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Livret technique
Maîtres d’ouvrage, architectes
et tous ceux qui veulent chauffer ou refroidir un bâtiment
EAUSOUTERRAINE
CHAUFFAGE
RAFRAÎCHISSEMENT
B
Â
T
IM
ENTS
T
E
R
T
I
AIRE
S
COLLECTIVITÉS
POMPEÀCHALEUR
PERFORMANCES
SONDESVERTICALES
AVENIR
CHANGEMENTCLIM
A
TIQUE
COÛT
GÉOTHERMIE
Comprendre
et choisir
la géothermie
Comprendre et choisir
la géothermie
Sommaire
Pourquoi ce livret ? 3
Qu’entend-on par « Géothermie » ? 4/5
Comprendre la Pompe À Chaleur géothermique « sur sondes »
• Pompe à chaleur sur champ de Sondes GéothermiquesVerticales (PAC sur SGV) 6
• Pompe à chaleur géothermique sur FondationsThermoActives(PAC sur FTA) 7
Comprendre la Pompe À Chaleur géothermique « sur eau »
• Pompe à chaleur géothermique sur Eau SouTerraine (PAC sur EST) 8
• Pompe à chaleur sur Eau de Mer (PAC sur EDM) 9
La géothermie, par extension
• Applications similaires à la géothermie 10
• Utilisation des PAC géothermiques
pour alimenter des micro-réseaux de chaleur et de froid 10
Monter un projet de PAC géothermique en Pays de la Loire 11
Pour aller plus loin 12/13
• Mémo 1 : Fonctionnement d’une PAC
& comparaison géothermie/aérothermie 12
• Mémo 2 : Les PAC électriques et les PAC gaz à absorption 12
• Mémo 3 :Analyse économique en coût global 13
• FAQ 12/13
• L’ADEME contacts 13
1
2
3
4
5
6
Foration pour PAC sur SGV
Fonctionnement d’une PAC & comparaison entre la géothermie et l’aérothermie
Une pompe à chaleur est une machine à « cycle thermodynamique », comme les réfrigérateurs. Elle a la
particularité de pouvoir prélever de la chaleur dans un milieu à faible température et de la restituer dans un
milieu à température plus élevée. Plus l’écart de température entre ces deux milieux est faible, meilleures seront
les performances de la PAC.
Dans le cas de la géothermie, la source dite « froide » (le sous-sol ou l’eau du sous-sol) est à environ 12-15°C
toute l’année, et les circuits de chauffage, la source dite « chaude », fonctionnent en général entre 30 et 45°C.
Les émetteurs de chaleur peuvent être par exemple des planchers chauffants ou radiateurs basse température.
Dans le cas de l’aérothermie, le fonctionnement est similaire, mais la source froide est l’air. Or,
la température de l’air varie fortement en fonction des saisons. Ainsi, en hiver, la différence
de température entre le milieu à faible température (air à -5°C par exemple) et le milieu à température plus
élevée est très grande et les performances de la PAC bien plus faibles.
La régularité des performances d’une pompe à chaleur géothermique est un très gros
avantage pour le chauffage d’hiver.
Mémo 1
FAQ
Les PAC électriques ont-elles un impact néfaste sur le réseau de distribution
d’électricité ?
Dans certains cas particuliers, l’accumulation de PAC électriques sur un même réseau communal d’électricité peut
générer des chutes de tensions. Avant d’investir, l’ADEME préconise de se rapprocher de son syndicat d’électricité
local pour s’assurer que cela n’arrivera pas.
Pour aller plus loin6
Actuellement,les PAC géothermiques fonctionnent en général à l’électricité.Néanmoins,depuis quelques années,
un nouveau type de PAC commence à se développer : la PAC gaz à absorption.Comme les PAC électriques, elles
peuvent être soit aérothermiques, soit géothermiques. Mais le principe théorique de fonctionnement est assez
différent,et les critères de choix technico-économiques le sont aussi.L’impact environnemental reste néanmoins
globalement assez similaire.
Les PAC électriques et les PAC gaz à absorptionMémo 2
Investissement initial assez élevé
Retours d’expériences précis et fiables
qui prouvent les très bonnes performances
des installations bien dimensionnées
Coefficient de performance (COP) réel autour
de 4-5 à l’échelle du bâtiment (énergie finale)
et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire)
Bon bilan environnemental
Investissement initial un peu moins élevé
Peu de retours d’expériences pour l’instant dans
les bâtiments de logements collectifs et tertiaires
Coefficient de performance (COP) réel autour
de 1 à 2 à l’échelle du bâtiment (énergie finale)
et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire)
Bon bilan environnemental
PAC géothermiques électriques PAC géothermiques gaz à absorption
FAQ
On entend dire que les performances des pompes à chaleur ne sont pas aussi
élevées que ce que disent les fabricants. Qu’en dit l’ADEME ?
Pour les PAC aérothermiques, il y a effectivement souvent une différence notable entre les performances théoriques
normées calculées par les fabricants et les performances réelles. Ceci vient principalement du fait que la température
de la ressource (l’air) fluctue et fait varier à la baisse les performances en hiver.
En géothermie, ce problème n’existe pas puisque la ressource naturelle est en général très stable toute l’année.
Ceci étant,pour assurer le bon fonctionnement de n’importe quelle installation énergétique,il est nécessaire d’assurer
périodiquement des actions de maintenance préventives voire curatives et de suivre régulièrement les performances.
©ADEME
Comprendre et choisir la géothermie
2 / 3
Pourquoi ce livret ?
Notre époque doit faire face à de grands
enjeux énergétiques et climatiques. Les choix
d’énergie pour un bâtiment ont de nombreux
impacts, bons ou mauvais, forts ou faibles, à
court ou long terme,locaux et internationaux.
Les réglementations thermiques qui se
succèdent rendent la construction et la
rénovation de bâtiment de plus en plus
complexe. Dans ce contexte, il est difficile
pour les maîtres d’ouvrages de s’informer
sur les différentes solutions énergétiques
performantes.
Par l’intermédiaire de ce livret technique,
l’ADEME Pays de la Loire a souhaité synthétiser
les principales informations qu’il est utile
de connaître pour envisager, étudier et
éventuellement choisir la géothermie afin
de chauffer et refroidir des bâtiments. Il est
principalement destiné aux maîtres d’ouvrage
(hors particuliers) et architectes.
Si l’ADEME a réalisé ce livret, c’est d’abord
parce qu’elle juge que cette filière propose
des solutions énergétiques pertinentes et
que celles-ci méritent d’être mieux connues
des maîtres d’ouvrage et bien plus souvent
appliquées.
Ce livret décrit les différentes
techniques de géothermie, leurs
avantages, leurs limites et leurs
potentiels en Pays de la Loire. Il
donne des repères, des chiffres clés
puis présente les principales étapes
d’un projet.
Mise en place d’un puits géothermique pour PAC sur EST
©ADEME
Comprendre et choisir la géothermie
4 / 5
Bâtiments ou
ensemble de bâtiments
jusqu’à ~ 5 000 m2
environ
Bâtiments ayant des
fondations
assez nombreuses
et profondes (> 10 m)
Bâtiments ou ensemble de bâtiments de taille
moyenne à grande
(~ 2 000 à 20 000 m2
environ)
Pompe à chaleur
géothermique
sur champ
de sondes
Pompe à chaleur
géothermique
sur fondations
thermoactives
Pompe à chaleur
géothermique
sur eau de sous-sol
(ou sur « aquifère »)
Pompe à chaleur
géothermique
sur eau de surface
(mer, rivière, lac...)
