Potentiel géothermique des aquifères superficiels et de moyenne profondeur du département du Gard

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1 Potentiel géothermique des aquifères superficiels et de moyenne profondeur du département du Gard Rapport final BRGM/RP FR novembre 2010

2 Document public à accès réservé Inventaire des arrêtés préfectoraux imposant surveillance Région Provence-Alpes-Côte d'azur Rapport final BRGM/RP FR septembre 2004 Etude réalisée dans le cadre des opérations de Service Public du BRGM 04DEPD01 D. Nguyen, G. Longin

3 Potentiel géothermique des aquifères superficiels et de moyenne profondeur du département du Gard Rapport final BRGM/RP FR novembre 2010 Etude réalisée dans le cadre des opérations de Service Public du BRGM 09GTHB09 Nguyen.D., Marchal.J.P. Vérifié par : S. Bezelgues Approuvé par : M. Audibert Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000 M 003 SIMP - AVRIL. 05

4 Mots clés : géothermie, potentiel, aquifère En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Nguyen.D., Marchal.J.P. (2010) Potentiel géothermique des aquifères superficiels et de moyenne profondeur du département du département du Gard. Rapport final. Rap. BRGM/RP FR, 99 p., 30 ill., 7 ann., dont annexe 7 sur cédérom. BRGM, 2010, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM. 2 BRGM/RP FR Rapport final

5 Synthèse L e Conseil Général du Gard (Direction des bâtiments) a souhaité faire évaluer le potentiel géothermique sur nappe du département. Pour répondre aux spécificités de la géothermie dans le Gard, l étude est organisée en quatre volets distincts : (i) aperçu général des différentes filières géothermiques sous leurs aspects techniques ainsi que sur le contexte réglementaire des exploitations géothermiques basse température, (ii) bilan des expériences géothermiques réalisées dans le département, (iii) contexte hydrogéologique du Gard avec comme perspective l utilisation à des fins géothermiques des aquifères superficiels et des aquifères situés à moyenne profondeur, examen des ressources des différentes classes d aquifères, (iv) réalisation d un atlas des ressources géothermiques potentielles des aquifères superficiels (jusqu à 300 m, voire 500 m) et de ceux situés à moyenne profondeur, entre 250 et 2500 mètres environ. Dans le cadre de cet atlas des ressources géothermiques potentielles des aquifères superficiels et des aquifères de moyenne profondeur, une analyse multicritère est effectuée et permet d établir, pour chaque commune du département, des cartes de synthèse des secteurs favorables à l implantation de nouveaux projets de géothermie sur nappe. Des critères de sensibilité des aquifères superficiels à une utilisation géothermique, et du degré d exploitation par rapport à la ressource disponible, sont également intégrés à l analyse pour tenir compte de l éventuelle utilisation concurrente de la même ressource aquifère à d autres fins que géothermiques (alimentation en eau potable, usage agricole et industriel). Cette information cartographique a comme objectif de fournir aux aménageurs l information hydrogéologique élaborée requise en matière de ressource disponible sur aquifère pour une prise de décision adéquate. Un ensemble de 115 secteurs homogènes vis-à-vis des aquifères superficiels rencontrés (secteurs hydrogéologiques homogènes) est défini. Pour ces 115 secteurs hydrogéologiques homogènes, pour chaque niveau reconnu dans chacun de ces secteurs, des paramètres à prendre en compte pour l évaluation du potentiel géothermiques des aquifères superficiels sont décrits. Il s agit des paramètres suivants : (i) identification hydrogéologique du réservoir ; (ii) profondeur du réservoir ; (iii) épaisseur du réservoir ; iv) débit potentiel moyen mobilisable ; v) transmissivité des terrains ; vi) perméabilité des terrains ; vii) sensibilité du réservoir à l'utilisation de l eau à des fins géothermiques. Cette sensibilité est définie en fonction de l importance de la ressource disponible, de la liaison éventuelle plus ou moins directe avec les eaux de surface (cours d eau et étangs littoraux), du fait pour l aquifère d être exploité plus ou moins intensivement et notamment pour l AEP, ou de constituer un aquifère patrimonial sensible à la surexploitation également. Hormis les réservoirs superficiels, on a aussi cartographié le toit des réservoirs plus profonds qui restent encore le plus souvent mal connus, mais qui sont susceptibles de constituer des cibles majeures pour des projets géothermiques à moyenne profondeur. Quatre réservoirs principaux à moyenne profondeur peuvent être distingués dans le département du Gard. Il s agit des calcaires urgoniens, des formations calcaires ou molassiques du Burdigalien, des formations calcaires sous-jacentes du Jurassique supérieur et de celles du Lias. Par ailleurs, il n y BRGM/RP FR Rapport final 3

