La géothermie

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La géothermie qu'est-ce que c'est ?

C'est une Energie écologique, renouvelable et présente sur tous les continents, la géothermie est un formidable réservoir de chaleur installé sous nos pieds et n’est pas tributaire des conditions climatiques.

La géothermie est par excellence une énergie du développement durable.

Le mot géothermie vient du grec gê, la "terre", et thermê qui signifie "chaleur". La géothermie est donc la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à les exploiter.

Cette énergie issue de l’énergie de la terre peut être convertie en chaleur et/ou en électricité.

La géothermie est une énergie renouvelable inépuisable. Le principe est simple : on capte des calories dans la terre qui est redistribuée dans une maison ou un bâtiment à l'aide d'une pompe.

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On distingue trois types de géothermie :

• la géothermie peu profonde à basse température ;
  
• la géothermie profonde à haute température ;
  
• la géothermie très profonde à très haute température.
  

Ces trois types de géothermie prélèvent la chaleur contenue dans le sol.

L'énergie géothermique est exploitée dans des réseaux de chauffage et d'eau chaude depuis des milliers d'années en Chine, dans la Rome antique et dans le bassin méditerranéen.

L'augmentation des prix de l'énergie et le besoin d'émettre moins de gaz à effet de serre la rendent plus attrayante. En 2007, en France le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) a, avec l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), créé un département géothermie pour la promouvoir, après s'être associé à différents programmes de recherche, de travaux de service public.

Plus on s’approche du centre de la terre plus la température augmente : en moyenne de 3°C par 100 m : il s’agit du gradient géothermique. Les deux formes de géothermie les plus courantes :

• La géothermie de surface qui recueille, dans la croûte superficielle du sol, la chaleur en hiver et la fraîcheur en été. Cette géothermie s’adapte aux particuliers par sa facilité d’exploitation.
  
• La géothermie profonde qui a pour objectif de récupérer l’eau des couches géologiques à des milliers de mètres de profondeur, captée sous forme liquide ou de vapeur, pour produire du chauffage ou de l’électricité.
  

Sources : Wikipedia et Batimag

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Accessible partout

Il n’y a pas de limite pour accéder à la géothermie contrairement à l’utilisation des énergies fossiles qui sont situées dans des endroits particuliers. La chaleur du sol peut être captée sur tous les continents.

Forcément, selon les terrains l’accès sera plus ou moins facile mais les technologies ne cessent de se développer pour en faire profiter toute la planète.

Ecologique

La géothermie a pour principe de produire de la chaleur et de l’énergie à partir de ressources présentent dans le sol. Elle fait partie, avec l’éolien, l’hydraulique et le solaire, des énergies renouvelables mises en avant pour le développement durable.

Les centrales géo-thermo-électriques dans le monde émettent 10 fois moins de CO2 qu’une centrale au gaz naturel. De plus une exploitation géothermique produit très peu de rejets du fait de la réinjections des fluides géothermiques dans les réservoirs initiaux.

Cette énergie est propre et ne contribue pas à la dégradation du climat contrairement aux énergies fossiles.

Energie renouvelable

L’eau chaude souterraine se réchauffe lentement et doit donc être exploitée avec modération pour que la géothermie soit une énergie renouvelable.

La géothermie est une énergie renouvelable, c’est-à-dire inépuisable contrairement aux énergies fossiles comme le charbon et le pétrole qui elles sont disponibles en réserves limitées.

-----> Un bémol important à souligner :
Si cette source d'énergie est considérée comme inépuisable, le débit auquel cette énergie peut être obtenue de manière inépuisable (la « puissance ») reste généralement très faible : en moyenne à la surface de la Terre, de l'ordre de 60 milliwatts pour chaque mètre carré de terrain exploité (soit 0,06 W/m²), à comparer à la densité de puissance solaire reçue par la Terre, de l'ordre de 6 000 fois plus important (340 W/m² environ). Même si certains sites géothermiques peuvent atteindre jusqu'à 0,2 W/m², cela signifie que le rythme d'exploitation de la géothermie est presque toujours supérieur au rythme de renouvellement naturel de la chaleur. Autrement dit, l'exploitation que l'on fait de la géothermie est presque toujours non durable (selon la définition qu'en donne Herman Daly).

