Technologies de Chauffage et de Refroidissement Géothermiques

La géothermie, issue des mots grecs geo (Terre) et therme (chaleur), exploite la chaleur terrestre. À quelques mètres sous la surface, la Terre maintient une température quasi constante, contrairement aux variations extrêmes de l'air ambiant en été et en hiver. Plus en profondeur, la température du sol augmente en moyenne de 3,3 degrés Celsius tous les 100 mètres. Par exemple, à 100 mètres, la température est de 16-17°C ; à 200 mètres, elle est de 20°C. La géothermie de surface permet d'exploiter cette chaleur jusqu'à 200 mètres sous terre, où les températures varient de 10 à 20 degrés. Cette technologie est utilisée pour le chauffage, le refroidissement, et la production de froid, principalement via les pompes à chaleur géothermiques.

Utilisation de la Technologie Géothermique

Les pompes à chaleur géothermiques peuvent être utilisées partout, tandis que l'utilisation directe et les systèmes profonds sont actuellement limités aux régions à forte activité géothermique naturelle.

Types de Technologies Géothermiques

Trois principales technologies utilisent la terre comme source de chaleur :

1. Pompes à chaleur géothermiques

2. Géothermie à usage direct

3. Systèmes géothermiques profonds et améliorés

Ressource Renouvelable

L'énergie géothermique est une ressource renouvelable. Les pompes à chaleur géothermiques et les technologies à usage direct sont utilisées pour le chauffage et le refroidissement, tandis que les technologies profondes et améliorées exploitent des ressources géothermiques plus profondes et à haute température pour produire de l'électricité.

Fonctionnement des Pompes à Chaleur Géothermiques

Une pompe à chaleur géothermique utilise la différence de température entre l'air en surface et le sol souterrain pour chauffer ou refroidir des locaux et pour chauffer l'eau. Un système géothermique consiste en une pompe à chaleur reliée à une série de tuyaux enterrés, installés soit dans des tranchées horizontales juste sous la surface, soit dans des trous de forage verticaux. La pompe à chaleur fait circuler un fluide caloporteur, souvent de l'eau, pour déplacer la chaleur d'un point à un autre.

Lorsque la température du sol est supérieure à celle de l'air ambiant, la pompe à chaleur transfère la chaleur du sol vers le bâtiment. Inversement, elle peut également déplacer la chaleur de l'air d'un bâtiment vers le sol pour le refroidir. Les pompes à chaleur géothermiques nécessitent une petite quantité d'électricité pour fonctionner. Pour chaque unité d'électricité consommée, elles peuvent fournir jusqu'à cinq fois plus d'énergie, ce qui représente un avantage énergétique net.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Voici le fonctionnement d'une pompe à chaleur en deux modes : "mode chauffage", qui prélève la chaleur du sol pour la transmettre à un bâtiment, et "mode refroidissement", qui retire la chaleur du bâtiment pour la transmettre au sol.

Mode Chauffage

1. Circulation : La pompe à chaleur en surface fait circuler de l'eau ou un autre fluide à travers une série de tuyaux enterrés, formant une boucle souterraine.

2. Absorption de la chaleur : Le fluide absorbe la chaleur du sol, de la roche ou de l'eau souterraine plus chaude en passant dans la boucle souterraine.

3. Échange et utilisation de la chaleur : Le fluide chauffé retourne dans le bâtiment où un échangeur de chaleur transfère cette chaleur au système de chauffage du bâtiment, pouvant également chauffer l'eau domestique avec un désurchauffeur.

4. Recirculation : Le fluide refroidi retourne dans la boucle souterraine pour être chauffé à nouveau. Ce processus se répète, déplaçant la chaleur du sol vers le bâtiment pour le confort de l'utilisateur.

Mode Refroidissement

1. Échange de chaleur et absorption : L'eau ou un autre fluide absorbe la chaleur de l'air intérieur à travers un échangeur de chaleur, comme dans un climatiseur typique.

2. Circulation : La pompe à chaleur en surface fait circuler le fluide chauffé dans la boucle souterraine.

3. Évacuation de la chaleur : Le fluide chauffé cède sa chaleur au sol, à la roche ou à l'eau souterraine plus froide en passant dans la boucle souterraine.

4. Recirculation : Le fluide refroidi retourne dans le bâtiment pour absorber à nouveau de la chaleur. Ce processus se répète, déplaçant la chaleur du bâtiment vers le sol pour le confort de l'utilisateur.

La Pompe à Chaleur Hors Sol

L'installation souterraine des boucles de tuyauterie représente la majeure partie du coût du système, tandis que la pompe à chaleur elle-même est relativement peu coûteuse. Les pompes à chaleur peuvent répondre aux besoins de chauffage et de refroidissement des locaux dans presque toutes les régions, et elles peuvent également produire de l'eau chaude sanitaire. En augmentant la capacité des boucles de tuyauterie, cette technologie peut être adaptée à des bâtiments plus grands ou à des endroits nécessitant chauffage et refroidissement pendant la majeure partie de l'année.

Utilisation des Systèmes Géothermiques Directs

L'eau des systèmes géothermiques directs est suffisamment chaude pour de nombreuses applications, comme le chauffage de piscines à grande échelle, le chauffage et la climatisation des bâtiments, la production d'eau chaude à la demande, le chauffage urbain (chauffage de plusieurs bâtiments dans une ville), le chauffage des routes et des trottoirs pour faire fondre la neige, et certains processus industriels et agricoles. L'utilisation directe tire parti de l'eau chaude trouvée à quelques pieds sous la surface, généralement à moins d'un kilomètre de profondeur.