6 a pas dans le département du Gard de secteur présentant d anomalie du gradient géothermique bien identifiée qui aurait pu donner lieu à une exploitation géothermale à moyenne ou grande profondeur. Aucun gîte géothermique n y est ainsi exploité ou n y a fait l objet d autorisation d exploitation au titre du Code minier. Les eaux ennoyant les anciennes exploitations minières souterraines peuvent constituer une ressource géothermale possible. Elles mettent en effet en communication la surface avec des niveaux profonds bénéficiant de températures plus élevées du fait du gradient géothermique. Le pompage qui, pour des raisons de traitement des eaux, doit être maintenu au niveau de l ancien puits minier Destival (commune d Alès), afin de maintenir le niveau des eaux suffisamment bas dans l ancien puits pour éviter toute sortie d'eau directe sans traitement dans le lit du Gardon, a un débit moyen de 220 m³/h pour une température de 23,4 C à la sortie du pompage. La puissance thermique estimée de cette ressource serait de l ordre de 1 MW. En matière de bilan des opérations géothermiques existantes sur nappe aquifère, les installations dans le département du Gard relèvent toutes d opérations de très basse énergie à faible profondeur et de production de chaud ou de froid via l utilisation d une pompe à chaleur (PAC). Elles exploitent uniquement les aquifères superficiels. Parmi ces opérations géothermiques peuvent être distinguées des exploitations de faible puissance (pour maison individuelle ou équivalent), et des exploitations de puissance moyenne (pour petit collectif & tertiaire). Sur la base des indications des fournisseurs et installateurs de PAC dans la région, on estime à une vingtaine d installations environ le nombre de PAC sur aquifère superficiel de faible puissance (10 à 30 kw) installées annuellement dans le département du Gard. Quelques installations de puissance moyenne sont également en service. Un projet de recherche de géothermie et de stockage de chaleur sur nappe est en cours sur le site du Centre technique interprofessionnel des fruits et légumes (CTIFL) de Balandran. L objectif du projet de Balandran est la thermorégulation des serres de culture maraichère par le stockage intersaisonnier de chaleur, avec le suivi du comportement de l aquifère assuré par BRGM. Deux planches hors-texte en annexe du rapport d étude fournissent la cartographie des réservoirs superficiels et des réservoirs à moyenne profondeur. L évaluation du potentiel géothermique et les autres estimations techniques conduites dans le cadre de la présente étude le sont à une échelle départementale, dans un détail cohérent avec l échelle du 1/ L analyse réalisée est destinée à orienter les projets géothermiques sur leur faisabilité éventuelle. Elle ne se substitue pas à l examen détaillé du potentiel géothermique des aquifères et au calcul de l économie de leur exploitation qui doivent être conduits à l échelle locale et du projet, particulièrement dans le contexte géologique et hydrogéologique complexe du département du Gard. Le présent document constitue le rapport d étude final dont l élaboration est envisagée par le contrat de recherche et développement partagé entre le CG30 et BRGM. Il a été précédé par un rapport d avancement en date du mois de juin Le cofinancement de l étude est assuré par le Conseil Général du Gard et par BRGM, dont l intervention a été conduite dans le cadre de ses opérations d appui aux politiques publiques (09GTHB09). 4 BRGM/RP FR Rapport final

7 Sommaire 1. Objet et programme de l étude Contenu synthétique de l étude Cadre contractuel et conduite de l etude Objet du rapport Présentation de la géothermie Filières géothermiques Dispositifs d exploitation géothermique basse énergie Contexte réglementaire applicable aux opérations géothermiques de basse et de très basse énergie Opérations géothermiques dans le département du Gard Exploitation de faible puissance Exploitations de puissance moyenne Contexte hydrogéologique du département du Gard Présentation générale et entites géologiques Domaines ou systèmes aquifères alluviaux Domaines ou systèmes aquifères de socle Domaines ou systèmes aquifères sédimentaires karstiques Domaines ou systèmes aquifères sédimentaires non karstiques Potentiel géothermique des aquifères superficiels du département du Gard Potentiel géothermique des aquifères superficiels Potentiel géothermique des ressources à moyenne profondeur Anomalies géothermiques Exhaure des anciennes exploitations minières souterraines Présentation de l atlas géothermique...65 Conclusion...67 Bibliographie...69 BRGM/RP FR Rapport final 5

8 Liste des illustrations Illustration 1 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur (rapport ALTO) Illustration 2 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur sur nappe (rapport ALTO) Illustration 3 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur sur sondes géothermiques Illustration 4 Différents types de dispositifs d exploitation géothermique TBE Illustration 5 Principales étapes de la réalisation d un projet de géothermie sur aquifère Illustration 6 Puissance thermique soutirée vs. Débit pompé dans l aquifère Illustration 7 Procédures du Code minier applicables à la géothermie Illustration 8 Réglementation du Code de l environnement relative aux prélèvements Illustration 9 Réglementation du Code de l environnement relative aux rejets Illustration 10 Procédures du Code de l environnement applicables à la géothermie Illustration 11 Articulation du Code minier et du Code de l environnement Illustration 12 Principe du dispositif du projet de recherche Balandran Illustration 13 Carte géologique simplifiée du département du Gard Illustration 14 Différents types d aquifères (doc. Agence de l eau Rhône- Méditerranée et Corse) Illustration 15 Niveau 1 des aquifères superficiels Illustration 16 Niveau 2 des aquifères superficiels Illustration 17 Niveau 3 des aquifères superficiels Illustration 18 Coupe géologique NW-SE au travers des garriques et de la plaine de la Vistrenque (extrait de la carte géologique) llustration 19 Situation des aquifères superficiels dans le secteur de Nîmes Marguerittes Illustration 20 Caractéristiques des aquifères superficiels rencontrés dans le secteur Nîmes - Marguerittes Illustration 21 Nombre de réservoirs superficiels superposés Illustration 22 Débit potentiel moyen mobilisable Illustration 23 Sensibilité des aquifères superficiels à une utilisation géothermique BRGM/RP FR Rapport final

9 Illustration 24 Exploitation des aquifères superficiels pour l alimentation en eau potable, l usage agricole et industriel...58 Illustration 25 Température au toit de l aquifère du Jurassique supérieur...59 Illustration 26 Profondeur du toit des calcaires urgoniens ou du toit du Burdigalien au sud de Nîmes-Remoulins...61 Illustration 27 Profondeur du toit du Jurassique supérieur ou du Lias calcaire...62 Illustration 28 Ecran d accueil du document HTML de l atlas géothermique...65 Illustration 29 Entités hydrogéologiques pour le département du Gard...79 Illustration 30 Ouvrages géothermiques déclarés dans la Banque du sous-sol (BSS)...83 Liste des annexes Annexe 1 Reférences des principaux textes législatifs et fiches d opérations standardisées...71 Annexe 2 Entités hydrogéologiques départementales et ouvrages déclarés...77 Annexe 3 Garantie AQUAPAC...85 Annexe 4 Fiche de déclaration en mairie des prélèvements, puits et forages réalisés à des fins domestiques...91 Annexe 5 Carte des réservoirs superficiels (planche hors-texte éch. 1/ )...95 Annexe 6 Cartes des réservoirs à moyenne profondeur (planche hors-texte éch. 1/ )...97 Annexe 7 Données numériques (cédérom)...99 BRGM/RP FR Rapport final 7