Le développement des énergies renouvelables pour remplacer les énergies fossiles présente un intérêt certain à long terme. D’une part parce que les énergies fossiles sont la cause de la plupart des nuisances environnementales découlant de l’activité humaine et d’autre part parce que l’utilisation des énergies fossiles est limitée dans le temps : un siècle pour le gaz et le pétrole et deux siècles pour le charbon.

Réduire les consommations d’énergies fossiles permettra de prolonger leur utilisation.

Batimag Wikipedia

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Le manteau terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer un peu de cette chaleur. La plus grande partie de la puissance géothermique obtenue en surface (87%) est produite par la radioactivité des roches qui constituent la croûte terrestre : Radioactivité produite par la désintégration naturelle de l'uranium, du thorium et du potassium.

Il existe dans la croûte continentale, épaisse en moyenne de 30 km, un gradient de température (le gradient géothermique: plus on creuse, plus la température augmente ; en moyenne de 3 °C par 100 mètres.

La géothermie vise à étudier et exploiter ce phénomène d'augmentation de la température en fonction de la profondeur (même si le flux de puissance obtenu diminue avec la profondeur, puisque l'essentiel de ce flux provient de la radioactivité des roches de la croûte terrestre).

Wikipedia

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Il s'agit principalement d'extraire la chaleur contenue dans la croûte terrestre afin de l'utiliser pour les besoins en chauffage. Les transferts thermiques peuvent aussi dans certains cas être inversés pour les besoins d'une climatisation.

Les procédés d'extraction de l'énergie diffèrent suivant les solutions retenues par les constructeurs. La méthode utilisée pour assurer les transferts thermiques influe beaucoup sur le rendement de l'ensemble.

Comme véhicule thermique on utilise de l'eau ou de l'eau avec un glycol ou directement le fluide frigorigène.

La géothermie peu profonde et basse température utilisera donc de plus en plus la chaleur de la terre dans le sol.

En dessous de 4,50 m, la température du sol est constante tout au long de l'année avec une température moyenne de 12 °C (cette valeur dépend du flux géothermique et de la température moyenne annuelle). La profondeur du forage est en fonction du type de géothermie : en détente directe (utilisation d'un fluide frigorigène dans les sondes géothermiques), elle sera en moyenne de 30 mètres, pour les sondes à eau glycolée entre 80 et 120 mètres selon les installations.

Dans le cas de la géothermie d'eau (aquathermie ou hydrothermie), plusieurs schémas d’installation existent :

• forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
  
• forage en doublet : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
  
  
  
  • doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
    
  • doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection
    
  
  

En général le principe du « doublet géothermique » est retenu pour augmenter la rentabilité et durée de vie de l'exploitation thermique de la nappe phréatique. Le principe est de faire (ou réutiliser) deux forages : le premier pour puiser l'eau, le second pour la réinjecter dans la nappe. Les forages peuvent être éloignés l'un de l'autre (un à chaque extrémité de la nappe pour induire un mouvement de circulation d'eau dans la nappe, mais ce n'est pas pratique d'un point de vue de l'entretien) ou rapprochés (en surface) de quelques mètres mais avec des forages obliques (toujours dans le but d'éloigner les points de ponction et de réinjection de l'eau).

En France, le conseil régional du Nord - Pas-de-Calais, (avec le BRGM et EDF), a envisagé dans les années 1980 d'utiliser la nappe de la craie qui envahit le bassin minier fracturé par l'exploitation (environ 100 000 km de galeries y ont été creusées) et les affaissements miniers pour une exploitation géothermique, voire pour y stocker des frigories ou des calories solaires (produites l'été afin de les réutiliser l'hiver).