Eau tempérée
(~ 12-20 °C)
contenue dans le
sous-sol des
200 premiers mètres
de la croûte terrestre
Croûte terrestre
entre 0 et 200 m
de profondeur
La croûte terrestre
à l’échelle
de la profondeur
des fondations
d’un bâtiment
Eau de surface
tempérée
(~ 0-20° C)
Très bon potentiel
sur presque toute
la région
Bon potentiel,
à nuancer selon les
zones géologiques
Bon potentiel,
à nuancer fortement selon
les zones géologiques et
géographiques
Chauffage
et refroidissement
d’un bâtiment
Chauffage,
refroidissement
et/ou préchauffage
d’eau sanitaire
Qu’entend-on par géothermie ?1
Géothermie profonde et
intermédiaire
Utilisation directe de la chaleur
Fourniture d’électricité
à des milliers de
logements
ou à des industriels
Alimenter en énergie
un gros réseau
de chaleur urbain
de plusieurs milliers
de logements
Maison individuelle
Centrale électrique
géothermique
Chauffage urbain
en géothermie
profonde
Pompe à chaleur
géothermique
sur 1 ou 2
sondes verticales
Pompe à chaleur
géothermique
sur capteurs
horizontaux
et autres capteurs
à faible profondeur
Eau très chaude
(~ 150-300 °C)
disponible à grande
profondeur
(~ 1-3 km)
dans certaines zones
géologiques très
particulières
(Guadeloupe
par exemple)
Eau chaude
(~ 50-100 °C)
disponible à grande
profondeur
(~ 0,5-3 km)
dans certaines zones
géologiques
(bassins parisien et
aquitain par exemple)
Croûte terrestre
entre 0 et 200 m
de profondeur
Croûte terrestre
sur ~ 0,5 à 5 m
de profondeur environ
Production d’électricité
Chauffage
et eau chaude sanitaire
Chauffage, refroidissement
et/ou préchauffage d’eau sanitaire
Géothermie assistée
par pompe à chaleur
Applications en maison individuelle
Recherche et
développement
Courant dans
certaines zones
Nombreux retours
d’expériences
Très courant
Aucun potentiel
Très bon potentiel
sur presque toute la région
Applications
et cibles
Type de
technologie
Type de
ressource
naturelle
exploitée
Objet
Fréquence
et maturité
technologique
Potentiel de
développement
en
Pays de la Loire
Non développé dans ce livret
car ces solutions n’ont
aucun potentiel dans la région.
Non développé dans ce livret
car ces solutions concernent
les applications en maisons individuelles.
Pour plus d’information, contactez
les Espaces Info Énergie
www.info-energie-paysdelaloire.fr
Chauffage, refroidissement
et/ou préchauffage d’eau sanitaire
Maison individuelle
Pompe à chaleur
géothermique
sur 1 ou 2
sondes verticales
Pompe à chaleur
géothermique
sur capteurs
horizontaux
et autres capteurs
à faible profondeur
Croûte terrestre
entre 0 et 200 m
de profondeur
Croûte terrestre
sur ~ 0,5 à 5 m
de profondeur environ
Chauffage, refroidissement
et/ou préchauffage d’eau sanitaire
Géothermie assistée
par pompe à chaleur
Applications en maison individuelle
Très courant
Très bon potentiel
sur presque toute la région
Géothermie assistée par pompe à chaleur
Applications en bâtiment collectif et tertiaire
Très courant Très courant
Ces solutions présentent un bon, voire très bon, potentiel dans la région.
Ce livret vous aidera à mieux connaître les avantages et limites de chacune de ces applications
et à comprendre les étapes pour monter un projet. Pour aller plus loin sur les types de géothermie :
www.developpement-durable.gouv.fr, rubrique géothermie.
Quelques projets
en France
Très courant en
Suisse et Autriche
Peu courant,
en développement
©ADEME
Comprendre et choisir la géothermie
6 / 7
Avantages
Aucune consommation de foncier supplémentaire :
avantage important en milieu urbain très contraint.
Le surcoût est raisonnable et le bilan en coût
global souvent très intéressant.
Les performances du système sont relativement
régulières tout au long de l’année.
Limites
Comme pour les PAC sur SGV, il faut impéra-
tivement étudier l’équilibre thermique du sous-sol
à moyen et long terme.
Le nombre de professionnels qualifiés pour la
conception et la mise en œuvre sont peunombreux.
Nécessite une maintenance qualifiée, mais qui
reste simple et peu onéreuse par rapport à d’autres
énergies.
Pompe à chaleur géothermique sur fondations
thermoactives (PAC sur FTA)
Schéma d’un bâtiment avec fondations
thermoactives et parois moulées
Pompe à chaleur
Pieux de fondation équipés
d’un échangeur de chaleur
30 m
Principe
Le principe est similaire aux PAC sur SGV.
La particularité vient du fait que les sondes
géothermiques sont intégrées aux fondations du
bâtiment,si tant est que celles-ci soient suffisamment
profondes (>10 m en général). Les sondes
géothermiques sont de ce fait plus petites que pour
les PAC sur SGV mais parfois plus nombreuses et
les enjeux technico-économiques sont légèrement
différents.
Cette technologie est courante depuis longtemps
dans certains pays comme l’Autriche. Plusieurs sites
fonctionnent déjà en France et donnent satisfaction.
La filière française en est à ses débuts mais est assez
prometteuse.
Bon potentiel en Pays de la Loire
Le potentiel correspond à l’ensemble des bâtiments
neufs nécessitant des fondations profondes de plus de
10 m environ, ou avec des parois souterraines (parking
souterrain par exemple).
Chaufferie : départ des sondes géothermiques
©ADEME
©BRGM/ADEME
2 Comprendre la pompe à chaleur géothermique
« sur sondes »
Avantages
Peut subvenir aux besoins de chauffage, refroidis-
sement et préchauffage d’eau chaude sanitaire.
Système fiable et performant : les retours
d’expériences réels de l’ADEME montrent que pour
1 kWh d’énergie électrique consommée par la PAC,
3,5 à 5 kWh sont restitués au bâtiment.
Les performances du système sont régulières
tout au long de l’année, elles ne dépendent pas du
climat.
Les projets bien adaptés et bien dimensionnés
sont très avantageux en coût global. Les systèmes
hybrides (avec une chaudière d’appoint) sont
souvent les plus pertinents économiquement.
Le mode « freecooling » permet de rafraîchir un
bâtiment à des coûts et performances excep-
tionnelles.
Durée de vie des sondes géothermiques très
longue (supérieure à 30 ans).
Limites
Surcoût d’investissement relativement important.
Les systèmes hybrides (avec chaudière d’appoint)
sont souvent de bons compromis technico-
économiques.
Les études de faisabilité géothermiques sont
parfois plus coûteuses que pour d’autres énergies et
viennent s’ajouter aux études thermiques régle-
mentaires, mais des subventions peuvent exister
(voir paragraphe « L’ADEME peut vous aider »).
Nécessite une maintenance qualifiée, mais qui
reste simple et peu onéreuse par rapport à d’autres
énergies.
Si elle est trop sollicitée, la réserve locale de
chaleur du sous-sol peut s’épuiser. Pour éviter cela,
des précautions de dimensionnement ou de
recharge thermique du sous-sol (naturelle ou
artificielle) doivent être étudiées.
Très bon potentiel en Pays de la Loire
La faisabilité de PAC sur SGV est évaluée en fonction de l’adéquation
d’un potentiel géologique et de besoins énergétiques. Il faut pour cela
conduire des études approfondies. On estime à environ 70 % la part
du territoire des Pays de la Loire ayant une géologie très favorable
aux PAC sur SGV, et à seulement 5 % la part du territoire où ces
applications sont impossibles.
