PAC géothermique : les avantages et les inconvénients

À la différence d’autres énergies renouvelables comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne ou les différentes formes d’énergie marine, l’énergie géothermique provient de la chaleur existant à l’intérieur de la terre. Une chaleur qui est présente dans les roches, le sol ou les eaux souterraines et qui provient de couches encore plus basses. Que l’installation soit orientée vers la production d’énergie thermique ou électrique, l’objectif de la géothermie est en fait la récupération de la température intérieure de la Terre pour son utilisation. La récupération de la température du sous-sol est assurée par une pompe à chaleur géothermique (PAC). Dans la suite de cet article, nous allons vous présenter les avantages et les inconvénients de la géothermie.

PAC géothermique : comment ça marche ?

La géothermie est un système énergétique 100% renouvelable, qui réussit à exploiter l’énergie qui s’accumule sous nos pieds pour obtenir à la fois le chauffage et parfois même le froid et le chauffage des piscines.

PAC géothermique : fonctionnement

La géothermie fonctionne via une pompe à chaleur géothermique et via différents équipements présents dans les logements. Le système ressemble un peu à un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur. Certains éléments du circuit sont essentiels comme :

  • le  compresseur : équipement chargé d’augmenter la pression du fluide, et donc d’augmenter la température ;
  • l’évaporateur : équipement chargé de réduire la pression, et à son tour, la température.

Via un jeu de changement de pression, la température souhaitée sera déplacée de l’intérieur du sol, vers les systèmes de répartition des logements ou des pièces. Une fois que le travail d’échange ou d’obtention de la température désirée a lieu, vient le tour de la distribution de cette température par les pièces conditionnées à chauffer ou à rafraîchir.

PAC géothermique : un système avantageux

Ce processus se déroule de la même manière que les systèmes habituels de répartition de la chaleur. Le chauffage par géothermie est donc compatible avec les installations nouvelles et existantes de radiateurs et de sol radiant. C’est un des avantages de la géothermie et de la PAC géothermique.

Une autre avantage des installations de géothermie est l’obtention de chaleur pour la production d’eau chaude sanitaire. Actuellement, les maisons disposent de modèles de pompes à chaleur géothermiques avec les puissances appropriées pour les besoins futurs de rafraîchissement et d’eau chaude sanitaire. Dans le cas de l’eau chaude, des ballons peuvent être utilisés sans aucun inconvénient, comme pour d’autres systèmes de génération d’eau chaude sanitaire.

PAC géothermique : différents types d’installations

Il existe différents types d’installations de géothermie qui diffèrent selon le mode de captage

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Captage géothermique horizontal

La principale caractéristique de ce type d’installation est la disposition horizontale des collecteurs qui font circuler le fluide caloporteur. Ceux-ci sont étalés sur toute la longueur et la largeur de la parcelle. C’est le format le plus couramment utilisé dans le mode géothermique. Son emplacement se situe autour du mètre et demi de profondeur, et c’est le seul cas où le climat extérieur peut être déterminant. Pour que cette modalité soit efficace, il faudra disposer d’une superficie suffisante.

Il est le plus souvent appliqué sur des parcelles correspondant à des logements indépendants ou à d’autres types de constructions isolées dont la superficie est suffisante pour capter l’énergie thermique nécessaire à leur utilisation. Sur de petites parcelles, ce ne serait pas tout à fait efficace.

Captage géothermique vertical

Pour surmonter la problématique du manque de surface, il y a l’option de placer le système d’échange de manière verticale. Cette alternative récupère le manque d’espace avec un forage supérieur.

Ce travail implique l’utilisation de machines préparées plus complexes, mais le résultat est plus efficace en atteignant des gisements de températures plus élevées, la profondeur étant comprise entre 25 et 150 mètres. Un ou plusieurs forages peuvent être effectués en fonction des besoins. Les diamètres de forage pour les sondes sont relativement petits, d’environ 10-15 cm.

Captage géothermique vertical avec pieux

Lorsque l’installation géothermique est planifiée dès le début du projet de construction d’un bâtiment, et que pour cette construction il faut une fondation avec des pieux, ceux-ci sont utilisés pour conduire les éléments d’échange. Les sondes géothermiques sont incorporées dans la structure même des pieux et servent de guides.

En faisant ainsi, on économise sur les coûts dans l’installation du système de géothermie et on gagne beaucoup de temps. De cette technique résulte ce qu’on appelle le ciment thermoactif, un concept largement utilisé dans les études de réhabilitation énergétique aujourd’hui.