Cette nappe doit déjà être localement pompée pour éviter qu'elle n'inonde de vastes zones urbanisées ou cultivées suite aux affaissements ou à sa remontée naturelle. À ce jour, cette solution n'a pas été exploitée, mais elle pourrait susciter un nouvel intérêt dans le cadre du SRCAE.

Dans les autres cas de géothermie verticale il n'y a pas de contraintes particulières.

Wikipedia

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Dans ce cas, les forages sont plus profonds que pour la géothermie à basse température.

La profondeur de forage est en fonction de la température désirée et du gradient thermique local qui peut varier sensiblement d'un site à l'autre.

La méthode utilisée pour les transferts thermiques est plus simple (échangeur de température à contre courant) et ne nécessite pas de fluide caloporteur comme cela est le cas avec la géothermie peu profonde basse température.

Wikipedia

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Plus on creuse profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente.

En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Il peut varier de 3 °C / 100 m (régions sédimentaires) jusqu’à 1 000 °C / 100 m (régions volcaniques, zones de rift comme en Islande ou en Nouvelle-Zélande).

On distingue classiquement trois types de géothermie selon le niveau de température disponible à l'exploitation :

• la géothermie à haute énergie ou géothermie privilégiée exploite des sources hydrothermales très chaudes, ou des forages très profonds où de l'eau est injectée sous pression dans la roche. Cette géothermie est surtout utilisée pour produire de l'électricité.
  

• Elle est parfois subdivisée en deux sous-catégories :
  
  
  
  • la géothermie haute énergie (aux températures supérieures à 150 °C) qui permet la production d'électricité grâce à la vapeur qui jaillit avec assez de pression pour alimenter une turbine.
    
  • la géothermie moyenne énergie (aux températures comprises entre 100 °C et 150 °C) par laquelle la production d'électricité nécessite une technologie utilisant un fluide intermédiaire.
    
  
  
• la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 °C et 100 °C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain.
  
• la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 °C et 30 °C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle par dispositifs thermodynamiques généralement fonctionnant à l'électricité, d'où le terme électro-thermodynamique, appelés plus communément « pompes à chaleurs aérothermiques » (puisant dans l'air extérieur) et « pompe à chaleur géothermique »
  

Avantages et difficultés : par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie de profondeur (haute et basse énergie), présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). C’est donc une source d'énergie quasi-continue car elle est interrompue uniquement par des opérations de maintenance sur la centrale géothermique ou le réseau de distribution de l'énergie.

Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années (30 à 80 ans en moyenne). Elle peut quand même contribuer à un réchauffement local des milieux là où les calories seront relarguées si elles le sont massivement. Ce n'est donc plus une énergie inépuisable vantée par ailleurs, soit par des constructeurs de bâtiments, soit pas des constructeurs ou concepteurs de pompes à chaleur ...

L'EGS (Enhanced Geothermal System), imaginé aux États-Unis en 1970, a connu son essor en Europe à Soultz-sous-Forêts dans la réalisation d'un projet pilote ; cette technologie consiste à forer à grande profondeur dans des réservoirs géothermiques naturels sur lesquels on agit par stimulation. Ces systèmes EGS (qualifiés de Systèmes Géothermiques Stimulés en français) sont caractérisés initialement par la présence de saumure naturelle piégée en très petite quantité dans les fractures du granit. Après forage, des injections forcées d'eaux ou stimulations hydrauliques sont réalisées pour créer mais surtout rouvrir ces fractures pré-existantes et donc augmenter les performances hydrauliques des puits (perméabilité).

Ces stimulations s'accompagnent d'une activité micro-sismique qui peut être ressentie par les populations locales.

À Soultz, le plus fort séisme induit, s'est produit en juin 2003 avec une magnitude de 2,9 sur l'échelle de Richter. Des études scientifiques doivent encore préciser et mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine de la sismicité induite.