Principe
Un système de PAC sur SGV consiste à faire circuler,
en circuit fermé,un liquide composé d’eau et d’antigel
dans plusieurs sondes verticales, constituées par un
réseau de tubes en résine disposés à la verticale
dans des forages de 100 m de profondeur environ,
afin d’échanger de l’énergie par simple transfert
de chaleur puis de l’acheminer jusqu’à la pompe à
chaleur.
En surface, la PAC permet de transférer la chaleur
puisée dans le sol vers le bâtiment à chauffer (c’est
le mode chauffage) ou d’injecter de la chaleur en
provenance du bâtiment vers le sol (c’est le mode
refroidissement du bâtiment). Le champ de sondes
peut également être utilisé comme source de
rafraîchissement sans avoir recours aux pompes
à chaleur : on parle de mode « geocooling » ou
« freecooling ».
Pompe à chaleur sur champ de sondes géothermiques
verticales (PAC sur SVG)
Schéma d’un bâtiment avec un champ de sondes
Emetteur
Pompe à chaleur
Champ de sondes
Distribution
©BRGM/ADEME
Pompe à chaleur sur eau de mer (PAC sur EDM)
Les PAC sur EDM fonctionnent sur le même
principe théorique que la PAC sur EST.
Les caractéristiques et contraintes techniques,
économiques, réglementaires et environnementales
sont assez spécifiques, mais peuvent répondre de
façon tout à fait pertinente aux besoins énergétiques
d’un ou plusieurs bâtiments. Quelques exemples
français existent déjà.
Dans le cas d’une PAC sur eau de mer, la ressource
thermique prélevée en profondeur (50 m par
exemple) est relativement stable en température
et inépuisable. La pertinence d’un tel système
résulte d’un compromis entre son coût, la nature
et la quantité de besoins énergétiques, la taille du
réseau de tuyauterie… L’alimentation en énergie de
plusieurs bâtiments permet souvent de rentabiliser
l’investissement.
Exemple de PAC sur eau de mer
Comprendre et choisir la géothermie
8 / 9
Mise en place d’un puits géothermique pour PAC sur EST
PAC EchangeurPAC
©ADEME
©ADEME
Avantages
Peut subvenir à des besoins de chauffage, refroi-
dissement et préchauffage d’eau chaude sanitaire
pour un voire plusieurs bâtiments.
Système souvent très performant : les retours
d’expériences réels de l’ADEME montrent que
pour 1 kWh d’énergie électrique consommée par la
PAC, 4,5 à 5,5 kWh sont restitués au bâtiment.
Les performances du système sont régulières
tout au long de l’année.
Les projets peuvent être extrêmement
avantageux en coût global.
Le mode « freecooling » permet de rafraîchir un
bâtiment à des coûts et performances excep-
tionnelles.
Limites
Lorsque l’on a la chance d’avoir une source en eau
importante, de qualité et à faible profondeur, les
PAC sur EST sont très pertinentes d’un point de
vue environnemental, technique et économique ;
il n’y a pas vraiment d’équivalent pour le même
service rendu.Mais l’eau disponible peut parfois être
en quantité insuffisante voire quasi nulle, en qualité
partiellement ou totalement inadaptée, située à
trop grande profondeur (le coût du forage est alors
élevé)… Il faut alors étudier si le compromis reste
avantageux ou non.
Les études de faisabilité sont pointues et coûtent
cher, comparées aux autres systèmes énergétiques,
mais des solutions d’assurance et de subvention
peuvent exister.
L’exploitation de PAC sur EST peut être soumise
à une autorisation administrative des services de
l’état (DREAL des Pays de la Loire), les démarches
administratives peuvent prendre quelques semaines
à quelques mois.
Les forages d’injection et de réinjection doivent être
distants d’au minimum plusieurs dizaines de mètres l’un
de l’autre, il faut donc avoir le foncier disponible.
Schéma d’un bâtiment avec un doublet
géothermique
Forage d’injection
Forage de prélèvement
Distribution
Pompe à chaleur
Principe
Un système de PAC sur EST, couramment appelée
PAC sur aquifère ou encore PAC sur eau de nappe,
consiste à pomper de l’eau située dans le sous-sol
par l’intermédiaire d’un forage pour l’acheminer
(via un échangeur) jusqu’à la PAC afin d’en prélever
l’énergie, avant de réinjecter l’eau dans le sous-sol
par l’intermédiaire d’un second forage.
La PAC permet alors de transférer la chaleur
prélevée dans l’eau vers le bâtiment à chauffer
(mode chauffage) ou d’injecter de la chaleur
en provenance d’un bâtiment vers l’eau (mode
rafraîchissement). L’eau peut également être utilisée
simplement par un échangeur comme source de
rafraîchissement sans avoir recours aux PAC : on
parle alors de « geocooling » ou « freecooling ».
Potentiel nuancé en Pays de la Loire
Les PAC sur EST sont directement assujetties aux caractéristiques
hydrogéologiques du site en termes de disponibilité et de qualité de l’eau
au droit du projet. Certaines zones des Pays de la Loire contiennent
de l’eau en quantité suffisante pour subvenir aux besoins de chaleur
et/ou de froid de très gros bâtiments, d’autres zones n’en contiennent
quasiment pas. D’autre part, la qualité de l’eau rencontrée, autrement
dit sa composition chimique, peut parfois endommager les ouvrages
techniques et d’autre fois n’avoir aucun impact de ce type.Le potentiel est
donc très aléatoire et doit être étudié par des experts en hydrogéologie.
Pompe à chaleur géothermique sur eau souterraine
(PAC sur EST)
Emetteur
3 Comprendre la pompe à chaleur géothermique
« sur eau »
©BRGM/ADEME
Applications similaires à la géothermie
A partir du moment où l’on trouve à proximité d’un
bâtiment une ressource en eau dont la température
est relativement stable, on peut appliquer le même
principe que celui de la géothermie pour produire
du froid ou de la chaleur.Voici quelques exemples
de ressources de ce type :
les PAC sur eaux usées : eaux issues de
canalisations urbaines d’eaux usées,
les PAC sur eaux d’épuration :eaux usées/traitées
situées à l’entrée ou à la sortie des stations
d’épuration,
les PAC sur eau de récupération : eaux rejetées
par un process industriel ou agricole, eaux issues de
circuits d’évacuation de chaleur de groupes
frigorifiques…
En fonction de la nature et des caractéristiques
d’une ressource géothermique,il est parfois possible
d’alimenter en chaud et/ou en froid plusieurs
bâtiments, voire un quartier.
Les PAC sur SGV peuvent trouver des applications
en micro-réseaux « en ligne » ou « en étoile »,c’est-
à-dire à l’échelle de quelques bâtiments disposés sur
une même rue, ou répartis en îlot.
Les PAC sur EST et sur eau de mer par exemple,
peuvent se développer à l’échelle de quartiers
entiers, sous forme de :
«boucled’eautempérée»ou«boucledécentralisée»,
Utilisation des PAC géothermiques pour alimenter
des micro-réseaux de chaleur et de froid
c’est-à-dire un réseau d’eau à température similaire
à celle de la source naturelle (environ 15° C), qui
alimente autant de PAC qu’il y a de bâtiments à
chauffer et/refroidir,
réseau de chaleur et/ou réseau de froid, c’est à
dire un réseau qui est alimenté par une PAC centrale
qui peut produire du chaud (à environ 45-50° C)
dans un réseau et/ou du froid dans un réseau
parallèle, et qui fournit de l’énergie à tous les
bâtiments raccordés.