Captage géothermique dans l’eau (lacs ou rivières)

Le captage géothermique dans l’eau consiste à introduire directement le système d’échange (les tuyaux du fluide caloporteur) dans des lacs ou rivières à haute température ou dans des gisements d’eaux thermales. L’échange de chaleur s’effectue directement en milieu aqueux.

C’est un système très simple et sans complications techniques, plus économique et plus efficace. Mais l’inconvénient est que cette ressource aqueuse n’est pas disponible partout. En fonction de la profondeur de l’installation des collecteurs de fluide et des besoins thermiques souhaités, la puissance ou le modèle de la pompe géothermique doit être adapté à chaque cas.

PAC géothermique : pour le chaud et pour le froid

L’un des avantages de la pompe à chaleur géothermique et de la géothermie, c’est qu’il est possible de l’utiliser pour le chauffage en hiver et pour le rafraîchissement en été.

Refroidissement par géothermie

À l’intérieur de la terre, entre 15 et 20 mètres de profondeur, la température reste constante tout au long de l’année entre les valeurs de 18 et 24 ºC, une fourchette jugée optimale aussi bien en été qu’en hiver. C’est ce qu’on appelle l’inertie thermique du terrain.

Dans l’utilisation de la technique de la pompe à chaleur, le travail de ce système consiste à extraire la chaleur existante, et à travers les différents processus de compression et d’évaporation, obtenir la température désirée.

C’est pourquoi les systèmes géothermiques, avec le modèle de pompe approprié, peuvent être utilisés de la même manière, pour le refroidissement passif des espaces pendant les mois les plus chauds. Dans ce cas, le travail de ces pompes inversera le processus antérieur en ôtant cette fois la chaleur du circuit, et réduisant ainsi la température de la maison.

PAC géothermique : les différents avantages

Les avantages principaux de la pompe à chaleur géothermique sont les suivants :

  • énergie propre et sans émissions ;
  • disponibilité de la ressource géothermique dans le monde entier ;
  • énergie sûre en l’absence de chaudière ou de combustion ;
  • ressource disponible toute l’année ;
  • installation qui ne nécessite pas d’opérations de maintenance élevées ;
  • ressource d’origine locale et qui ne dépend pas de tiers ;
  • combinaison avec d’autres alternatives renouvelables possible ;
  • performance de l’installation qui ne dépend pas du climat extérieur ;
  • niveau d’efficacité tout au long de l’année, par rapport à d’autres alternatives renouvelables thermiques comme l’énergie solaire ;
  • s’applique à la fois aux types de constructions ou de logements individuels et collectifs ;
  • périodes d’amortissement économique comprises entre 5 et 7 ans ;
  • matériel très efficace et la recherche sur les techniques d’amélioration est toujours en cours ;
  • etc.

Nous avons déjà vu que l’énergie géothermique est le système renouvelable le plus efficace qui existe actuellement pour chauffer/rafraîchir et produire de l’eau chaude sanitaire dans un logement. Cela représente une économie importante par rapport aux autres systèmes. Mais il faut savoir que la pompe à chaleur géothermique présente surtout de gros avantages sur le plan économique.

Économie importante

En utilisant une grande partie de l’énergie gratuitement, les systèmes géothermiques consomment environ 70 à 80% de moins que les systèmes conventionnels pour le chauffage, le froid et l’eau chaude sanitaire.

Faibles coûts de maintenance

Le budget d’entretien des installations géothermiques est nettement inférieur au coût d’une installation d’énergie traditionnelle. Comme aucun type de combustion n’est nécessaire, elles ne nécessitent guère d’entretien, ce qui représente une économie importante associée à ces coûts.

Longue durée de vie

Les systèmes de pompe à chaleur géothermique ont une très longue durée de vie. De cette façon, vous pourrez profiter des avantages de l’installation pendant de nombreuses années. Si l’installation est correctement dimensionnée, le nombre d’heures de fonctionnement sera d’environ 1.200h - 2.000 h par an, en fonction de la zone climatique dans laquelle elle se trouve. Avec ces paramètres, la durée de vie de l’équipement serait normalement supérieure à 15-20 ans.

PAC géothermique : les inconvénients

La géothermie a également une liste d’inconvénients, à prendre en compte dans le choix d’un tel système de climatisation et/ou de chauffage :

  • une étude de faisabilité technique et économique nécessaire avant le début du projet ;
  • une étude géotechnique nécessaire pour les grandes installations ;
  • un investissement initial élevé, en particulier dans le cas de systèmes géothermiques verticaux à sonde, en raison des machines spéciales à utiliser.

Dans le cas de logements neufs, il est préférable d’envisager l’installation d’énergie géothermique avant la construction de la maison, dans le cas contraire, les options d’installation peuvent être réduites et les travaux peuvent être plus compliqués et plus coûteux.