Pour minimiser l'activité micro-sismique induite, la technique de la stimulation chimique empruntée à l'industrie pétrolière, a également été expérimentée à Soultz. Cela permet de dissoudre certains minéraux naturellement présents dans les fractures comme par exemple la calcite et donc d'augmenter les performances hydrauliques des puits. Cette variante dite stimulation hydrochimique s'est accompagnée d'une activité micro-sismique faible à très modérée.

Le site de Soultz produit une saumure naturelle (salinité 100 g par litre), via des forages de production (puits de 5 000 m récupérant 20 litres/s d'une eau à 165 °C). Cette eau géothermale est réinjectée dans le sous-sol via des puits de réinjection 70 °C).

À la production, l'eau géothermale alimente une centrale binaire fondée sur le principe du cycle de Rankine. La capacité installée maximale de la centrale de Soultz est de 1,5 MWe (mégawatt électrique).

Plusieurs zones géographiques seraient potentiellement favorables en France. Il s'agit de bassins tertiaires ou grabens ayant les mêmes spécificités géologiques que le bassin rhénan. En plus de la plaine d'Alsace, on distingue également la plaine de la Limagne et le couloir rhodanien.


Wikipedia

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La géothermie haute énergie ou géothermie profonde, appelée plus rarement géothermie haute température, ou géothermie haute enthalpie, est une source d'énergie contenue dans des réservoirs localisés généralement à plus de 1500 mètres de profondeur et dont la température est supérieure à 150° (C).

Grâce aux températures élevées, il est possible de produire de l'électricité et de faire de la cogénération (production conjointe d'électricité grâce à des turbines à vapeur et de chaleur avec la récupération des condensats de la vapeur).

Plus on fore profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. Ce gradient thermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Les zones où les températures sont beaucoup plus fortes, appelées anomalies de température, peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés pour de faibles profondeurs.

Ces anomalies sont observées le plus souvent dans les régions volcaniques.

En géothermie, elles sont désignées comme des gisements de haute enthalpie, et utilisées pour fournir de l'énergie, la température élevée du gisement (entre 80 °C et 300 °C) permettant la production d'électricité.

L'exploitation de la chaleur provenant de la géothermie haute énergie est ancienne. Les bains dans des sources chaudes étaient déjà pratiqués dans l'Antiquité dans de nombreuses régions du monde. C'est au début du XX^e siècle qu'une centrale géothermique de production d'électricité a été pour la première fois réalisée à Larderello (Italie). La géothermie haute température connaît actuellement un renouveau important, notamment parce que la protection contre la corrosion et les techniques de forage se sont fortement améliorées.

De nouvelles applications technologiques sont envisageables pour récupérer la chaleur de la Terre. La cogénération permet déjà de combiner la production de chaleur et d'électricité sur une même unité, et augmente ainsi le rendement de l'installation. Un projet européen de géothermie profonde à Soultz-sous-Forêts vise à produire de l’électricité grâce au potentiel énergétique des roches chaudes fissurées (en anglais Hot Dry Rock).

Wkipedia

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Gravimétrie : Les mesures gravimétriques permettent d’identifier des corps lourds, liés à des stockages magmatiques à « faible profondeur ». Ces stockages peuvent constituer des sources potentielles de chaleur qui sont nécessaires au développement d’un réservoir géothermique.

• Magnétotellurie : Elle permet de déterminer la structure géoélectrique des zones prospectées entre terrains conducteurs et isolants, en particulier les couches imperméables susceptibles de constituer système géothermique convectif (couvercle d'eau chaude).
  

• Polarisation Spontanée : La polarisation spontanée (PS) détecte les circulations de fluides sous la surface.
  

• Analyse chimique des eaux et des gaz : La présence d'anomalies en He, CO₂, H₂S, CH₄ et radon permettent de mettre en évidence d'éventuelles contaminations par des gaz d'origine magmatique.
  

Wikipedia

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On parle de « géothermie basse énergie » lorsque le forage permet d'atteindre une température de l'eau entre 30 °C et 100 °C dans des gisements situés entre 1 500 et 2 500 m de profondeur.

