Géothermie. en rance N 13. La place de la géothermie dans le débat de la transition énergétique L ÉNERGIE DU SOUS-SOL. avril 2013

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1 a N 13 Géothermie avril 2013 L ÉNERGIE DU SOUS-SOL en rance S O M M A I R E >> É D I T O >> par Philippe Vesseron, Président du Comité National de la Géothermie Le rafraichissement des datacenters : nouvelles perspectives pour la géothermie >> p.2 à 7 Un green datacenter qui se refroidit à la géothermie! >> p.6 et 7 L Hôtel de Ville de Beaumont en Auvergne >> p.8 et 9 Géothermie sur aquifère superficiel : le siège social de la Fédération du BTP à Valence, Drôme >> p.10 et 11 La Charte Qualité des foreurs d eau et de géothermie >> p.12 Un avenir vert et économiquement intéressant pour les anciens forages pétroliers >> p.14 et 15 En bref >> p.16 Agenda et formations >> p.16 La place de la géothermie dans le débat de la transition énergétique Le débat sur la transition énergétique pointe deux des enjeux plaidant pour un développement significatif de la géothermie : la chaleur, eau chaude sanitaire comprise, représente 50 % de l énergie consommée en France (les usages spécifiques de l électricitié ne représentant que 15 % de celle-ci) ; pétrole, gaz et charbon sont importés en quasi-totalité; au-delà des fluctuations, leurs prix vont continuer à croître, or la géothermie peut se substituer à nombre de leurs usages actuels, qu il s agisse de chauffage, ou de production d électricité outre-mer. Pour assurer le bon développement de toutes les géothermies, il faut améliorer l information, généraliser formations et certifications, moderniser les bases de données et référentiels utilisables par tous : bref, amplifier avec ténacité les efforts engagés par l AFPG, le SFEG, le SER, l AFPAC, l ADEME, le BRGM, les EIE Le débat engagé à l initiative du Président de la République est une opportunité pour tous ceux qui veulent porter les messages en faveur des géothermies, dans toutes les instances créées à Paris et dans les Régions. J ai aussi alerté les membres du Comité National sur un impératif supplémentaire que nous devons avoir à l esprit : proposer des initiatives pour maîtriser les coûts, et se développer à l export. Les énergies renouvelables bénéficient d une image positive : il est d autant plus important de revisiter toutes les pistes pour en améliorer la compétitivité, surtout dans une période où s accroissent tant les dépenses énergétiques que les contraintes sur les moyens des ménages, des entreprises et des collectivités. Cela souligne, en particulier, l importance des chantiers comme les bifonctionnalités (puits canadiens et VMC ; planchers chauffants / rafraîchissants et pompes à chaleur ; pieux et fondations géothermiques), comme les sondes sèches à 250 m pour gagner en investissement et en fonctionnement, comme l évolution des réseaux de chaleur vers des températures plus basses pour l insertion de la géothermie, comme la maîtrise des forages profonds L économie porte aussi sur les dépenses mutualisées : dans nos trois îles volcaniques, des centrales géothermiques évitant les coûts de l électricité fossile bénéficieraient tout de suite à la CSPE. Parallèlement, la chasse aux délais administratifs est impérative : le temps gagné est essentiel pour l économie des projets. Réduire les coûts demain peut enfin appeler des dépenses de R&D, encore bien trop faible en géothermie par rapport aux autres énergies. Bref, il nous faut montrer clairement que l augmentation générale des coûts de l énergie n est pas une fatalité et qu investir sur la géothermie offre une compétitivité claire sur la durée, et sans cesse améliorée.

2 Le rafraichissement des datacenters : nouvelles perspectives pou Avec la multiplication des données numériques et l expansion des services fournis via internet, le stockage des données en ligne s avère une thématique importante, nécessitant le développement de datacenters. Ces datacenters, énergivores, ont un fort besoin en rafraîchissement pour leurs serveurs, tout en rejetant une forte quantité de chaleur. Des conditions qui semblent bien coller avec les propriétés offertes par la géothermie! Un potentiel de chaleur et des besoins de refroidissements importants Un datacenter regroupe un nombre impressionnant de serveurs, nécessitant pour fonctionner une énergie à la mesure des informations qui y transitent : on estime ainsi qu un datacenter de m² a besoin d une puissance électrique de 20 MW et consomme autant qu une ville de habitants. Ils doivent en effet être en permanence rafraîchis par des groupes de production de froid, afin d éviter toute surchauffe des circuits électroniques. Une étude de J. Koomey de l université de Stanford estime que la consommation mondiale des datacenters a augmenté de 56 % entre 2005 et 2010, pour atteindre 275 milliards de kwh par an ; soit près de 1,4 % de la consommation électrique mondiale! Notons toutefois que la mutualisation des installations informatiques par datacenter pour les Google Panaches de vapeur des tours de refroidissement d un des nombreux datacenter de Google. The Dalles, Oregon, USA 2