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11 1. Objet et programme de l étude Le Conseil Général du Gard (Direction des bâtiments) a souhaité faire évaluer le potentiel géothermique sur nappe du département dans le but de favoriser le développement de cette filière. Dans ce contexte, il est apparu opportun d engager une démarche d inventaire des réalisations géothermiques et du potentiel de la géothermie sur nappe, afin de diffuser ces éléments d information à un large public (responsables locaux, particuliers ) CONTENU SYNTHETIQUE DE L ETUDE Pour répondre aux spécificités de la géothermie dans le Gard, l étude est organisée en plusieurs volets distincts : i) Présentation de la géothermie : il s agit de donner un aperçu général des différentes filières géothermiques sous leurs aspects techniques, économiques ainsi que sur le contexte réglementaire des exploitations géothermiques basse température. ii) Opérations géothermiques dans le département du Gard : synthèse et bilan des expériences géothermiques passées et actuelles réalisées dans le département. iii) Contexte des eaux souterraines dans le Gard avec comme perspective l utilisation à des fins géothermiques des aquifères superficiels et des aquifères situés à moyenne profondeur. Examen des ressources présentées par les différentes classes d aquifères. iv) Réalisation, au format HTML, d un atlas des ressources géothermiques potentielles des aquifères superficiels et des aquifères de moyenne profondeur (géothermie sur nappe). Une analyse multicritère est effectuée et permet d établir, pour chaque commune du département, des cartes de synthèse des secteurs favorables à l implantation de nouveaux projets de géothermie sur nappe. Des critères de sensibilité des aquifères à une utilisation géothermique sont également intégrés à l analyse pour tenir compte notamment de l éventuelle utilisation concurrente de la même ressource aquifère à d autres fins que géothermiques (alimentation en eau potable, usage agricole et industriel). Les résultats de cette cartographie seront également présentés sur le site national BRGM/RP FR Rapport final 9

12 1.2. CADRE CONTRACTUEL ET CONDUITE DE L ETUDE Le programme d étude est contractualisé par la convention de recherche et développement partagé n 3262 établie le 04/06/2009 entre le Conseil Général du Gard et BRGM. Le cofinancement de l étude est assuré par le Conseil Général du Gard et par BRGM, dont l intervention a été conduite dans le cadre de ses opérations d appui aux politiques publiques (09GTHB09). L exécution de l étude a été assurée par BRGM Montpellier (Service géologique régional Languedoc-Roussillon et unité EAU/RMD), avec l appui méthodologique du département Géothermie du Centre technique du BRGM à Orléans OBJET DU RAPPORT Le présent document constitue le rapport d étude final dont l élaboration est envisagée par le contrat de recherche et développement partagé entre le CG30 et BRGM. Il a été précédé par un rapport d avancement en date du mois de juin BRGM/RP FR Rapport final

13 2. Présentation de la géothermie Un aperçu général des différentes filières géothermiques est fourni avec un détail sur les dispositifs d exploitation géothermique très basse énergie. Un descriptif de la réglementation en vigueur régissant les ouvrages et opérations géothermiques basse température est également fourni FILIERES GEOTHERMIQUES La géothermie consiste à exploiter la chaleur stockée dans le sous-sol de notre planète. Cette énergie est potentiellement considérable : 1 km 2 de roche, sur une profondeur de 10 km, renferme en moyenne une quantité d'énergie équivalant à 15 millions de TEP (Tonne Equivalent Pétrole : 1 TEP environ 11,6 MWh). Les domaines d'utilisation de l'énergie de la terre recouvrent le chauffage, le rafraîchissement, l utilisation directe de la chaleur et la production d'électricité. L'accroissement de la température en fonction de la profondeur constitue le gradient géothermique. Il est en moyenne de 3 C pour 100 mètres d approfondissement, le flux d'énergie thermique à l origine de ce gradient étant de l'ordre de 60 mw/m 2. Ces valeurs moyennes peuvent varier suivant le contexte géologique et structural du secteur concerné. Ainsi, le gradient géothermal, en moyenne de 4 C tous les 100 m en France métropolitaine, varie de 10 C par 100 m dans le nord de l'alsace à seulement 2 C par 100 m au pied des Pyrénées. La chaleur dégagée par notre globe a pour origine le refroidissement de son noyau mais surtout la désintégration des éléments radioactifs naturels (uranium, thorium, potassium, etc.) présents dans les roches : 90% de l'énergie dissipée provient de ce phénomène Différents types de géothermies et potentiels d'utilisation On distingue plusieurs types de géothermie, en fonction des caractéristiques de la ressource et de l'usage final. a) Production d électricité Géothermie haute énergie La géothermie haute enthalpie ou haute température concerne les fluides qui atteignent des températures supérieures à 150 C. Les réservoirs sont généralement localisés dans des contextes géodynamiques spécifiques (zones de volcanisme ), présentant des gradients géothermiques pouvant être sans commune mesure avec le gradient moyen. Lorsqu'il existe un réservoir, le fluide peut être capté sous forme de vapeur sèche ou humide pour la production d'électricité. En périphérie de ces réservoirs, mais aussi plus généralement, à grande profondeurs (de 2000 à 4000 mètres), on trouve des ressources sous forme d'eau chaude ou de vapeur humide à une température comprise entre 90 C et 150 C (dite de moyenne énergie). Pour produire de l'électricité, une technologie nécessitant l'utilisation d'un fluide intermédiaire est alors nécessaire. BRGM/RP FR Rapport final 11