Cette technologie est utilisée principalement pour le chauffage urbain collectif par réseau de chaleur, et certaines applications industrielles.

En France, un réseau de chauffage urbain situé en région parisienne utilise la géothermie basse énergie. Les installations de pompes à chaleur sur nappe continuent à se développer en région parisienne car elles correspondent à des techniques de chauffage et de refroidissement particulièrement bien adaptées aux secteurs tertiaire et résidentiel.

Une centrale géothermique fonctionnant sur le principe du doublet a été mise en service en 1994 à Riehen en Suisse, pour le chauffage des immeubles locaux. Depuis décembre 2000, une partie de la chaleur produite est exportée en Allemagne et approvisionne ainsi un quartier de la ville voisine de Lörrach.

La production de chaleur au moyen d’une pompe à chaleur sur nappe, repose sur le prélèvement et le transfert de l'énergie contenue dans l’eau souterraine vers les locaux à chauffer. Par ailleurs, une pompe à chaleur peut assurer simultanément et/ou successivement des besoins en chauffage et/ou climatisation/rafraîchissement. Cette catégorie est tout de même, d'un point de vue technicien et d'investissement financier, plus de la famille des géothermies de très basse énergie.

Wikipedia

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La géothermie très basse énergie est une géothermie au niveau des températures comprises entre 10 °C et 30 °C. Dans ce cas, la chaleur provient non pas des profondeurs de la croûte terrestre, mais du soleil et du ruissellement de l'eau de pluie, le sol du terrain jouant un rôle de source chaude du fait de son inertie et de sa mauvaise conductivité thermique.

Cette technologie est appliquée à :

• la climatisation passive avec par exemple le système du puits provençal,
  
• le chauffage et la climatisation avec la pompe à chaleur géothermique
  

Ces systèmes permettent de faire, par rapport à l'usage unique d'une énergie primaire, des économies d'énergie sur le chauffage et la production d'eau chaude. Néanmoins ils nécessitent une source d'énergie extérieure, le plus souvent l'électricité, qui doit rester disponible.

La géothermie de pompe à chaleur consiste à puiser la chaleur présente dans le sol à travers des capteurs verticaux ou horizontaux, selon la configuration du terrain.

Un système thermodynamique (ou pompe à chaleur) a un fonctionnement comparable à celui d'un réfrigérateur ménager : il assure le chauffage d'un local à partir d'une source de chaleur externe (dont la température est inférieure à celle du local à chauffer).

Wikipedia

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Tout se joue grâce au changement d'état, quand un fluide passe de l'état liquide à l'état gazeux, et inversement.

Un long tuyau de polyéthylène ou de cuivre gainé de polyéthylène est enterré dans le jardin. Dans le cas des systèmes à détente directe (DXV), on fait circuler à l'intérieur, un fluide qui de l'état liquide se réchauffe un peu au contact de la terre. Comme ce fluide a la propriété de se mettre à bouillir à très basse température, il passe alors de l'état liquide à l'état gazeux. Cette vapeur est comprimée par un compresseur situé dans la maison.

Le simple fait de la comprimer a pour effet d'augmenter sa température. Elle est alors conduite à un condenseur qui la refait passer à l'état liquide. Lors de ce changement d'état, il se dégage à nouveau de la chaleur, qui est transmise à l’eau de chauffage (radiateur, plancher chauffant, ...). Le fluide continue son cycle, et après s'être détendu, repart en circuit fermé rechercher de la chaleur dans la terre du jardin.

Il existe trois sortes de systèmes horizontaux ou verticaux :

• le système eau glycolée/eau
  
• le système eau/sol (= fluide frigorigène)
  
• le système sol/sol
  

Wikipedia

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Le fonctionnement des machines thermodynamiques (ici la PAC) est fondé sur la capacité des fluides frigorigènes à se vaporiser et se condenser à température ambiante. Le fluide frigorigène le plus utilisé pour la géothermie est le fluide R-134a.