La géothermie, par extension4
©BRGM
Etudier et choisir une PAC géothermique pour un bâtiment ou un groupe de bâtiments présente des
particularités par rapport à d’autres types de systèmes énergétiques, voici comment peuvent s’intégrer les
démarches spécifiques d’un projet géothermique :
Monter un projet de PAC géothermique
en Pays de la Loire
5
Etude initiale d’estimation et d’optimisation
des besoins1
Volet spécifique
« Etude de préfaisabilité
géothermique »
Etude initiale de comparaison
des différents systèmes énergétiques
2
Etude de faisabilité PAC
géothermique
avec forage test
et analyse du sous-sol
Etude de faisabilité
d’une solution
alternative
Etude/définition
d’une solution
de référence
3
Rédaction des parties
spécifiques au lot
« forages géothermiques »
Etude et description très détaillée
puis rédaction du CCTP
4
Analyse des offres
des entreprises de travaux
Analyse des lots liés aux
forages géothermiques
5
Vérification
Réception des forages et
raccordement à la PAC
Réception, mise en service, réglages,
mise au point,
formation et sensibilisation de l’exploitant
7
Suivi des travaux des
entreprises de forage
géothermique
Suivi des travaux6
Réaliser des études de faisabilités géothermiques exige des connaissances et une expertise pointues.
Très rares sont les entreprises qui possèdent l’ensemble des compétences nécessaires. Il est donc souvent
pertinent de s’adjoindre les compétences d’un bureau d’études thermiques généraliste et celles d’un autre
bureau d’études spécialisé dans la géothermie et l’hydrogéologie, et ce, le plus en amont possible du projet.
Comprendre et choisir la géothermie
10 / 11
6
Une analyse économique d’un choix énergétique ne peut se faire qu’en coût global, c’est-à-dire prenant en
compte toutes les dépenses liées au système sur une période donnée, par exemple 20 ou 30 ans. Chaque
tranche de dépense (investissement, dépenses énergétiques, maintenance…) peut être analysée selon son
coût, sa fluctuation, son incertitude, son impact sur l’emploi... puis comparée au coût global d’une solution de
référence.
On remarque alors souvent que la géothermie présente de nombreux arguments économiques :
Total du coût global favorable et
moins aléatoire dans le temps.
Dépenses énergétiques beaucoup
plus faibles, donc diminution de la
dépendance géopolitique,diminution
de la vulnérabilité à l’évolution du
prix de l’énergie.
Investissement important,
favorable à l’emploi local.
Mémo 3 Analyse économique en coût global
Fonctionnement d’une PAC & comparaison entre la géothermie et l’aérothermie
Une pompe à chaleur est une machine à « cycle thermodynamique », comme les réfrigérateurs. Elle a la
particularité de pouvoir prélever de la chaleur dans un milieu à faible température et de la restituer dans un
milieu à température plus élevée. Plus l’écart de température entre ces deux milieux est faible, meilleures seront
les performances de la PAC.
Dans le cas de la géothermie, la source dite « froide » (le sous-sol ou l’eau du sous-sol) est à environ 12-15°C
toute l’année, et les circuits de chauffage, la source dite « chaude », fonctionnent en général entre 30 et 45°C.
Les émetteurs de chaleur peuvent être par exemple des planchers chauffants ou radiateurs basse température.
Dans le cas de l’aérothermie, le fonctionnement est similaire, mais la source froide est l’air. Or,
la température de l’air varie fortement en fonction des saisons. Ainsi, en hiver, la différence
de température entre le milieu à faible température (air à -5°C par exemple) et le milieu à température plus
élevée est très grande et les performances de la PAC bien plus faibles.
La régularité des performances d’une pompe à chaleur géothermique est un très gros
avantage pour le chauffage d’hiver.
Mémo 1
FAQ
Les PAC électriques ont-elles un impact néfaste sur le réseau de distribution
d’électricité ?
Dans certains cas particuliers, l’accumulation de PAC électriques sur un même réseau communal d’électricité peut
générer des chutes de tensions. Avant d’investir, l’ADEME préconise de se rapprocher de son syndicat d’électricité
local pour s’assurer que cela n’arrivera pas.
Comprendre et choisir la géothermie
12 / 13
Pour aller plus loin6
Actuellement,les PAC géothermiques fonctionnent en général à l’électricité.Néanmoins,depuis quelques années,
un nouveau type de PAC commence à se développer : la PAC gaz à absorption.Comme les PAC électriques, elles
peuvent être soit aérothermiques, soit géothermiques. Mais le principe théorique de fonctionnement est assez
différent,et les critères de choix technico-économiques le sont aussi.L’impact environnemental reste néanmoins
globalement assez similaire.
Les PAC électriques et les PAC gaz à absorptionMémo 2
Investissement initial assez élevé
Retours d’expériences précis et fiables
qui prouvent les très bonnes performances
des installations bien dimensionnées
Coefficient de performance (COP) réel autour
de 4-5 à l’échelle du bâtiment (énergie finale)
et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire)
Bon bilan environnemental
Investissement initial un peu moins élevé
Peu de retours d’expériences pour l’instant dans
les bâtiments de logements collectifs et tertiaires
Coefficient de performance (COP) réel autour
de 1 à 2 à l’échelle du bâtiment (énergie finale)
et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire)
Bon bilan environnemental
PAC géothermiques électriques PAC géothermiques gaz à absorption
FAQ
On entend dire que les performances des pompes à chaleur ne sont pas aussi
élevées que ce que disent les fabricants. Qu’en dit l’ADEME ?
Pour les PAC aérothermiques, il y a effectivement souvent une différence notable entre les performances théoriques
normées calculées par les fabricants et les performances réelles. Ceci vient principalement du fait que la température
de la ressource (l’air) fluctue et fait varier à la baisse les performances en hiver.
En géothermie, ce problème n’existe pas puisque la ressource naturelle est en général très stable toute l’année.
Ceci étant,pour assurer le bon fonctionnement de n’importe quelle installation énergétique,il est nécessaire d’assurer
périodiquement des actions de maintenance préventives voire curatives et de suivre régulièrement les performances.
FAQ
Les systèmes hybrides sont-ils plus économiques ?
Les systèmes hybrides,avec une PAC géothermique et un appoint de chauffage et/ou de froid,ont l’inconvénient de
faire intervenir plusieurs systèmes. Il faut donc être très attentif aux réglages et à l’exploitation des systèmes, ce qui
demande des compétences très pointues. Par contre, ce sont souvent les systèmes les plus pertinents d’un point
de vue technico-économique, c’est pourquoi ils sont très répandus.
L’ADEME peut vous aider :
L’ADEME Pays de la Loire peut informer et aider les maîtres d’ouvrage à orienter leurs projets en phase amont
et faciliter les rencontres avec les maîtres d’ouvrage et professionnels ayant déjà réalisé des installations. En
fonction des années, des politiques nationales et régionales, l’ADEME Pays de la Loire peut proposer des
subventions pour la réalisation d’études préalables géothermiques et pour le cofinancement des travaux.
Contacts :
ADEME Pays de la Loire : 02 40 35 68 00 (standard)
ademe.paysdelaloire@ademe.fr
AFPG Association Française des Professionnels de la Géothermie : 09 81 64 74 12
contact@afpg.asso.fr
En savoir plus :
www.paysdelaloire.ademe.fr
www.geothermie-perspectives.fr/
www.afpg.asso.fr/
www.brgm.fr/
Coût des réparations
sur 20 ans
Coût des consommations
d’énergie sur 20 ans
Coût de l’entretien
sur 20 ans
Investissement +
financement
Géothermie
+ appoint gaz
Gaz +
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L’ADEME en bref
L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie
(ADEME) participe à la mise en œuvre des politiques
publiques dans les domaines de l’environnement, de
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capacités d’expertise et de conseil à disposition des
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dans leur démarche environnementale.