14 b) Usage direct de la chaleur Géothermie basse énergie L usage direct de la chaleur consiste en l'utilisation de la chaleur, par extraction d'eau chaude contenue dans les milieux naturels et sa valorisation directe (via un échangeur de chaleur) pour le chauffage ou d autres besoins (process industriel ). Le cas le plus typique est celui de l exploitation des aquifères profonds ( m) des bassins sédimentaires, à des températures entre 30 C et 90 C (on parle de géothermie basse énergie). En France métropolitaine, plus de 30 réseaux de chaleur urbains sont alimentés par ce type de géothermie. Ils permettent d'économiser plus de TEP/an de combustibles fossiles. En région parisienne, l'eau de l'aquifère profond du Dogger est captée entre 1500 et 1800 m de profondeur, à des températures comprises entre 55 et 85 C. c) Valorisation de la géothermie superficielle par les pompes à chaleur Géothermie très basse énergie La valorisation de la géothermie superficielle par les pompes à chaleur concerne l exploitation de l énergie contenue dans les terrains ou les aquifères peu profonds (en général < 100 m) pour la production de chaleur et/ou de froid. La température exploitée est inférieure à 30 C (généralement comprise entre 9 et 15 C). Pour exploiter cette gamme de températures, il est nécessaire de recourir à l'utilisation de pompes à chaleur (PAC). Les PAC peuvent fonctionner sur des dispositifs d'échange et d'extraction d'énergie avec le sous-sol (capteurs horizontaux de, profondeur inférieure à 2.0 m, capteurs verticaux, profondeur généralement inférieure à 100 m), l'eau souterraine des aquifères peu profonds (puits de pompage) et les eaux superficielles Intérêt de la géothermie L intérêt de la géothermie dans les domaines des économies d'énergie, de l'environnement et du développement durable tient dans le fait que la France va être confrontée dans les années à venir à de grands enjeux énergétiques : maîtriser sa consommation énergétique globale, sécuriser ses approvisionnements et diviser par un facteur 4 d'ici 2050 ses émissions de CO 2 pour limiter le réchauffement climatique. La consommation finale d'énergie dans le résidentiel et le tertiaire continue à augmenter, du fait de l'augmentation du parc (en nombre et en surface) et de l'augmentation du confort (recours accru à la climatisation durant l'été). Le secteur du bâtiment produit plus de 20% des émissions de CO 2 totales en France. Près de 70% de la consommation d'énergie du résidentiel est liée aux besoins du chauffage. Il y a donc dans ce domaine une source importante d'amélioration qui doit passer tout d'abord par la qualité des bâtiments et par les comportements individuels, mais également par le développement des énergies renouvelables et l'efficacité énergétique des dispositifs de chauffage. La prise de conscience des risques de pollution et de dégradation de la qualité de notre environnement par le biais des émissions de gaz à effet de serre (le protocole de Kyoto) et l'augmentation du prix des hydrocarbures conduisent progressivement à la 12 BRGM/RP FR Rapport final

15 mise en place de nouveaux objectifs énergétiques, tant au niveau européen, que national ou local DISPOSITIFS D EXPLOITATION GEOTHERMIQUE BASSE ENERGIE La géothermie très basse énergie (TBE), associée aux systèmes de pompes à chaleur, peut apporter une réponse énergétique et environnementale satisfaisante dans le domaine du chauffage (et du rafraîchissement) résidentiel et tertiaire (logements, bureaux, commerces). Dans son principe (Illustration 1), une pompe à chaleur permet de prélever de la chaleur à basse température (généralement 9 15 C) dans un milieu et de la restituer à plus haute température dans un autre milieu. La pompe à chaleur fonctionne selon le cycle thermodynamique ci-après : la chaleur absorbée dans le milieu extérieur (eau souterraine ou sondes géothermique) est transférée au circuit de la PAC par un échangeur (évaporateur) dans lequel un fluide frigorigène se vaporise à basse température ; le compresseur de la PAC (entraîné par un moteur électrique) comprime cette vapeur à haute pression ; par l échange thermique entre le condenseur et le milieu extérieur (= production de chaleur) la vapeur repasse à l état liquide ; le détendeur assure le passage du fluide liquide de la haute pression à la basse pression. Illustration 1 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur (rapport ALTO) La description des dispositifs d exploitation géothermique par pompes à chaleur sur aquifère superficiel et par pompes à chaleur sur sondes géothermique sont fournis en suivant Pompe à chaleur sur aquifère superficiel Pour les pompes à chaleur sur aquifère superficiel (pompe à chaleur sur nappe), la source d énergie qui alimente le circuit de la pompe à chaleur provient d'un forage de BRGM/RP FR Rapport final 13

16 prélèvement d'eau souterraine (nappe phréatique, nappe captive peu profonde, nappe artésienne). En fin de cycle, idéalement, l'eau est réinjectée dans un forage de réinjection (Illustration 2) et le circuit est donc fermé. On parle de fonctionnement en doublet géothermique. L évacuation de l eau prélevée en nappe peut également se faire vers le milieu superficiel. Dans ce cas, on parle de fonctionnement en puits unique. Une exploitation intense de ce type n est possible que si une réalimentation naturelle vient restituer les volumes d eau exploités. Plus économique qu une solution avec réinjection de l eau, ce type de prélèvement est cependant plus impactant pour l équilibre hydraulique de la ressource et pour les forages alentours. Illustration 2 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur sur nappe (rapport ALTO) En fonctionnement d'hiver, la pompe à chaleur géothermique prélève la chaleur contenue dans l'eau souterraine et restitue la chaleur à une température utilisable dans le circuit de chauffage du bâtiment (air, boucle d'eau, chauffage au sol). En fonctionnement d été, une pompe à chaleur réversible permet (en mode rafraîchissement) de prélever l'énergie excédentaire à l'intérieur du bâtiment et de transférer la chaleur excédentaire (chaleur prélevée + la chaleur issue de la puissance du compresseur) dans l'eau souterraine. Une autre option est le rafraîchissement direct, qui consiste à utiliser directement (avec interposition d'un échangeur) la fraîcheur de l'eau de la nappe pour assurer le rafraîchissement d un bâtiment. Dans ce cas, la pompe à chaleur est by-passée. Enfin, le fonctionnement en thermofrigopompe permet la production simultanée de chaud et de froid (destinés aux appareils terminaux qui assurent le traitement d'ambiance des différentes parties du bâtiment). L'eau souterraine constitue la source d'énergie sur laquelle la production vient puiser le chaud ou le froid nécessaire. 14 BRGM/RP FR Rapport final