Ses propriétés essentielles sont :

• sa température d'ébullition à pression atmosphérique est de -26 °C ; ce qui lui permet donc de s'évaporer plus vite à basse température, donc meilleur passage de la chaleur.
  
• sa chaleur latente d'évaporation importante. À -26 °C (sa température d'ébullition) à pression atmosphérique sa chaleur latente est de 216 kJ/kg. Libère beaucoup d'énergie.
  
• son faible volume massique de la vapeur en mètre cube qui lui permet d'utiliser un petit compresseur.
  

D'autres fluides sont couramment utilisés, tels que le R407C ou le R410A. Les solutions d'avenir concerneront probablement les fluides naturels, tels que le propane (R290) ou le CO₂ (R744). Le grand désavantage de ce dernier étant les pressions de fonctionnement (entre 80 et 100 bars).

Pour les systèmes indirects que sont les PAC eau glycolée/eau, le monoéthylène glycol possède une viscosité moindre à basse température (et donc une moindre consommation de la pompe de circulation chargée de faire circuler l'eau glycolée dans les collecteurs) mais représente un danger pour la pollution des sols.

Le monopropylène glycol à une viscosité plus grande, il est coûteux mais il est considéré comme étant de qualité alimentaire et comme étant biodégradable à 98 %. Pour ces installations, un contrôle de la densité du glycol est nécessaire tous les 3 ans et la purge du circuit tous les 5 ans.

Du point de vue du budget d'investissement, les pompes à chaleur, installées à plus de 90 % dans du neuf (sources : ADEME, Sofath) n'entrent pas en concurrence avec le chauffage électrique par effet Joule (résistance électrique), mais plutôt avec tous les autres véritables moyens écologiques (solaire actif, bois énergie, mais avant tout les architectures climatique et bioclimatique).

La pompe à chaleur gagnerait probablement à muter vers un fonctionnement à partir de moteur thermique, pouvant utiliser des combustibles issus de la biomasse (biogaz par exemple), et ce évidemment pour des raisons d'économie d'échelle, dans des grands ensembles, permettant ainsi de localiser la production proche des lieux d'utilisation et d'augmenter les potentiels de production d'énergies renouvelables locale tout en évitant d'amplifier les problèmes actuels en amont du compteur électrique.

Wikipedia

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En Islande ou aux Philippines, la géothermie est largement exploitée.

En France, où la priorité a été donnée au nucléaire, la société Géochaleur créée par la Délégation aux énergies nouvelles du Ministère de l’Industrie en 1978 et de l’UNHLM pour assister les maîtres d’ouvrage en géothermie, a finalement rapidement disparu faute de soutien budgétaire et politique, ainsi que l’IMRG (Institut Mixte de Recherche sur la Géothermie) créé plus tard à l’initiative du BRGM et de l’AFME, mais l’obligation d’économie d’énergie qui accompagne la souplesse des échanges de certificats pourrait redonner un intérêt à la Géothermie, considérée comme déjà rentable par la Commission Énergie.

Néanmoins pour augmenter leur part d’énergie renouvelable dans leur bouquet énergétique, de grandes collectivités se ré-intéressent à la géothermie, dont l'Île-de-France qui avec l'Ademe à ouvert en 2009 un nouveau forage (dans la nappe du Dogger (57° C), à un point situé au nord-est de Paris, près de la porte d’Aubervilliers) qui doit chauffer plus d’un million de m² de logements, bureaux et commerces. 54 forages avaient déjà été réalisés dans les années 1980, dont 34 étant encore actifs en 2009. D'autres devraient être creusés à 1 800 mètres. La CPCU et l’Agence nationale de la recherche travaillent à une projet Géostocal de stockage de l’excédent énergétique estival pour «recharger» la nappe et en faire une réserve de calorie pour l'hiver, avec un rendement espéré de 80 %.

Wikipedia

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Le type de géothermie adaptée aux particuliers est la très basse énergie.

