La géothermie profonde, c’est quoi ?

La géothermie profonde, c’est quoi ?
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Du grec géo (terre) et thermos (chaud), la géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe ainsi que les processus industriels qui visent à l’exploiter, pour produire de l’électricité et/ou de la chaleur. A faible profondeur, cette énergie peut être valorisée pour produire de la chaleur ou du froid si elle est assistée par une pompe à chaleur. Au delà de 1500 mètres, la géothermie permet directement le chauffage des bâtiments, la fourniture d’énergie pour les industriels et la production d’électricité.

La géothermie de surface, c’est quoi ?
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La géothermie, du grec « geo » (terre) et « thermos » (chaud) désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes de la Terre, l’énergie thermique elle-même et les processus industriels qui visent à exploiter cette chaleur naturelle. Ici, la géothermie dite de surface correspond à la partie de la géothermie qui se situe dans le proche sous-sol. Elle se réalise à des profondeurs faibles, généralement inférieures à 200 mètres. Elle permet la production de chaud et d’eau chaude sanitaire grâce au fonctionnement de la pompe à chaleur (PAC) qui prélève de l’énergie dans le sous-sol. Elle permet également la production de froid soit par contournement de la PAC soit par utilisation d’une PAC réversible. La majeure partie des projets de géothermie de surface est qualifiée de GMI (Géothermie de Minime Importance) : il s’agit d’un cadre réglementaire englobant les projets qui se situent entre 10 et 200 mètres de profondeur et échangent une puissance inférieure à 500 kW. Une simple déclaration peut alors être suffisante pour la réalisation des forages. Pour ce faire, les professionnels réalisant les travaux de forage doivent être qualifiés. A ce jour, la seule qualification est Qualiforage, portée par Qualit’ENR. En savoir plus

À qui s’adresse la géothermie de surface ?
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La géothermie de surface peut s’adresser à un public multiple. Les secteurs concernés sont aussi bien publics que privés. Ainsi, l’habitat pour le particulier ou le résidentiel collectif, une collectivité territoriale, une entreprise ou le secteur tertiaire au sens large peuvent bénéficier de la production d’énergie par géothermie de surface. Lire le guide publié en 2017 par l’ADEME sur la géothermie pour le particulier Lire la brochure réalisée par le BRGM sur les avantages de la géothermie pour les collectivités En savoir plus sur les pompes à chaleur pour le particulier ou pour le collectif

Quelles sont les technologies utilisées pour puiser l’eau chaude en profondeur ?
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La géothermie profonde à haute température (plus de 150 °Celsius) se distingue par plusieurs approches développées et explorées dans le monde depuis les années 1970.   La géothermie des roches chaudes sèches (HDR ou Hot Dry Rock), basée sur la fracturation hydraulique a été imaginée aux États-Unis en 1970 et mise en œuvre en France à Soultz-sous-Forêts à la fin des années 1980 dans le cadre d'un projet-pilote européen et franco-allemand. La création d’un échangeur thermique directement sur les roches chaudes en profondeur était obtenu par injection d’eau à très forte pression. La chaleur captée est obtenue par l’injection d’eau de surface dans un puits et la récupération de l’eau réchauffée dans un autre puits. Cette technologie est interdite en France en raison des risques sismiques liés à la fissuration des roches en sous-sol.   La géothermie stimulée (EGS ou Enhanced Geothermal System) (vidéo explicative) a fait suite à l’échec des travaux de type HDR notamment à Soultz-sous-Forêts, seule centrale de la période HDR encore en fonctionnement. En réalité, à Soultz-sous-Forêts, de l’eau géothermale naturelle à été trouvée en grande profondeur (5000 mètres). Le concept technologique a donc évolué vers l’EGS, technologie qui consiste en l’exploitation de fissures naturelles des roches profondes par lesquelles, une fois « nettoyées », le captage peut être réalisé. Le « nettoyage » des fissures s’opère par traitement thermique (injection d’eau froide de surface) ou d’un traitement chimique à l’aide d’un mélange d’eau claire et d’un acide organique biodégradable (acide acétique ou autre) dans le but de dissoudre les sédiments qui obstruent les failles où circule l’eau géothermale. C’est une technique également utilisée depuis plus de 100 ans lors de la réalisation ou de la régénération d’ouvrages d’eau potable.