17 Pompe à chaleur sur sondes géothermiques Les capteurs géothermiques verticaux (sondes géothermiques) sont des échangeurs thermiques qui prélèvent, par conduction thermique, la chaleur emmagasinée dans le sous-sol et la transporte vers la pompe à chaleur (PAC), par l'intermédiaire d'un liquide caloporteur (eau glycolée). Ils sont constitués d un ou plusieurs forages verticaux, de quelques dizaines de mètres de profondeur, parfois plus, dans lesquels sont insérés des tubes en matériau synthétique, en général du polyéthylène haute densité (PEHD), raccordés à la PAC. Ces tubes peuvent être reliés entre eux, soit par une chambre commune, soit deux par deux en double U. Le fluide antigel caloporteur est composé d'eau glycolée ( % de monopropylène glycol, pour éviter le gel du circuit), et a la particularité d'avoir un très faible point d'ébullition et donc un grand pouvoir d'absorbtion de chaleur. Illustration 3 Schéma de principe général d'une pompe à chaleur sur sondes géothermiques La PAC restitue en surface la chaleur prélevée et permet de chauffer une habitation, de préférence au moyen d un plancher chauffant. Pareillement que la pompe à chaleur sur aquifère superficiel, le système peut être inversé en été pour fonctionner en mode rafraîchissement (cas d une PAC réversible). Cette technique est adaptée aux maisons individuelles, à l habitat individuel groupé, au résidentiel collectif ou au tertiaire. Elle bénéficie d aides financières publiques (crédits d'impôts, aides aux opérations exemplaires de l'ademe, aides de l'anah, etc.) et peut se satisfaire de démarches administratives simplifiées qu il faut cependant connaître et respecter. BRGM/RP FR Rapport final 15

18 Illustration 4 Différents types de dispositifs d exploitation géothermique TBE Mise en œuvre des PAC sur aquifères La validation d'un projet de pompe à chaleur sur nappe nécessite, en plus des études de conception nécessaires à tout projet, une approche spécifique d évaluation et de quantification de la ressource en eau souterraine qui sera sollicitée. Les différentes étapes de la mise en œuvre d un projet de PAC sur aquifères doivent être menées en concertation avec les autres intervenants du projet, afin d'obtenir le meilleur ajustement besoin ressource (Illustration 5). Une analyse économique devra comprendre une étude comparative afin de justifier la solution pompes à chaleur sur nappe, intégrant 16 BRGM/RP FR Rapport final

19 les coûts d'investissement et les coûts de fonctionnement (énergie, maintenance), ainsi que l'aspect environnemental. Enfin, il faut noter qu'il existe une procédure de «Garantie sur la ressource en eau souterraine à faible profondeur utilisée à des fins énergétiques» destinée à couvrir le risque d'aléa sur la ressource et sa pérennité (procédure Aquapac). Illustration 5 Principales étapes de la réalisation d un projet de géothermie sur aquifère Les principales étapes de la mise en œuvre d un projet de PAC sur aquifères sont développées ci-après. a) Détermination des besoins. Il s'agit de déterminer les puissances chaud et froid qu'il faudra fournir au bâtiment, et de convertir ces deux puissances en débit d'eau à prélever sur la nappe (Illustration 6). BRGM/RP FR Rapport final 17

20 Illustration 6 Puissance thermique soutirée vs. Débit pompé dans l aquifère b) Identification préalable de la ressource L'analyse des données de l'atlas et l'estimation du débit nécessaire pour satisfaire tout ou partie des besoins thermiques permettront une première orientation, soit la vérification du caractère plus ou moins favorable du potentiel géothermique régional vis-à-vis du projet. Dans l'analyse de l'adéquation besoins/ressources, il n'est pas toujours pertinent de chercher à couvrir la totalité des besoins avec la solution PAC sur nappe. L'analyse du fonctionnement dynamique du bâtiment et des systèmes peut mettre en évidence des fluctuations importantes d'appel de puissance sur de faibles portions du temps de fonctionnement. c) Etude de faisabilité hydrogéologique Cette étape requiert l'intervention d'un bureau d'étude spécialisé, car il s'agit d'affiner la démarche d'identification préalable de la ressource, en intégrant en particulier le nombre et le dimensionnement préalable des ouvrages, leur positionnement prévisionnel en fonction des contraintes du site. Une première approche réglementaire peut également être réalisée à ce niveau, ce qui permettra de connaître les documents administratifs à prévoir. d) Conception, suivi, réception des travaux en sous-sol Dans cette étape, le bureau d'étude hydrogéologique intervient en tant qu'assistant à la maîtrise d'œuvre de la phase de conception jusqu'à la réception des travaux, tant pour les aspects techniques et financiers des ouvrages (forages, équipements, maintenance) que pour la partie administrative et réglementaire. e) Cas de la maison individuelle Dans le cas d'opérations pour l'habitat individuel, si les principes de la démarche restent les mêmes, il est rarement fait appel à un bureau d'étude hydrogéologique. C'est 18 BRGM/RP FR Rapport final

21 sur le savoir faire et l'expérience de l'installateur chauffagiste et du foreur que repose la réussite de l'opération. On peut noter que dans le cas de logements pavillonnaires groupés, il peut être envisagé de mutualiser la ressource, en distribuant l'eau souterraine extraite à chacun des pavillons à partir d'un seul forage (ou groupe de forages). BRGM/RP FR Rapport final 19

22 2.3. CONTEXTE REGLEMENTAIRE APPLICABLE AUX OPERATIONS GEOTHERMIQUES DE BASSE ET DE TRES BASSE ENERGIE Les principaux textes réglementaires qui s appliquent sont : le Code minier ; le Code de l environnement ; le Code de la Santé publique ; le Code général des Collectivités territoriales. La réglementation relative à la géothermie est en cours de modification, le Code minier en particulier. Les changements envisagés sont importants et il est recommandé aux maîtres d ouvrage de se rapprocher des services départementaux et régionaux en charge de l instruction des dossiers ainsi que des mairies concernées Code minier Les opérations basse température (< 150 C) sont soumises à un titre spécifique du Code minier, le titre V (articles 98 à 103). On distingue pour ces opérations un régime normal, et un régime dérogatoire dit de la «minime importance». Certaines dispositions du Code minier sont applicables à l un ou l autre de ces régimes, d autres à tout type d opération géothermique quel que soit le régime auquel elle se rattache. a) Dispositions spécifiques aux opérations basse température - régime normal Recherche de gîte géothermique : Une demande d autorisation de recherches doit être adressée au Préfet (article 98 du Code minier). Cette autorisation, désignée également par l appellation «permis exclusif de recherches», est accordée en vertu du décret n du 28 mars 1978, après instruction du dossier du demandeur et après enquête publique, pour une durée maximale de trois ans. Exploitation de gîte géothermique : Elle est soumise à l obtention d un permis d exploitation minier accordé par le préfet après enquête publique (article 99 du Code minier) pour une durée maximale de 30 ans renouvelable par périodes de 15 ans maximum. Le titulaire d'une autorisation de recherches peut seul obtenir, pendant la durée de cette autorisation, un permis d'exploitation aux conditions de l'article 99 du Code minier. Les procédures de demande et d attribution de ces deux permis sont détaillées dans les articles 3 à 7 du décret n BRGM/RP FR Rapport final

