits, nappes phréatiques 
Les eaux de nappes souterraines sont généralement à une température de 10 à 14°C quelle que soit la saison. C'est une source d'énergie importante et stable qui peut parfaitement être utilisée pour le chauffage d'une maison, via une pompe à chaleur Eau / Eau.

Le prélèvement de l'eau de nappe peut s'effectuer de deux manières
- soit par un puits unique et dans ce cas, après passage dans la pompe à chaleur, cette eau est rejetée dans un réseau de surface, cours d'eau, mare, lac...
- soit par le principe du doublet, un forage pour pomper l'eau, et un forage pour réinjecter cette eau dans la nappe d'origine.

                                                                    Les pompes à chaleur

                       Les pompes à chaleur : Quelle performance attendre d’une Pompe à chaleur ?

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