L’Agence aide en outre au financement de projets, de la
recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines
suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols,
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L’ADEME est un établissement public sous la tutelle
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Livret technique : comprendre et choisir la géothermie - Ademe

  • 1. Livret technique Maîtres d’ouvrage, architectes et tous ceux qui veulent chauffer ou refroidir un bâtiment EAUSOUTERRAINE CHAUFFAGE RAFRAÎCHISSEMENT B Â T IM ENTS T E R T I AIRE S COLLECTIVITÉS POMPEÀCHALEUR PERFORMANCES SONDESVERTICALES AVENIR CHANGEMENTCLIM A TIQUE COÛT GÉOTHERMIE Comprendre et choisir la géothermie
  • 2. Comprendre et choisir la géothermie Sommaire Pourquoi ce livret ? 3 Qu’entend-on par « Géothermie » ? 4/5 Comprendre la Pompe À Chaleur géothermique « sur sondes » • Pompe à chaleur sur champ de Sondes GéothermiquesVerticales (PAC sur SGV) 6 • Pompe à chaleur géothermique sur FondationsThermoActives(PAC sur FTA) 7 Comprendre la Pompe À Chaleur géothermique « sur eau » • Pompe à chaleur géothermique sur Eau SouTerraine (PAC sur EST) 8 • Pompe à chaleur sur Eau de Mer (PAC sur EDM) 9 La géothermie, par extension • Applications similaires à la géothermie 10 • Utilisation des PAC géothermiques pour alimenter des micro-réseaux de chaleur et de froid 10 Monter un projet de PAC géothermique en Pays de la Loire 11 Pour aller plus loin 12/13 • Mémo 1 : Fonctionnement d’une PAC & comparaison géothermie/aérothermie 12 • Mémo 2 : Les PAC électriques et les PAC gaz à absorption 12 • Mémo 3 :Analyse économique en coût global 13 • FAQ 12/13 • L’ADEME contacts 13 1 2 3 4 5 6 Foration pour PAC sur SGV Fonctionnement d’une PAC & comparaison entre la géothermie et l’aérothermie Une pompe à chaleur est une machine à « cycle thermodynamique », comme les réfrigérateurs. Elle a la particularité de pouvoir prélever de la chaleur dans un milieu à faible température et de la restituer dans un milieu à température plus élevée. Plus l’écart de température entre ces deux milieux est faible, meilleures seront les performances de la PAC. Dans le cas de la géothermie, la source dite « froide » (le sous-sol ou l’eau du sous-sol) est à environ 12-15°C toute l’année, et les circuits de chauffage, la source dite « chaude », fonctionnent en général entre 30 et 45°C. Les émetteurs de chaleur peuvent être par exemple des planchers chauffants ou radiateurs basse température. Dans le cas de l’aérothermie, le fonctionnement est similaire, mais la source froide est l’air. Or, la température de l’air varie fortement en fonction des saisons. Ainsi, en hiver, la différence de température entre le milieu à faible température (air à -5°C par exemple) et le milieu à température plus élevée est très grande et les performances de la PAC bien plus faibles. La régularité des performances d’une pompe à chaleur géothermique est un très gros avantage pour le chauffage d’hiver. Mémo 1 FAQ Les PAC électriques ont-elles un impact néfaste sur le réseau de distribution d’électricité ? Dans certains cas particuliers, l’accumulation de PAC électriques sur un même réseau communal d’électricité peut générer des chutes de tensions. Avant d’investir, l’ADEME préconise de se rapprocher de son syndicat d’électricité local pour s’assurer que cela n’arrivera pas. Pour aller plus loin6 Actuellement,les PAC géothermiques fonctionnent en général à l’électricité.Néanmoins,depuis quelques années, un nouveau type de PAC commence à se développer : la PAC gaz à absorption.Comme les PAC électriques, elles peuvent être soit aérothermiques, soit géothermiques. Mais le principe théorique de fonctionnement est assez différent,et les critères de choix technico-économiques le sont aussi.L’impact environnemental reste néanmoins globalement assez similaire. Les PAC électriques et les PAC gaz à absorptionMémo 2 Investissement initial assez élevé Retours d’expériences précis et fiables qui prouvent les très bonnes performances des installations bien dimensionnées Coefficient de performance (COP) réel autour de 4-5 à l’échelle du bâtiment (énergie finale) et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire) Bon bilan environnemental Investissement initial un peu moins élevé Peu de retours d’expériences pour l’instant dans les bâtiments de logements collectifs et tertiaires Coefficient de performance (COP) réel autour de 1 à 2 à l’échelle du bâtiment (énergie finale) et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire) Bon bilan environnemental PAC géothermiques électriques PAC géothermiques gaz à absorption FAQ On entend dire que les performances des pompes à chaleur ne sont pas aussi élevées que ce que disent les fabricants. Qu’en dit l’ADEME ? Pour les PAC aérothermiques, il y a effectivement souvent une différence notable entre les performances théoriques normées calculées par les fabricants et les performances réelles. Ceci vient principalement du fait que la température de la ressource (l’air) fluctue et fait varier à la baisse les performances en hiver. En géothermie, ce problème n’existe pas puisque la ressource naturelle est en général très stable toute l’année. Ceci étant,pour assurer le bon fonctionnement de n’importe quelle installation énergétique,il est nécessaire d’assurer périodiquement des actions de maintenance préventives voire curatives et de suivre régulièrement les performances. ©ADEME Comprendre et choisir la géothermie 2 / 3 Pourquoi ce livret ? Notre époque doit faire face à de grands enjeux énergétiques et climatiques. Les choix d’énergie pour un bâtiment ont de nombreux impacts, bons ou mauvais, forts ou faibles, à court ou long terme,locaux et internationaux. Les réglementations thermiques qui se succèdent rendent la construction et la rénovation de bâtiment de plus en plus complexe. Dans ce contexte, il est difficile pour les maîtres d’ouvrages de s’informer sur les différentes solutions énergétiques performantes. Par l’intermédiaire de ce livret technique, l’ADEME Pays de la Loire a souhaité synthétiser les principales informations qu’il est utile de connaître pour envisager, étudier et éventuellement choisir la géothermie afin de chauffer et refroidir des bâtiments. Il est principalement destiné aux maîtres d’ouvrage (hors particuliers) et architectes. Si l’ADEME a réalisé ce livret, c’est d’abord parce qu’elle juge que cette filière propose des solutions énergétiques pertinentes et que celles-ci méritent d’être mieux connues des maîtres d’ouvrage et bien plus souvent appliquées. Ce livret décrit les différentes techniques de géothermie, leurs avantages, leurs limites et leurs potentiels en Pays de la Loire. Il donne des repères, des chiffres clés puis présente les principales étapes d’un projet. Mise en place d’un puits géothermique pour PAC sur EST ©ADEME