3 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 >> Par Guillaume Perrin Ingénieur Géothermie guillaume.perrin@ademe.fr >> ADEME Direction Régionale Ile-de-France 6-8 rue Jean-Jaurès Puteaux Cedex r la géothermie entreprises, plutôt que d avoir son propre équipement, permet une économie de ressources ; ainsi, TelecityGroup estime sont qu 1 kw mobilisé dans un datacenter équivaudrait ainsi à 10 kw mobilisés autrement. Sur le territoire français, on dénombre plus d une centaine de datacenters (alors qu il en existe plus de dans le monde) dont 37 en région parisienne, du fait de la densité des réseaux de télécommunications, de la qualité de l électricité et de la disponibilité de surfaces foncières. Au vu du développement des systèmes d information et des données disponibles, leur nombre est amené à croître fortement. La nécessité d avoir une conception maîtrisée du datacenter Avant de penser production d énergie renouvelable pour le refroidissement ou même réutilisation de la chaleur produite par les serveurs, il y a lieu d abord de s intéresser à l enveloppe du bâtiment et à son efficacité énergétique. Plusieurs pistes s offrent pour réaliser une enveloppe performante: du choix des équipements et matériaux à la conception de l enveloppe elle-même. en terme de conception d espace (hauteur sous plafond, épaisseur des dalles) et de son occupation (densité des serveurs, redondance des serveurs, éclairage basse consommation). La dynamique d éco-conception se poursuit également dans les abords du centre, avec un choix de toiture claire, végétalisation de la toiture, importance de la ventilation naturelle, récupération des eaux de pluie, ainsi que dans l anticipation de la déconstruction. L intégration des énergies renouvelables Une fois la conception optimisée du bâtiment, la question se pose du choix de l énergie à utiliser pour le rafraîchir. Le recours aux énergies renouvelables est une option intéressante. C est la solution qu a retenue Eolas, avec un Datacenter dont le refroidissement est assuré par l utilisation d une nappe aquifère superficielle (voir article en pages suivantes). La température des aquifères à faible profondeur, de l ordre d une dizaine de degrés ; est une température idéale pour ce type d application. En Finlande, à Hamina, c est le refroidissement par eau de mer qui a été choisi par la firme Google, pour refroidir une ancienne papeterie transformée en datacenter. Avec ce watercooling naturel, l eau est transportée jusqu à un échangeur thermique où elle récupère les calories des installations, avant d être rejetée à la mer à une température acceptable pour le milieu marin. La nécessité de refroidir les datacenters tout au long de l année offre ainsi aux techniques de rafraîchissement naturel par eau de mer ou par eau de nappe aquifère, une bonne possibilité de diffusion. (Voir en p.6 l article spécifique à la solution développée par EOLAS pour plus d informations). Une autre possibilité existe : celle d utiliser l air extérieur pour refroidir les serveurs, qui nécessite d être pensé en amont pour une bonne intégration architecturale (passage des gaines) et apporte des performances très sensibles. Le datacenter «Marylin», près de Champs-sur-Marne, utilisant 80 % de l année exclusivement l air ambiant permet ainsi un écoulement de l air suffisant pour maintenir une température annuelle de 19 C. Ainsi, le principal poste de dépense énergétique reste le refroidissement des serveurs, d où la nécessité d avoir une bonne inertie pour le bâtiment. Le maintien de la température entre 19 C et 21 C est une nécessité pour ces centres, mais aujourd hui semble être remise en question au vu des progrès réalisés dans les composants électroniques. Ainsi, In tel propose, avec ses processeurs, d augmenter la température jusqu à 27 C, ce qui ferait économiser plusieurs milliards de dollars à l échelle internationale, selon ses calculs. Mais il y a également de nombreux facteurs dans l aménagement de l espace à prendre en compte : mise en place d espaces froids en jouant sur une alternance d allée froides / allées chaudes, travail poussé sur l aéraulique de la salle (en distribuant le courant par le haut plutôt qu en faux planchers), travail sur les onduleurs en énergie, planchers étanches les idées ne manquent pas! Et le bâtiment a lui aussi son importance, Serveurs de données d un Datacenter Eolas 3

