Pompes à chaleur géothermales > Le captage

Les capteurs peuvent être installés horizontalement ou verticalement. Dans ce dernier cas, on parle aussi de sondes géothermiques.



LES CAPTEURS HORIZONTAUX

s’agit de tuyaux (en polyéthylène généralement) enterrés horizontalement à faible profondeur (de 0,6 m à 1,2 m) dans lesquels circule un fluide caloporteur. Les capteurs sont installés sur le terrain jouxtant le bâtiment. Selon les fabricants la surface de captage préconisée varie entre 1,5 et 3 fois la surface chauffée de l'habitation.

Certains principes de pose sont préconisés, notamment en ce qui concerne les profondeurs d'enfouissement et d'espacement entre tubes. Le capteur doit être à au moins à :

• 2 m des arbres,
• 1,5 m des réseaux enterrés non hydrauliques,
• 3 m des fondations, des puits, des fosses septiques et des évacuations.

A la profondeur à laquelle les capteurs sont installés, l’incidence du flux géothermal est inexistant. Les apports de chaleur sont effectués par l’énergie solaire et les infiltrations de pluie. C’est pourquoi le terrain doit être adapté :

• il doit être bien exposé au soleil,
• il ne peut être recouvert d’un revêtement en dur (terrasse, piscine, …),
• si il est rocheux et peu favorable aux échanges thermiques, il faudra un lit de sable,
• si il est trop pentu, il faudra envisager un remblaiement.

Les capteurs horizontaux sont faciles d’installation et ont des coûts initiaux plus bas que les capteurs verticaux. Toutefois, ils affichent des rendements inférieur à cause des températures souterraines plus basses. Ils nécessitent par ailleurs une grande surface de terrain.

LES CAPTEURS VERTICAUX

Il s’agit d’une sonde verticale qui va puiser l’énergie contenue dans le sous-sol de la Terre. Un forage est effectué dans lequel est placé un capteur (tube en U, ou double U en polyéthylène) contenant un fluide caloporteur. Il est ensuite scellé par du ciment et de la bentonite. La profondeur du forage peut atteindre jusqu’à 200 m.

A 10 m de profondeur, la température du sol est pratiquement constante toute l’année et est voisine de 13°C. En descendant en profondeur, la température s’élève de 2 à 3°C tous les 100 m.

La puissance linéaire des capteurs verticaux est d'environ 50 W/m ; mais cela dépend de la conductivité thermique du terrain.

La quantité d’énergie utilisable d’une sonde géothermique profonde dépend de plusieurs paramètres :

• de la température atteinte dans le sous-sol, celle-ci est proportionnelle à la longueur de la sonde,
• des caractéristiques thermiques du sous-sol, notamment sa conductibilité thermique,
• du type de construction de la sonde et de la colonne de production.

Les capteurs verticaux ont des coûts beaucoup plus élevés que les capteurs horizontaux, surplus essentiellement lié au forage. Cependant, ils ont besoin d’une surface de terrain plus faible.

LES PIEUX ENERGETIQUES

Il existe aussi ce que l’on appelle les pieux géothermiques. Dans le cas de construction de bâtiments nécessitant des pieux à grandes profondeurs, il est possible d’utiliser ces structures de béton pour capter l’énergie thermique du sol. Les capteurs sont alors installés au coeur des fondations, d’où leur nom de pieux géothermiques.

LES PAC SUR EAU DE NAPPE

La chaleur du sous-sol est celle contenue dans l'eau de nappes aquifères peu profondes (moins de 100 m) captée par forage.

Dans les systèmes à un seul forage, l'eau de nappe prélevée est rejetée dans une rivière, un plan d'eau ou un réseau d'eaux pluviales après qu'on y a prélevé les calories nécessaires.

Ce dispositif est intéressant d’un point de vue coût (un forage unique à réaliser), mais des difficultés apparaissent lorsque des volumes d’eau sont à rejeter. Il a été couramment utilisé pour des installations de faibles puissance mais la tendance actuellement est de passer au dispositif à deux forages, essentiellement pour des raisons réglementaires liées à l’utilisation des eaux souterraines.

Le système à deux forages ou à doublet, est plus coûteux mais davantage utilisé car il évite le rejet en surface de l'eau prélevée dans la nappe. Le deuxième forage sert à réinjecter l'eau dans la nappe. Ce type de système est donc souvent destiné à des opérations de taille importante (type grand tertiaire), où peuvent être assuré des besoins de chaud et de froid. Cependant, elle reste applicable pour des besoins en chauffage de logements collectifs.