  • 3. Comprendre et choisir la géothermie 4 / 5 Bâtiments ou ensemble de bâtiments jusqu’à ~ 5 000 m2 environ Bâtiments ayant des fondations assez nombreuses et profondes (> 10 m) Bâtiments ou ensemble de bâtiments de taille moyenne à grande (~ 2 000 à 20 000 m2 environ) Pompe à chaleur géothermique sur champ de sondes Pompe à chaleur géothermique sur fondations thermoactives Pompe à chaleur géothermique sur eau de sous-sol (ou sur « aquifère ») Pompe à chaleur géothermique sur eau de surface (mer, rivière, lac...) Eau tempérée (~ 12-20 °C) contenue dans le sous-sol des 200 premiers mètres de la croûte terrestre Croûte terrestre entre 0 et 200 m de profondeur La croûte terrestre à l’échelle de la profondeur des fondations d’un bâtiment Eau de surface tempérée (~ 0-20° C) Très bon potentiel sur presque toute la région Bon potentiel, à nuancer selon les zones géologiques Bon potentiel, à nuancer fortement selon les zones géologiques et géographiques Chauffage et refroidissement d’un bâtiment Chauffage, refroidissement et/ou préchauffage d’eau sanitaire Qu’entend-on par géothermie ?1 Géothermie profonde et intermédiaire Utilisation directe de la chaleur Fourniture d’électricité à des milliers de logements ou à des industriels Alimenter en énergie un gros réseau de chaleur urbain de plusieurs milliers de logements Maison individuelle Centrale électrique géothermique Chauffage urbain en géothermie profonde Pompe à chaleur géothermique sur 1 ou 2 sondes verticales Pompe à chaleur géothermique sur capteurs horizontaux et autres capteurs à faible profondeur Eau très chaude (~ 150-300 °C) disponible à grande profondeur (~ 1-3 km) dans certaines zones géologiques très particulières (Guadeloupe par exemple) Eau chaude (~ 50-100 °C) disponible à grande profondeur (~ 0,5-3 km) dans certaines zones géologiques (bassins parisien et aquitain par exemple) Croûte terrestre entre 0 et 200 m de profondeur Croûte terrestre sur ~ 0,5 à 5 m de profondeur environ Production d’électricité Chauffage et eau chaude sanitaire Chauffage, refroidissement et/ou préchauffage d’eau sanitaire Géothermie assistée par pompe à chaleur Applications en maison individuelle Recherche et développement Courant dans certaines zones Nombreux retours d’expériences Très courant Aucun potentiel Très bon potentiel sur presque toute la région Applications et cibles Type de technologie Type de ressource naturelle exploitée Objet Fréquence et maturité technologique Potentiel de développement en Pays de la Loire Non développé dans ce livret car ces solutions n’ont aucun potentiel dans la région. Non développé dans ce livret car ces solutions concernent les applications en maisons individuelles. Pour plus d’information, contactez les Espaces Info Énergie www.info-energie-paysdelaloire.fr Chauffage, refroidissement et/ou préchauffage d’eau sanitaire Maison individuelle Pompe à chaleur géothermique sur 1 ou 2 sondes verticales Pompe à chaleur géothermique sur capteurs horizontaux et autres capteurs à faible profondeur Croûte terrestre entre 0 et 200 m de profondeur Croûte terrestre sur ~ 0,5 à 5 m de profondeur environ Chauffage, refroidissement et/ou préchauffage d’eau sanitaire Géothermie assistée par pompe à chaleur Applications en maison individuelle Très courant Très bon potentiel sur presque toute la région Géothermie assistée par pompe à chaleur Applications en bâtiment collectif et tertiaire Très courant Très courant Ces solutions présentent un bon, voire très bon, potentiel dans la région. Ce livret vous aidera à mieux connaître les avantages et limites de chacune de ces applications et à comprendre les étapes pour monter un projet. Pour aller plus loin sur les types de géothermie : www.developpement-durable.gouv.fr, rubrique géothermie. Quelques projets en France Très courant en Suisse et Autriche Peu courant, en développement ©ADEME
  • 4. Comprendre et choisir la géothermie 6 / 7 Avantages Aucune consommation de foncier supplémentaire : avantage important en milieu urbain très contraint. Le surcoût est raisonnable et le bilan en coût global souvent très intéressant. Les performances du système sont relativement régulières tout au long de l’année. Limites Comme pour les PAC sur SGV, il faut impéra- tivement étudier l’équilibre thermique du sous-sol à moyen et long terme. Le nombre de professionnels qualifiés pour la conception et la mise en œuvre sont peunombreux. Nécessite une maintenance qualifiée, mais qui reste simple et peu onéreuse par rapport à d’autres énergies. Pompe à chaleur géothermique sur fondations thermoactives (PAC sur FTA) Schéma d’un bâtiment avec fondations thermoactives et parois moulées Pompe à chaleur Pieux de fondation équipés d’un échangeur de chaleur 30 m Principe Le principe est similaire aux PAC sur SGV. La particularité vient du fait que les sondes géothermiques sont intégrées aux fondations du bâtiment,si tant est que celles-ci soient suffisamment profondes (>10 m en général). Les sondes géothermiques sont de ce fait plus petites que pour les PAC sur SGV mais parfois plus nombreuses et les enjeux technico-économiques sont légèrement différents. Cette technologie est courante depuis longtemps dans certains pays comme l’Autriche. Plusieurs sites fonctionnent déjà en France et donnent satisfaction. La filière française en est à ses débuts mais est assez prometteuse. Bon potentiel en Pays de la Loire Le potentiel correspond à l’ensemble des bâtiments neufs nécessitant des fondations profondes de plus de 10 m environ, ou avec des parois souterraines (parking souterrain par exemple). Chaufferie : départ des sondes géothermiques ©ADEME ©BRGM/ADEME 2 Comprendre la pompe à chaleur géothermique « sur sondes » Avantages Peut subvenir aux besoins de chauffage, refroidis- sement et préchauffage d’eau chaude sanitaire. Système fiable et performant : les retours d’expériences réels de l’ADEME montrent que pour 1 kWh d’énergie électrique consommée par la PAC, 3,5 à 5 kWh sont restitués au bâtiment. Les performances du système sont régulières tout au long de l’année, elles ne dépendent pas du climat. Les projets bien adaptés et bien dimensionnés sont très avantageux en coût global. Les systèmes hybrides (avec une chaudière d’appoint) sont souvent les plus pertinents économiquement. Le mode « freecooling » permet de rafraîchir un bâtiment à des coûts et performances excep- tionnelles. Durée de vie des sondes géothermiques très longue (supérieure à 30 ans). Limites Surcoût d’investissement relativement important. Les systèmes hybrides (avec chaudière d’appoint) sont souvent de bons compromis technico- économiques. Les études de faisabilité géothermiques sont parfois plus coûteuses que pour d’autres énergies et viennent s’ajouter aux études thermiques régle- mentaires, mais des subventions peuvent exister (voir paragraphe « L’ADEME peut vous aider »). Nécessite une maintenance qualifiée, mais qui reste simple et peu onéreuse par rapport à d’autres énergies. Si elle est trop sollicitée, la réserve locale de chaleur du sous-sol peut s’épuiser. Pour éviter cela, des précautions de dimensionnement ou de recharge thermique du sous-sol (naturelle ou artificielle) doivent être étudiées. Très bon potentiel en Pays de la Loire La faisabilité de PAC sur SGV est évaluée en fonction de l’adéquation d’un potentiel géologique et de besoins énergétiques. Il faut pour cela conduire des études approfondies. On estime à environ 70 % la part du territoire des Pays de la Loire ayant une géologie très favorable aux PAC sur SGV, et à seulement 5 % la part du territoire où ces applications sont impossibles. Principe Un système de PAC sur SGV consiste à faire circuler, en circuit fermé,un liquide composé d’eau et d’antigel dans plusieurs sondes verticales, constituées par un réseau de tubes en résine disposés à la verticale dans des forages de 100 m de profondeur environ, afin d’échanger de l’énergie par simple transfert de chaleur puis de l’acheminer jusqu’à la pompe à chaleur. En surface, la PAC permet de transférer la chaleur puisée dans le sol vers le bâtiment à chauffer (c’est le mode chauffage) ou d’injecter de la chaleur en provenance du bâtiment vers le sol (c’est le mode refroidissement du bâtiment). Le champ de sondes peut également être utilisé comme source de rafraîchissement sans avoir recours aux pompes à chaleur : on parle de mode « geocooling » ou « freecooling ». Pompe à chaleur sur champ de sondes géothermiques verticales (PAC sur SVG) Schéma d’un bâtiment avec un champ de sondes Emetteur Pompe à chaleur Champ de sondes Distribution ©BRGM/ADEME