23 b) Dispositions spécifiques aux opérations basse température de minime importance - régime dérogatoire Sont considérées comme des exploitations géothermiques à basse température de minime importance les prélèvements de chaleur souterraine : dont le débit calorifique maximal possible calculé par rapport à une température de 20 C est inférieur à 200 thermies par heure (= 230 kw), et dont la profondeur est inférieure à 100 mètres». Le texte de référence pour ce régime est l article 17 du décret pris en application de l article 102 du Code minier. Ce type d exploitation est dispensé de l autorisation de recherches et du permis d exploitation prévus aux articles 98 et 99 du Code minier. Il est en revanche soumis à déclaration préalable, au service interdépartemental de l industrie et des mines (la DREAL aujourd hui) un mois avant leur réalisation. Cette formalité doit être effectuée par le maître d ouvrage ou par le foreur par lettre recommandée avec accusé de réception. Cette déclaration tient lieu de la déclaration prévue à l article 131 du Code minier (cf. ci-après). c) Dispositions applicables à tout type d opération géothermique Ouverture de travaux de géothermie : L article 83 du Code minier prévoit que «toute ouverture de travaux d exploration ou d exploitation de mines est subordonnée à une autorisation administrative, accordée, après enquête publique et consultation des communes intéressées». Ceci concerne aussi l ouverture de travaux pour géothermie. Les procédures de demande d autorisation d ouverture de travaux miniers sont précisées par le décret n Une adaptation du droit minier est en cours sur ce sujet, afin de délimiter les procédures administratives à de simples déclarations dans le cas des installations de minimes importance. Réalisation d un forage : L article 131 du Code minier impose la déclaration préalable à la DREAL de tout ouvrage, installation ou sondage de plus de 10 mètres de profondeur au moins un mois avant sa réalisation. Cette déclaration est réalisée par le maître d ouvrage ou par le foreur. BRGM/RP FR Rapport final 21

24 Pour les opérations de géothermie de minime importance, la déclaration préalable prévue par l article 17 du décret de tient lieu de déclaration prévue à l article 131. La demande d autorisation au titre de l article 83 du Code minier vaut déclaration au titre de l article 131. La déclaration préalable ainsi qu un dossier de fin de travaux sont ensuite transmis par la DREAL au Service Géologique Régional (SGR) du BRGM, afin de permettre l'inscription des ouvrages dans la Base de données du sous-sol (BSS). Une synthèse des différentes procédures prévues par le Code minier et applicables aux opérations géothermiques est présentée dans l Illustration 7. Illustration 7 Procédures du Code minier applicables à la géothermie 1 L article 17 du décret n du 28 mars 1978 modifié indique que les exploitations géothermiques à basse température de minime importance sont dispensées des autorisations de recherche et de permis d'exploitation prévus aux articles 98 et 99 du Code minier, mais doivent faire l'objet d'une déclaration à la DREAL par l'installateur, selon les modalités prévues pour les déclarations de sondages en application de l'article 131 du Code Minier. Cette déclaration doit être adressée au plus tard, un mois avant la mise en service et tient alors lieu de déclaration prévue à l'article 131 du Code minier. 22 BRGM/RP FR Rapport final

25 Le Code de l environnement Le Code de l environnement ne traite pas de la géothermie en particulier, mais uniquement, dans le cadre de la préservation des ressources en eau et de la prévention des pollutions, des risques et des nuisances associés à certaines activités pouvant avoir un impact sur la ressource en eau. En particulier, les dispositions exposées dans la partie du code relative à l eau et aux milieux aquatiques ( Livre II, Titre 1 er ) et dans la partie du code relative aux ICPE 2 (Livre V, Titre 1 er ) peuvent concerner les opérations de géothermie. a) Dispositions relatives à l eau et aux milieux aquatiques Les objectifs du code de l Environnement dans le domaine de l eau sont d aboutir à la gestion équilibrée de la ressource et à la protection de toutes les eaux vis-à-vis des pollutions (article L.211-1) et de mettre en place la «nomenclature Eau» (article L.214-3) : régimes d autorisation ou de déclaration applicables aux installations, ouvrages, travaux et activités (IOTA) susceptibles de représenter un danger ou d avoir un impact sur la ressource en eau. La «nomenclature Eau» figure à l article R du Code de l environnement. Son principe du fonctionnement 3 consiste à appliquer soit le régime déclaratif, soit le régime d autorisation, soit, pour les IOTA entrant dans plusieurs des rubriques, le régime le plus contraignant (c'est-à-dire le régime d autorisation). Les opérations de géothermie sont concernées par la «nomenclature Eau» dans différents cas de figure : (i) pour la réalisation d ouvrages souterrains en lien avec les eaux souterraines, (ii) lorsqu elles impliquent des prélèvements d eau souterraine et (iii) lorsqu elles impliquent des rejets dans le milieu naturel. Réalisation de forages en lien avec les eaux souterraines Rubrique : sondage, forage, y compris les essais de pompage, création de puits ou d'ouvrage souterrain, non destiné à un usage domestique, exécuté en vue de la recherche ou de la surveillance d'eaux souterraines ou en vue d'effectuer un prélèvement temporaire ou permanent dans les eaux souterraines, y compris dans les nappes d'accompagnement de cours d'eau sont soumis à déclaration. Prélèvements d eau souterraine Rubrique : les prélèvements permanents ou temporaires issus d'un forage, puits ou ouvrage souterrain dans un système aquifère à l'exclusion de nappes d'accompagnement de cours d'eau, par pompage, drainage, dérivation ou tout autre procédé sont soumis à : 2 Installations classées pour la protection de l environnement 3 D après les circulaires d application du 16 mars 2004 et du 22 octobre Anomalie géothermique par rapport au gradient géothermique moyen voisin de 3 C par 100 m d approfondissement. BRGM/RP FR Rapport final 23