Étant donné que la terre, chauffée par le soleil, absorbe l’énergie et la stocke sous forme de calories, ce système utilisant une pompe à chaleur qui récupère ces calories et les transforment pour chauffer votre maison. Cette énergie a l’avantage d’être renouvelable et inépuisable.

L’énergie récoltée peut aussi servir à climatiser et à obtenir de l’eau chaude sanitaire.

L’installation comporte un circuit chauffant à l’intérieur de l’habitation, des capteurs à l’extérieur et une pompe à chaleur pour les relier. On distinguera trois captages extérieurs différents : capteurs horizontaux, capteurs verticaux, capteurs sur nappes phréatiques.

Des technologies diverses ont été développées pour les capteurs. En voici trois qui ont attiré notre attention : la technologie à détente directe (sol/sol), la technologie eau glycolée/eau, la technologie par puisage d’eau.


Batimag

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Le principe de la pompe à chaleur est de prélever la chaleur du sol, augmenter la température et l’envoyer dans votre maison. La source de chaleur peut être, soit l’eau souterraine, soit le sol peu profond. Cette installation est non-polluante car elle ne renvoie pas de gaz à effet de serre à l’opposé des énergies fossiles (pétrole, gaz). Pour fonctionner, la pompe à chaleur à besoin d’électricité mais on récupère d’avantage d’énergie que l’on en consomme. Ainsi, le chauffage géothermique par pompe à chaleur permet une économie certaine sur votre facture de chauffage même si le coût d’installation est relativement élevé.

Les différentes technologie de Pompe à chaleur (PAC) :

• PAC à détente directe, un seul circuit : le fluide frigorigène circule dans tout le système : des capteurs extérieurs aux émetteurs intérieurs (radiateur, plancher chauffant …) en passant par la pompe à chaleur.
  
• PAC mixtes, deux circuits : le circuit du fluide frigorigène dans les capteurs extérieurs et la pompe à chaleur et le circuit hydraulique de l’habitation.
  
• PAC à fluides intermédiaires, trois circuits : le circuit du fluide frigorigène dans la pompe à chaleur, le circuit hydraulique dans l’habitation et le circuit d’eau avec de l’antigel pour l’extérieur.
  

Comment ça marche ? : La pompe à chaleur est composée de quatre partie : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Le circuit fermé de fluide frigorigène qui y circule passe par différents états (liquide, gazeux) selon les parties qu’il traverse. Dans l’ordre :

• le fluide frigorigène (dont la température d’ébullition est au environ de 0°C) bout au contact de la source de chaleur extérieur (eau, soleil …).
  
• le gaz issu de l’évaporation est comprimé par un compresseur électrique.
  
• la chaleur produite par la compression est transmise aux émetteur intérieurs (radiateur, plancher chauffant …).
  
• le gaz, quant à lui, est condensé et retourne au point de départ.
  

Exemple de pompe à chaleur à détente directe (Image Batimag)

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Eau chaude sanitaire

Pour produire de l’eau chaude sanitaire, on utilise l’installation du chauffage géothermique. Le système consiste à utiliser le fluide frigorigène de la pompe à chaleur, à une température élevée, pour chauffer le ballon d’eau sanitaire. Ce dernier est couplé à un échangeur qui reçoit le fluide en sortie du compresseur. L’eau sanitaire chaude obtenue peut atteindre 60°C. Tant que la pompe à chaleur fonctionne, l’eau chaude sanitaire est assurée par celle-ci. Quand la pompe à chaleur n’est pas utilisée, la résistance électrique s’en charge.

Chauffage réversible

Le chauffage réversible est accessible avec n’importe quelle technologie (captages ou type de pompe). Il s’agit seulement d’inverser le sens de circulation du fluide. Ainsi, au lieu que la pompe récupère les calories du sol pour chauffer la maison, les calories récupérées dans le logement sont rejetées dans le sol.

Pour le système à détente directe, la chaleur est prélevée dans l’air ambiant de la maison, tandis que pour les systèmes fonctionnant par l’eau, la chaleur est captée dans le réseau hydraulique du logement.