  • 5. Pompe à chaleur sur eau de mer (PAC sur EDM) Les PAC sur EDM fonctionnent sur le même principe théorique que la PAC sur EST. Les caractéristiques et contraintes techniques, économiques, réglementaires et environnementales sont assez spécifiques, mais peuvent répondre de façon tout à fait pertinente aux besoins énergétiques d’un ou plusieurs bâtiments. Quelques exemples français existent déjà. Dans le cas d’une PAC sur eau de mer, la ressource thermique prélevée en profondeur (50 m par exemple) est relativement stable en température et inépuisable. La pertinence d’un tel système résulte d’un compromis entre son coût, la nature et la quantité de besoins énergétiques, la taille du réseau de tuyauterie… L’alimentation en énergie de plusieurs bâtiments permet souvent de rentabiliser l’investissement. Exemple de PAC sur eau de mer Comprendre et choisir la géothermie 8 / 9 Mise en place d’un puits géothermique pour PAC sur EST PAC EchangeurPAC ©ADEME ©ADEME Avantages Peut subvenir à des besoins de chauffage, refroi- dissement et préchauffage d’eau chaude sanitaire pour un voire plusieurs bâtiments. Système souvent très performant : les retours d’expériences réels de l’ADEME montrent que pour 1 kWh d’énergie électrique consommée par la PAC, 4,5 à 5,5 kWh sont restitués au bâtiment. Les performances du système sont régulières tout au long de l’année. Les projets peuvent être extrêmement avantageux en coût global. Le mode « freecooling » permet de rafraîchir un bâtiment à des coûts et performances excep- tionnelles. Limites Lorsque l’on a la chance d’avoir une source en eau importante, de qualité et à faible profondeur, les PAC sur EST sont très pertinentes d’un point de vue environnemental, technique et économique ; il n’y a pas vraiment d’équivalent pour le même service rendu.Mais l’eau disponible peut parfois être en quantité insuffisante voire quasi nulle, en qualité partiellement ou totalement inadaptée, située à trop grande profondeur (le coût du forage est alors élevé)… Il faut alors étudier si le compromis reste avantageux ou non. Les études de faisabilité sont pointues et coûtent cher, comparées aux autres systèmes énergétiques, mais des solutions d’assurance et de subvention peuvent exister. L’exploitation de PAC sur EST peut être soumise à une autorisation administrative des services de l’état (DREAL des Pays de la Loire), les démarches administratives peuvent prendre quelques semaines à quelques mois. Les forages d’injection et de réinjection doivent être distants d’au minimum plusieurs dizaines de mètres l’un de l’autre, il faut donc avoir le foncier disponible. Schéma d’un bâtiment avec un doublet géothermique Forage d’injection Forage de prélèvement Distribution Pompe à chaleur Principe Un système de PAC sur EST, couramment appelée PAC sur aquifère ou encore PAC sur eau de nappe, consiste à pomper de l’eau située dans le sous-sol par l’intermédiaire d’un forage pour l’acheminer (via un échangeur) jusqu’à la PAC afin d’en prélever l’énergie, avant de réinjecter l’eau dans le sous-sol par l’intermédiaire d’un second forage. La PAC permet alors de transférer la chaleur prélevée dans l’eau vers le bâtiment à chauffer (mode chauffage) ou d’injecter de la chaleur en provenance d’un bâtiment vers l’eau (mode rafraîchissement). L’eau peut également être utilisée simplement par un échangeur comme source de rafraîchissement sans avoir recours aux PAC : on parle alors de « geocooling » ou « freecooling ». Potentiel nuancé en Pays de la Loire Les PAC sur EST sont directement assujetties aux caractéristiques hydrogéologiques du site en termes de disponibilité et de qualité de l’eau au droit du projet. Certaines zones des Pays de la Loire contiennent de l’eau en quantité suffisante pour subvenir aux besoins de chaleur et/ou de froid de très gros bâtiments, d’autres zones n’en contiennent quasiment pas. D’autre part, la qualité de l’eau rencontrée, autrement dit sa composition chimique, peut parfois endommager les ouvrages techniques et d’autre fois n’avoir aucun impact de ce type.Le potentiel est donc très aléatoire et doit être étudié par des experts en hydrogéologie. Pompe à chaleur géothermique sur eau souterraine (PAC sur EST) Emetteur 3 Comprendre la pompe à chaleur géothermique « sur eau » ©BRGM/ADEME
  • 6. Applications similaires à la géothermie A partir du moment où l’on trouve à proximité d’un bâtiment une ressource en eau dont la température est relativement stable, on peut appliquer le même principe que celui de la géothermie pour produire du froid ou de la chaleur.Voici quelques exemples de ressources de ce type : les PAC sur eaux usées : eaux issues de canalisations urbaines d’eaux usées, les PAC sur eaux d’épuration :eaux usées/traitées situées à l’entrée ou à la sortie des stations d’épuration, les PAC sur eau de récupération : eaux rejetées par un process industriel ou agricole, eaux issues de circuits d’évacuation de chaleur de groupes frigorifiques… En fonction de la nature et des caractéristiques d’une ressource géothermique,il est parfois possible d’alimenter en chaud et/ou en froid plusieurs bâtiments, voire un quartier. Les PAC sur SGV peuvent trouver des applications en micro-réseaux « en ligne » ou « en étoile »,c’est- à-dire à l’échelle de quelques bâtiments disposés sur une même rue, ou répartis en îlot. Les PAC sur EST et sur eau de mer par exemple, peuvent se développer à l’échelle de quartiers entiers, sous forme de : «boucled’eautempérée»ou«boucledécentralisée», Utilisation des PAC géothermiques pour alimenter des micro-réseaux de chaleur et de froid c’est-à-dire un réseau d’eau à température similaire à celle de la source naturelle (environ 15° C), qui alimente autant de PAC qu’il y a de bâtiments à chauffer et/refroidir, réseau de chaleur et/ou réseau de froid, c’est à dire un réseau qui est alimenté par une PAC centrale qui peut produire du chaud (à environ 45-50° C) dans un réseau et/ou du froid dans un réseau parallèle, et qui fournit de l’énergie à tous les bâtiments raccordés. La géothermie, par extension4 ©BRGM Etudier et choisir une PAC géothermique pour un bâtiment ou un groupe de bâtiments présente des particularités par rapport à d’autres types de systèmes énergétiques, voici comment peuvent s’intégrer les démarches spécifiques d’un projet géothermique : Monter un projet de PAC géothermique en Pays de la Loire 5 Etude initiale d’estimation et d’optimisation des besoins1 Volet spécifique « Etude de préfaisabilité géothermique » Etude initiale de comparaison des différents systèmes énergétiques 2 Etude de faisabilité PAC géothermique avec forage test et analyse du sous-sol Etude de faisabilité d’une solution alternative Etude/définition d’une solution de référence 3 Rédaction des parties spécifiques au lot « forages géothermiques » Etude et description très détaillée puis rédaction du CCTP 4 Analyse des offres des entreprises de travaux Analyse des lots liés aux forages géothermiques 5 Vérification Réception des forages et raccordement à la PAC Réception, mise en service, réglages, mise au point, formation et sensibilisation de l’exploitant 7 Suivi des travaux des entreprises de forage géothermique Suivi des travaux6 Réaliser des études de faisabilités géothermiques exige des connaissances et une expertise pointues. Très rares sont les entreprises qui possèdent l’ensemble des compétences nécessaires. Il est donc souvent pertinent de s’adjoindre les compétences d’un bureau d’études thermiques généraliste et celles d’un autre bureau d’études spécialisé dans la géothermie et l’hydrogéologie, et ce, le plus en amont possible du projet. Comprendre et choisir la géothermie 10 / 11