26 Autorisation si le volume total prélevé est supérieur ou égal à m³/an ; Déclaration si le volume total prélevé est supérieur à m³/an mais inférieur à m³/an. Rubrique : les prélèvements dans des zones où des mesures permanentes de répartition quantitative sont instituées (Zones de Répartition des Eaux), sont soumis à : Autorisation si leur débit est supérieure ou égale à 8 m³/h ; Déclaration dans les autres cas. Rubriques spécifiques «ouvrages géothermiques» («réalisation de forage» et «rejets») : Rubrique : la réinjection dans une même nappe des eaux prélevées pour la géothermie est soumise à : Autorisation si la capacité totale de réinjection est supérieure ou égale à 80 m³/h ; Déclaration si la capacité totale de réinjection est supérieure à 8m³/h mais inférieure à 80 m³/h. Rubrique : les travaux de recherches et d'exploitation de gîtes géothermiques sont soumis à autorisation. Ces rubriques spécifiques renvoient à l autorisation de travaux régie par le décret d application de l article 83 du Code minier qui vaut autorisation ou déclaration au titre du Code de l Environnement, sous réserve que le dossier de demande comporte les éléments exigés par le code de l Environnement (dispositions définies aux articles R dans le cas d une autorisation et R dans le cas d une déclaration). Par ailleurs, comme prévu par le décret n , les demandes d'autorisation et les déclarations prévues par le Code de l Environnement valent déclaration au titre de l'article 131 du Code minier. Enfin, d autres rubriques peuvent être appliquées à la géothermie : notamment les rubriques prélèvement ( et ) ou rejet ( , , et ) s appliqueront, le cas échéant. Les prescriptions techniques qui leurs sont assorties sont également applicables. Les dispositions de la «nomenclature Eau» applicables à la géothermie sont synthétisées par l Illustration 8 et l Illustration BRGM/RP FR Rapport final

27 Les procédures du Code de l environnement applicable à la géothermie, et l articulation entre les dispositions du Code minier et celles de la «nomenclature Eau» sont présentées dans l Illustration 10 et l Illustration 11. Illustration 8 Réglementation du Code de l environnement relative aux prélèvements Illustration 9 Réglementation du Code de l environnement relative aux rejets BRGM/RP FR Rapport final 25

28 Illustration 10 Procédures du Code de l environnement applicables à la géothermie Illustration 11 Articulation du Code minier et du Code de l environnement 26 BRGM/RP FR Rapport final

29 b) Dispositions relatives aux Installations Classées pour la Protection de l Environnement Les opérations de géothermie peuvent également être soumises à déclaration ou autorisation au titre de la réglementation des Installations Classées pour la Protection de l Environnement. Cas des pompes à chaleur Les PAC sur nappe sont concernées par la rubrique 2920 de l annexe 1 de l'article R511-9 du Code de l environnement qui prévoit pour les installations de réfrigération ou compression fonctionnant à des pressions effectives supérieures à 10 5 Pa (mais ne comprimant pas ou n utilisant pas des fluides inflammables ou toxiques) : un régime d autorisation si la puissance absorbée est supérieure à 500 kw ; un régime de déclaration si la puissance absorbée est supérieure à 50 kw, mais inférieure ou égale à 500 kw. Des réglementations spécifiques concernent l utilisation des fluides frigorigènes. Cas des forages Dans la législation applicable aux ICPE, les forages en eux-mêmes ne font pas l'objet d'une rubrique de la nomenclature des installations classées. Toutefois, ils sont considérés comme des ouvrages connexes des activités soumises à autorisation ou déclaration lorsqu ils sont nécessaires à leur fonctionnement et à ce titre, ils relèvent de la législation des ICPE définies à l article L du code de l environnement. Aussi, une autorisation d'exploiter délivrée au titre de la législation des ICPE vaut autorisation au titre de la «nomenclature Eau» pour les forages associés à cette ICPE. Ceux-ci sont tenus de respecter les prescriptions spécifiques précisées : Pour les activités soumises à autorisation : (i) dans l arrêté ministériel du 2 février 1998 modifié relatif aux prélèvements et à la consommation d eau ainsi qu aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l environnement soumises à autorisation, (ii) dans les arrêtés ministériels plus spécifiques à l activité, (iii) dans les dispositions de l arrêté préfectoral d autorisation. Pour les activités relevant du régime déclaratif : (i) dans les arrêtés ministériels applicables à l activité (L du code de l environnement), (ii) dans les prescriptions générales préfectorales (L et R du Code de l Environnement) imposées par secteur d activité, (iii) dans les dispositions imposées par arrêté préfectoral spécifiquement à l installation (L et R du Code de l Environnement). BRGM/RP FR Rapport final 27

30 L arrêté ministériel du 11 septembre 2003 fixant les prescriptions générales applicables aux sondages, forages, création de puits ou d ouvrage souterrain soumis à déclaration, même s il n est juridiquement pas applicable aux ICPE, peut constituer une référence utile à prendre en considération. D une façon générale, concernant les ICPE, il est recommandé aux Maîtres d'ouvrages ou à leurs maîtres d'œuvre d'interroger la DREAL au cas par cas. c) Articulation avec le code de la Santé Publique Le code de l Environnement prévoit dans son article R214-4 que, «lorsqu'ils sont situés à l'intérieur du périmètre de protection d'une source d'eau minérale naturelle déclarée d'intérêt public et qu'ils comportent des opérations de sondage ou de travail souterrain, les IOTA soumis à déclaration par la «nomenclature Eau» sont également soumis à l'autorisation prévue à l'article L du code de la santé publique. d) Bilan sur l application du Code de l Environnement aux opérations de géothermie Au final, une opération de géothermie avec prélèvement d eau : doit disposer de l autorisation de travaux délivrée dans les conditions prévues par l article d application de l article 83 du Code minier (et qui remplace la déclaration au titre de l article 131 du Code minier) ; doit avoir obtenue cette autorisation en fournissant les documents prévus par le code de l environnement (au titre de la législation «Eau» et/ou de la législation «ICPE») et par le code de la Santé publique, pour que cette autorisation vaille au titre du code de l Environnement ; doit être réalisée en conformité avec les prescriptions de l arrêté du 11 septembre 2003 précisant les conditions techniques de respect de la rubrique du Code minier ; doit répondre, le cas échéant, aux prescriptions des arrêtés correspondants aux autres rubriques de la nomenclature «Eau» et «ICPE» dans lesquelles entre cette opération, au titre de ses prélèvements, ou rejets, ou réinjections, etc Le Code de la Santé publique Le Code de la Santé Publique s'applique au cas particulier des forages destinés à un usage alimentaire (notamment eau destinée à la consommation humaine ou utilisée dans l industrie agroalimentaire). Si l'ouvrage destiné à un usage thermique est également utilisé pour une application entrant dans ce champ, il tombe sous le coup du Code de la Santé Publique. Ainsi, lorsque le prélèvement d eau dans le milieu naturel est destiné à la consommation humaine ou à une entreprise agroalimentaire, il est soumis à autorisation (articles R à R et R du code de la santé publique). Le captage doit respecter les prescriptions énoncées par son arrêté d autorisation spécifique, pris en application de la législation sur l eau et du code général de la santé. Il 28 BRGM/RP FR Rapport final