Est-ce que la géothermie n’est adressée qu’aux constructions neuves ?
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La réponse est clairement NON. Les solutions géothermiques sont à la fois compatibles avec la construction de bâtiments neufs mais sont également applicables à des rénovations ! Il faudra juste vérifier si les émetteurs de chaleur (radiateurs, plancher chauffant, …) sont cohérents par rapport à la PAC. Il est préconisé d’en profiter pour vérifier que l’isolation du bâtiment est suffisante : d’autant qu’une meilleure isolation permettra de diminuer la température dans les émetteurs de chaleur, rendant l’installation encore plus performante. Pour voir des exemples de réalisations : Nos actions >> Nos références en régions Exemple de réalisation dans le neuf : Pavillon neuf à Sennece les Macon Exemple de réalisation en rénovation : Rénovation d'une ancienne école à Besançon

L’eau est-elle puisée dans la nappe phréatique ? Est-ce de l’eau potable ?
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Les aquifères exploités par la géothermie profonde sont des réserves d’eau saline millénaires situées à plusieurs kilomètres de profondeur. Ce ne sont donc pas des nappes d’eau potable. Les nappes phréatiques pourraient potentiellement être polluées de trois manières différentes : par mise en communication avec les eaux géothermales par percement du tubage, par mise en communication avec des eaux plus profondes, par infiltration superficielle des eaux du chantier pendant les travaux de forage. Afin d’éviter toute communication entre l’eau géothermale, les eaux des nappes profondes et les eaux de la nappe alluviale, le puits est pourvu de 6 couches d’étanchéité avec 3 tuyaux en acier emboités. On les appelle des cuvelages ou tubages, ils sont étanches et isolés du terrain au droit des nappes d’eau potable par 3 gaines de ciment adaptées et injectées sur toute leur hauteur. Cela crée ainsi des gaines étanches multicouches jusqu’aux grandes profondeurs. Seule la partie productrice est laissée en « trou ouvert ». Les matériaux sont spécialement sélectionnés pour résister à la salinité de l’eau géothermale ainsi qu’aux fortes différences de températures pouvant exister. Coupe technique d'un forage de géothermie profonde à Rittershoffen (source : ESg)

Quelles sont les applications de la géothermie de surface ?
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Les applications de ce type de géothermie sont nombreuses. Concernant des habitations, des bureaux ou des locaux quelconques, il est possible de chauffer, rafraichir et climatiser. Le chauffage se fait par une pompe à chaleur classique. Pour le rafraichissement, il suffit d’ajouter un bypass qui permet le contournement de la PAC et pour la climatisation, il faut que la pompe à chaleur soit réversible. Il est également possible de chauffer une piscine et de déshumidifier l’air ambiant. Enfin, il est possible de faire de l’eau chaude sanitaire sans installation supplémentaire, soit à l’aide de pompes à chaleur ‘haute température’ ou en utilisant la technique d’eau chaude instantanée avec une pompe à chaleur standard.

Quelle ressource exploite-t-on ?
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La ressource exploitée est la chaleur naturelle de la Terre. Elle est accessible directement dans le sol ou la roche elle-même ainsi que dans les aquifères superficiels, juste sous nos pieds.