  • 7. 6 Une analyse économique d’un choix énergétique ne peut se faire qu’en coût global, c’est-à-dire prenant en compte toutes les dépenses liées au système sur une période donnée, par exemple 20 ou 30 ans. Chaque tranche de dépense (investissement, dépenses énergétiques, maintenance…) peut être analysée selon son coût, sa fluctuation, son incertitude, son impact sur l’emploi... puis comparée au coût global d’une solution de référence. On remarque alors souvent que la géothermie présente de nombreux arguments économiques : Total du coût global favorable et moins aléatoire dans le temps. Dépenses énergétiques beaucoup plus faibles, donc diminution de la dépendance géopolitique,diminution de la vulnérabilité à l’évolution du prix de l’énergie. Investissement important, favorable à l’emploi local. Mémo 3 Analyse économique en coût global Fonctionnement d’une PAC & comparaison entre la géothermie et l’aérothermie Une pompe à chaleur est une machine à « cycle thermodynamique », comme les réfrigérateurs. Elle a la particularité de pouvoir prélever de la chaleur dans un milieu à faible température et de la restituer dans un milieu à température plus élevée. Plus l’écart de température entre ces deux milieux est faible, meilleures seront les performances de la PAC. Dans le cas de la géothermie, la source dite « froide » (le sous-sol ou l’eau du sous-sol) est à environ 12-15°C toute l’année, et les circuits de chauffage, la source dite « chaude », fonctionnent en général entre 30 et 45°C. Les émetteurs de chaleur peuvent être par exemple des planchers chauffants ou radiateurs basse température. Dans le cas de l’aérothermie, le fonctionnement est similaire, mais la source froide est l’air. Or, la température de l’air varie fortement en fonction des saisons. Ainsi, en hiver, la différence de température entre le milieu à faible température (air à -5°C par exemple) et le milieu à température plus élevée est très grande et les performances de la PAC bien plus faibles. La régularité des performances d’une pompe à chaleur géothermique est un très gros avantage pour le chauffage d’hiver. Mémo 1 FAQ Les PAC électriques ont-elles un impact néfaste sur le réseau de distribution d’électricité ? Dans certains cas particuliers, l’accumulation de PAC électriques sur un même réseau communal d’électricité peut générer des chutes de tensions. Avant d’investir, l’ADEME préconise de se rapprocher de son syndicat d’électricité local pour s’assurer que cela n’arrivera pas. Comprendre et choisir la géothermie 12 / 13 Pour aller plus loin6 Actuellement,les PAC géothermiques fonctionnent en général à l’électricité.Néanmoins,depuis quelques années, un nouveau type de PAC commence à se développer : la PAC gaz à absorption.Comme les PAC électriques, elles peuvent être soit aérothermiques, soit géothermiques. Mais le principe théorique de fonctionnement est assez différent,et les critères de choix technico-économiques le sont aussi.L’impact environnemental reste néanmoins globalement assez similaire. Les PAC électriques et les PAC gaz à absorptionMémo 2 Investissement initial assez élevé Retours d’expériences précis et fiables qui prouvent les très bonnes performances des installations bien dimensionnées Coefficient de performance (COP) réel autour de 4-5 à l’échelle du bâtiment (énergie finale) et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire) Bon bilan environnemental Investissement initial un peu moins élevé Peu de retours d’expériences pour l’instant dans les bâtiments de logements collectifs et tertiaires Coefficient de performance (COP) réel autour de 1 à 2 à l’échelle du bâtiment (énergie finale) et 1-2 à l’échelle de la France (énergie primaire) Bon bilan environnemental PAC géothermiques électriques PAC géothermiques gaz à absorption FAQ On entend dire que les performances des pompes à chaleur ne sont pas aussi élevées que ce que disent les fabricants. Qu’en dit l’ADEME ? Pour les PAC aérothermiques, il y a effectivement souvent une différence notable entre les performances théoriques normées calculées par les fabricants et les performances réelles. Ceci vient principalement du fait que la température de la ressource (l’air) fluctue et fait varier à la baisse les performances en hiver. En géothermie, ce problème n’existe pas puisque la ressource naturelle est en général très stable toute l’année. Ceci étant,pour assurer le bon fonctionnement de n’importe quelle installation énergétique,il est nécessaire d’assurer périodiquement des actions de maintenance préventives voire curatives et de suivre régulièrement les performances. FAQ Les systèmes hybrides sont-ils plus économiques ? Les systèmes hybrides,avec une PAC géothermique et un appoint de chauffage et/ou de froid,ont l’inconvénient de faire intervenir plusieurs systèmes. Il faut donc être très attentif aux réglages et à l’exploitation des systèmes, ce qui demande des compétences très pointues. Par contre, ce sont souvent les systèmes les plus pertinents d’un point de vue technico-économique, c’est pourquoi ils sont très répandus. L’ADEME peut vous aider : L’ADEME Pays de la Loire peut informer et aider les maîtres d’ouvrage à orienter leurs projets en phase amont et faciliter les rencontres avec les maîtres d’ouvrage et professionnels ayant déjà réalisé des installations. En fonction des années, des politiques nationales et régionales, l’ADEME Pays de la Loire peut proposer des subventions pour la réalisation d’études préalables géothermiques et pour le cofinancement des travaux. Contacts : ADEME Pays de la Loire : 02 40 35 68 00 (standard) ademe.paysdelaloire@ademe.fr AFPG Association Française des Professionnels de la Géothermie : 09 81 64 74 12 contact@afpg.asso.fr En savoir plus : www.paysdelaloire.ademe.fr www.geothermie-perspectives.fr/ www.afpg.asso.fr/ www.brgm.fr/ Coût des réparations sur 20 ans Coût des consommations d’énergie sur 20 ans Coût de l’entretien sur 20 ans Investissement + financement Géothermie + appoint gaz Gaz + groupe froid Comparaison des coûts de deux systèmes énergétiques sur 20 ans
  • 8. L’ADEME en bref L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l’environnement, de l’énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d’expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale. L’Agence aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l’air et la lutte contre le bruit. L’ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministère de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie,et du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche. Coordination et rédaction technique : François Le Guilcher (ADEME) Coordination éditoriale : Yves Pageot et Susana Nunes (ADEME) ADEME Direction Régionale des Pays de la Loire 5 bdVincent Gâche - CS 90302 - 44203 Nantes Cedex 2 Tél. 02 40 35 68 00 - Fax 02 40 35 27 21 ademe.paysdelaloire@ademe.fr-www.paysdelaloire.ademe.fr www.ademe.fr 500exemplairesl12/2013lCréditphotographique:ADEME,BRGMlProduction:R.LePoullImpriméavecdesencresàbasevégétalesurpapier100%recycléetéco-labelliséparimprimeurcertifiéImprim’Vert