31 doit éviter les risques de pollution par retour d eau (double réseau ou manchon souple). Les matériaux utilisés ne doivent pas être susceptibles d altérer la qualité de l eau. Pour un usage alimentaire et/ou sanitaire collectif (captage d'alimentation en eau potable - AEP), le captage et la zone affectée par le prélèvement est protégé par des prescriptions spécifiques détaillées dans les différents périmètres de protection du captage : (i) Périmètre de protection immédiate : surface clôturée de quelques ares ; (ii) Périmètre de protection rapprochée : zone d appel du captage dont la surface varie suivant le type d aquifère (nappe captive ou aquifère karstique ) ; (iii) Périmètre de protection éloigné : zone d alimentation du captage Le Code général des Collectivités territoriales Depuis le 1er janvier 2009, tout particulier utilisant ou souhaitant réaliser un ouvrage de prélèvement d'eau souterraine (puits ou forage), à des fins d'usage domestique doit déclarer cet ouvrage ou son projet en mairie. Les informations relatives à cette déclaration sont tenues à disposition du représentant de l'etat dans le département et des agents des services publics d'eau potable et d'assainissement (décret du 2 juillet 2008 pris en application de l article L du code général des collectivités territoriales). Une fiche déclarative est définie dans l arrêté de 17 décembre 2008 ; elle est fournie en annexe 4 et se trouve également disponible au téléchargement sur le site Internet Evolution de la réglementation Le Maître d ouvrage a fait part lors de la présentation de l étude de son souhait que soient fournies dans le rapport final des indications sur les réflexions portant sur les évolutions possibles des différents textes réglementaires auxquels sont soumis les projets de géothermie sur aquifères superficielles. Il y a eu une réflexion sur l éventualité de passer d un niveau de décision ministériel à un niveau de décision préfectoral pour les autorisations d exploitation de gîte géothermique à basse température délivrées au titre du Code minier. Il faudrait en d autres termes que les gîtes géothermiques ne dépendent plus du Code minier. De Egalement, l extension du régime dérogatoire à des profondeurs supérieures à 100 m a été récemment étudiée. Il n y a pas eu de suite dans l actualisation récente du Code minier (été 2010). En matière de Loi sur l eau, la tendance de la réglementation va vers un contrôle plus strict de la ressource en eau souterraine. BRGM/RP FR Rapport final 29

32 30 BRGM/RP FR Rapport final

33 3. Opérations géothermiques dans le département du Gard En matière de synthèse et de bilan des opérations géothermiques existantes, il n y a pas dans le département du Gard de secteur présentant d anomalie du gradient géothermique 5 bien identifiée qui aurait pu donner lieu à une exploitation géothermale à moyenne ou grande profondeur, à l instar par exemple du site géothermique exploité du Puech (Lodève) dans l Hérault. Aucun gîte géothermique n y est ainsi exploité ou n y a fait l objet d autorisation d exploitation au titre du Code minier. Il n y a pas non plus actuellement d exploitation à des fins géothermiques d eau souterraine à moyenne profondeur par forage à plus de 500 m. Les installations géothermiques sur nappe aquifère dans le département du Gard sont donc toutes du type très basse énergie ; elles sont limitées à de faibles profondeurs et mettent en œuvre des PAC sur nappe. Il en existe deux sortes : exploitations de faible puissance (P < 30 kw, pour maison individuelle ou équivalent), et exploitations de puissance moyenne (P > 30 kw, pour petit collectif & tertiaire) EXPLOITATION DE FAIBLE PUISSANCE Il s agit d installations géothermiques sur PAC de 10 à 30 kw destinée à assurer les besoins en chauffage et climatisation de maisons individuelles ou de bâtiments équivalents. La connaissance qu on en a pour le département du Gard est essentiellement statistique. La demande pour ce type d exploitation géothermique est issue de particuliers qui souvent disposent déjà d un accès à la nappe superficielle (puits, forage privé d alimentation en eau potable ou agricole, etc.). La promotion de ces installations est assurée par les vendeurs-installateurs de PAC, qui se passent très souvent de toute expertise hydrogéologique. Les ouvrages ne font l objet d aucune déclaration dans les cadres réglementaires du Code minier ou de la Police de l eau. Les débits pompés sont rejetés dans les écoulements de surface. La solution géothermique sur aquifère superficiel est préférée à celle des sondes géothermiques pour des raisons d économie du coût du forage : si une ressource pérenne de quelques m³/h existe dans un aquifère superficiel, on aura alors à ne faire exécuter qu un 6 forage d une vingtaine de mètres de profondeur, parfois moins, plutôt que les 200 m environ requis pour une puissance thermique équivalente à partir de sondes géothermiques. Sur la base des indications des fournisseurs et installateurs de PAC dans la région, on estime à une vingtaine d installations environ le nombre de PAC sur aquifère superficiel de faible puissance installées annuellement dans le département du Gard. 6 Un seul forage puisque l impasse est aussi faite pratiquement sur le forage de réinjection. BRGM/RP FR Rapport final 31