D’où provient la chaleur exploitée ?
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La chaleur récupérée dans le sol peut avoir plusieurs origines selon la profondeur de captage. Dans les 10 premiers mètres du sol, la chaleur puisée provient de l’ensoleillement, de l’action du vent et de l’écoulement et infiltration de l’eau de pluie. Dans cette zone, la chaleur dégagée des entrailles de la Terre n’a que très peu d’impact. Ici, ce ne sont que le climat de la zone géographique et les saisons qui influencent les températures. A partir de 15 mètres de profondeur, la température reste constante toute l’année et dépend de la zone géographique et de l’altitude du lieu (typiquement entre 5°C pour des zones montagneuses et 15°C pour des zones proches du niveau de la mer et relativement chaudes). Au-delà de ces 15 mètres, c’est la chaleur dégagée par la Terre qui définit l’augmentation de la température avec un gradient dit géothermique relativement constant d’environ 3,3°C/100 mètres. Ainsi, à 200 mètres de profondeur, il y a une température d’environ 16 à 18°C en France métropolitaine.

Quelles sont les technologies qui permettent de puiser les calories contenues dans le sol ?
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Comme la chaleur peut être puisée entre 0 et 200 mètres et qu’elle est exploitable soit directement dans le sol/la roche soit dans un aquifère, il existe plusieurs technologies :   Doublet de forages sur nappe : un premier forage permet le pompage de l’eau d’une nappe superficielle et le second permet la réinjection de cette eau dans le même aquifère afin que le niveau soit conservé. Cette eau dite froide qui est réinjectée doit être espacée d’une certaine distance du forage de production afin de ne pas refroidir la ressource puisée, et ainsi maintenir dans le temps une température constante.   Sondes géothermiques verticales (SGV) : il est ici nécessaire de réaliser un ou plusieurs forages (ils peuvent se faire soit sous le bâtiment soit en périphérie de celui-ci). Une fois le(s) forage(s) réalisé(s), des sondes remplies de liquide caloporteur sont descendues et cimentées dans le forage. Ce liquide circule en circuit fermé et permet donc un échange thermique dans le sol sans contact entre ce liquide et le sol. Si plusieurs sondes sont nécessaires, on appelle cela un champ de sondes.   Capteurs horizontaux: Aucun forage n’est nécessaire puisqu’il s’agit de placer des tuyaux remplis de fluides caloporteurs à très faible profondeur (environ 80 centimètres sous la surface), mais dans tous les cas à 20 centimètres sous le point de gelée de la région en question. Il faut prévoir une surface de terrain ‘réservée à la géothermie’ (environ deux fois la surface de l’habitation à chauffer, selon le niveau d’isolation du bâtiment). Il s’agit ici de travaux de terrassement : il n’est donc pas nécessaire de faire appel à un foreur qualifié, et il n’y a ni déclaration ni autorisation à demander au titre du Code Minier.   Échangeurs compacts / Corbeilles géothermiques: Il s’agit ici de réaliser un trou de quelques mètres de profondeur (typiquement 3 à 4 mètres pour les corbeilles géothermiques), dans lequel est placé un tuyau enroulé permettant une grande surface d’échange avec peu de profondeur. Un forage n’est pas nécessaire, une pelle mécanique étant normalement suffisante. Plusieurs corbeilles sont nécessaires pour subvenir aux besoins thermiques d’une habitation. Dans ce cas également, il n’est pas nécessaire de faire appel à un foreur qualifié et il n’y a ni déclaration ni autorisation à demander au titre du Code Minier.   Fondations thermoactives: il s’agit d’utiliser les pieux du bâtiment en installant un tube fixé sur le ferraillage de la fondation. De fait, la fondation devient un équipement permettant le transfert de froid et de chaleur. Cette technique permet de réduire l’investissement du captage, les forages des fondations étant déjà prévus. Dans ce cas également, il n’est pas nécessaire de faire appel à un foreur qualifié et il n’y a ni déclaration ni autorisation à demander au titre du Code Minier.   Pour en savoir plus : Les différents types de captage pour le particulier ou pour le collectif Présentation détaillée : Sonde géothermique verticale - Captage sur nappe - Captage horizontal

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