Pour les systèmes de plancher chauffant, le rafraîchissement se fait aussi par le plancher mais des précautions doivent être prises car ce système n’enlève pas l’humidité et sa condensation pourrait se faire sur le plancher si les températures sont trop éloignées. Dans les régions chaudes, en été, il vaut mieux privilégier les rafraîchissements par l’air.

Batimag

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Commentaire : Electricité géothermique en Nouvelle-Zélande

Nous vous proposons une série de commentaires intitulée "Energies renouvelables en première ligne". Des spécialistes de divers pays nous parlent des thèmes récents et des possibilités dans le domaine des énergies renouvelables.

Dans volet, nous nous intéressons à la production d'électricité géothermique en Nouvelle-Zélande. Dans ce cas, l'électricité est produite en faisant tourner des turbines au moyen de la vapeur chauffée à haute température par le magma dans les profondeurs de la terre. Pays aux volcans nombreux et aux ressources géothermiques abondantes, la Nouvelle-Zélande est à la pointe dans le monde pour cette production d'électricité.

Depuis mai 2010, la plus grande centrale géothermique du monde fonctionne dans ce pays. Pour la Nouvelle-Zélande qui ne possède aucun réacteur nucléaire, les énergies renouvelables, telles que l'hydroélectricité, comptent pour plus de 70 pour cent de la production d'électricité. Le pays vise d'ailleurs à porter cette proportion à 90 pour cent d'ici 2025.

Radio Japon :
Nous avons demandé à Colin Harvey, le vice-président d'IGA, l'Association internationale de géothermie, de nous parler de la situation à ce sujet en Nouvelle-Zélande. Voici ses explications.

Colin Harvey :
La production totale d'électricité géothermique en Nouvelle-Zélande s'élève à environ 790 mégawatts et donc la géothermie assure presque 10 pour cent de la puissance totale installée. Les centrales fonctionnent 365 jours par an et 24 heures sur 24. Les centrales géothermiques ont l'avantage de pouvoir fonctionner avec leur charge de base à 100 pour cent de leur temps de travail, alors qu'en moyenne, les éoliennes ne fonctionnent qu'à 30 pour cent environ.

Radio Japon :
La centrale géothermique Nga Awa Purua, entrée en service en mai 2010, est parmi les plus grandes du monde et elle fournit de l'électricité à 140 mille foyers. Mais elle a été construite avec des technologies japonaises. Pourquoi avoir fait appel aux techniques du Japon ?

Colin Harvey :
Les technologies japonaises pour les turbines des centrales électriques géothermiques sont les premières du monde dans ce domaine. Je pense que les turbines japonaises sont très fiables, elles sont très bien conçues et les récents développements dans les techniques pour les nouvelles turbines ont permis de réaliser des progrès considérables en efficacité.

Radio Japon :
Enfin, parlez-nous de vos projets et de vos efforts pour l'avenir ?

Colin Harvey :
Je pense que, par les techniques qui sont actuellement en cours de mise au point, nous devrons parvenir à extraire davantage d'énergie de ces ressources si nous creusons plus en profondeur sous l'infrastructure qui est maintenant en place.




NHK 17/08/2011

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La fondation Écologie d'avenir de l'Institut de France organise le 7 juin au matin, au collège des Bernardins, un colloque ouvert.

Elle est moins médiatisée que le photovoltaïque ou les éoliennes, pourtant de toutes les énergies renouvelables, la géothermie est certainement celle qui bénéficie du meilleur rapport qualité-prix. C'est pourquoi ce secteur se développe a grands pas dans le monde, tant aux États-Unis qu'en Asie du Sud-Est.

La fondation Écologie d'avenir de l'Institut de France organise le 7 juin au matin, au collège des Bernardins, un colloque ouvert où les scientifiques, mais aussi les opérateurs énergétiques (EFD, GDF Suez, Schlumberger), débattront autour de ce thème.


Le Point.fr 1/06/2012