Les Sondes Géothermiques Verticales (SGV) pour le particulier
Le forage et l’installation d’une ou de plusieurs sondes géothermiques verticales, lorsqu’il n’y a pas de ressources en eau souterraine à l’aplomb du site, est une bonne solution pour la géothermie assistée par pompe à chaleur.
Elle permet de s’affranchir des contraintes liées aux capteurs horizontaux (nécessité d’une superficie suffisante de terrain) ou aux captages verticaux sur nappe (présence d’une nappe, température, débit).
La puissance frigorifique moyenne extraite du sol au mètre linéaire des capteurs verticaux est de 45 W/m. Cela signifie qu’une sonde de 100 m donne une puissance d’environ 4,5 kW.
Les installations de géothermie sur sondes verticales ont un rendement et une longévité supérieurs aux capteurs horizontaux puisqu’une sonde a une durée de vie d’une centaine d’année environ.
Le Principe
Un forage vertical est réalisé par un foreur agréé (Norme RGE-QualiForage disponible sur le site internet Qualit’EnR).
Une sonde géothermique (tube en U, double U ou spirale en polyéthylène ou sonde coaxiale) est mise en place dans le forage. Elle contient de l’eau glycolée (fluide caloporteur) circulant en circuit fermé. Cette sonde est testée en pression en surface avant son implantation dans le forage puis dans le forage avant cimentation afin de prévenir toute fuite. Il serait donc encore temps de la changer s’il y a un défaut.
Le foreur rebouche ensuite ce forage avec un mélange de bentonite. Cette injection de coulis doit ce faire par le pied de sonde grâce un « tube perdu », ainsi le coulis de bentonite est injecté du bas vers le haut et évite toute cavité formée dans le puit. En effet, l’air étant un mauvais conducteur, laisser des vides dans le puits conduirait à des pertes thermiques significatives.
IMPORTANT : La non injection par le pied est une des raisons pour lesquelles une installation peut avoir des dysfonctionnements (perte du rendement, mauvais échange avec le terrain, …).
Une fois la cimentation terminée, un Test de Réponse Thermique (TRT) est réalisé et permet de vérifier la capacité thermique de l’installation.
La longueur totale des sondes géothermiques dépend de 2 facteurs :
- La puissance de la PAC installée (calculée en fonction des besoins énergétiques et des déperditions de l’habitation).
- La capacité énergétique du terrain (dépend des conditions géologiques du terrain).
Calcul des sondes
Pour connaitre la profondeur du forage nécessaire à l’installation de sondes géothermiques pour chauffer une habitation, il faut calculer la puissance froid de la pompe à chaleur. C’est la puissance qui va être fournie par la ou les sondes géothermiques.
Pour cela, vous avez besoin de connaître :
- La puissance chaud de la PAC. C’est la puissance électrique restituée par la pompe à chaleur. Elle est indiquée sur les documentations commerciales des fabricants (prendre la valeur donnée pour B0/W35 pour une geothermie avec forage sur sonde géothermique + plancher chauffant).
- La puissance électrique du compresseur. C’est la puissance absorbée de la PAC.
- La puissance que l’on peut extraire selon la qualité du sol.
P. élec = P. chaud / COP
P. froid = P. chaud – P. élec
Profondeur de forage (m) = P. froid (en W) / W extraits du sol au ml
En moyenne, il est possible d’obtenir une extraction de chaleur spécifique de 45 W/m de forage sur sonde géothermique, pour 1800 heures de fonctionnement par an.
Puissance extraite et heures de fonctionnement de la PAC
Source : BRGM & ADEME
La puissance extraite du terrain par mètre de sonde géothermique est calculée pour une durée annuelle de fonctionnement de la pompe à chaleur (1800 h).
Cette puissance exprimée en Watt par mètre (W/m) va varier en fonction de la durée de fonctionnement de la pompe à chaleur (PAC).
C’est important de comprendre que plus la pompe à chaleur fonctionne, plus le terrain est sollicité. Il faudra réévaluer la puissance extraite des sondes géothermiques à la baisse.
Facteur d’influence sur les heures de fonctionnement de la PAC en plus du mode chauffage :
- ECS (Eau Chaude Sanitaire),
- Chauffage de piscine (en plus du chauffage hivernal),
- Altitude du logement.
Exemple de calcul
Si la pompe à chaleur dont a besoin votre habitation restitue 10 kW, et qu’elle a un COP de 4,5 :
- P. élec = 10 / 4,5 = 2,22 kW
- P. froid = 10 – 2,22 = 7,78 kW
Cela veut dire qu’il faut récupérer 7,78 kW avec le capteur extérieur.
- Profondeur du forage (m) = 7780 W / 45 = 172 m
La profondeur du forage nécessaire à l’installation de sondes géothermiques pour chauffer cette habitation avec cette pompe à chaleur sera de 172 mètres. La nouvelle réglementation dite de GMI (Géothermie de Minime Importance) permet de forer à 200 m avec une simple déclaration. En revanche, au delà de 150 m, il faut adapter les sondes, il serait donc préférable de réaliser 2 forages de 86 mètres.
Espacement des sondes
L’espacement entre sondes préconisé par la NF X10-970 est de 10 m.
Cette distance peut être réduite jusqu’a 6 m minimum en fonction de la géologie rencontrée.
Des calculs précis peuvent être réalisés pour trouver exactement la distance de séparation des sondes.
Sur le long terme :
Evolution à long terme (30 ans) de la température moyenne du sol
Comme visible sur le graphique ci-dessus, la température du sol diminue légèrement sur le long terme jusqu’à trouver un pallier en dessous duquel la température ne descend plus. Ainsi, en trente ans, le sol perd en moyenne 1°C. Si l’installation fonctionne en geocooling l’été, il n’y a même pas ce degré de perdu puisqu’il y a une recharge du sol (cf : geocooling).