4 Et la réutilisation de la chaleur? Mais le développement de sources d énergies renouvelables peut aller plus loin, dans une démarche vertueuse de développement durable, on peut aussi chercher à récupérer la chaleur produite. C est le choix qu a fait Dalkia, en développant un réseau de chaleur à Val d Europe, grâce au soutien de l ADEME Ile-de-France. Ainsi, la chaleur récupérée sur un datacenter d environ m² permettrait de produire MWh annuellement et alimenter en chaleur m² de bâtiments, composés pour grande partie d une pépinière de près de entreprises. Cette récupération de chaleur permettra ainsi d éviter l émission annuelle de tonnes de CO 2! Et le tout pour un prix d un peu moins de 8 c /kwh, soit actuellement légèrement plus cher que les énergies conventionnelles, mais avec l assurance d un tarif stable dans le temps. «L initiative est partie de l aménageur, EuroDisney SA, qui a souhaité créer un parc d activités. La position du datacenter a été le déclencheur de l idée de récupérer la chaleur» précise Jean-Baptiste Sivery, chef de projet chez Dalkia France. «Nous sommes venus après la mise en place du datacenter, si bien qu un travail de mise en place de la PAC de récupération de chaleur s est faite dans un deuxième temps, en adaptant les installations existantes». S il y a eu quelques difficultés dans la mise en place juridique du contrat d approvisionnement, le fonctionnement du réseau est «très satisfaisant, pour toutes les parties, même si Natixis [le propriétaire du datacenter] a dû faire face à un léger surcoût par rapport aux régimes de température demandés». A mettre en avant également, une initiative suisse à Uitikon consistant à chauffer une piscine grâce à la récupération de la chaleur d un datacenter situé à proximité. Ce système fonctionne grâce à la mise en place entre les deux installations d un circuit intermédiaire dans lequel circule un fluide frigorigène. Cette réalisation permet ainsi une économie annuelle d environ l de fioul, soit une économie de 130 tonnes de CO 2, et d assurer le chauffage de la piscine à 30 C toute l année. Et c est du côté des pays nordiques, bien dotés en réseaux de chaleur, que se profile l avenir de l utilisation de la chaleur des datacenters, avec un développement plus large de la récupération thermique. Atos a ainsi annoncé, pour son datacenter, être capable de récupérer la chaleur pour chauffer plus de logements à Helsinki. Il est vrai que ce développement n aurait pas été possible sans l existence d un important réseau bien développé : km, pour une alimentation thermique de la capitale à plus de 93 %... A Aubervilliers, sur le site de Telecity, c est une utilisation différente qui en est faite : en s appuyant sur un programme de recherche développé par l INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), la chaleur récupérée sert à réchauffer un arboretum où poussent différentes variétés de d arbres et de plantes, dans un environnement maintenu à une température minimale de 10 C. Une étude de Microsoft affirme qu «en capturant la moitié du marché américain du chauffage résidentiel et de bureau, l industrie hightech pourrait doubler de taille sans augmenter son empreinte carbone». Une vraie manne que l Ile-de-France a d ailleurs identifiée, l inscrivant comme une des actions recommandées aux collectivités, sous l onglet «Optimiser la valorisation des énergies de récupération», en conseillant aux collectivités de favoriser l implantation des datacenter proches de zones d utilisation de chaleur, pour les datacenter à venir, et d étudier la récupération sur les existants. Serveurs de données d Eolas Eolas 4

5 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 Valorisation de la chaleur d un datacenter pour le chauffage urbain, principe de fonctionnement Dalkia Trouver la bonne valorisation On le voit, le potentiel est réel, et doit être pris en compte dans les différents schémas régionaux climat air énergie, il s agit d une vraie source pérenne de récupération. La géothermie trouve quant à elle un nouveau créneau pour l utilisation en freecooling de la ressource, permettant d imaginer un couplage avec des projets voisins de production de chaleur géothermique sur nappe, permettant ainsi d équilibrer le prélèvement énergétique à l échelle de la nappe. Il est à noter qu une démarche de développement des énergies renouvelables doit se concevoir après une optimisation de l efficacité énergétique du bâti et des équipements. Enfin, un article récent de Chaud / Froid Perfomance invite à la prudence sur le développement inopportun de la récupération de chaleur : en effet, énergétiquement parlant, il conviendrait de privilégier un système de refroidissement économe plutôt qu un système de récupération de chaleur potentiellement énergivore affaire à suivre! Allez plus loin «Chaud froid performance», janvier 2013, David Chénier et Lucie Dente. 5

6 Un green datacenter qui se refroidit à la géothermie! Devant la nécessité de rafraîchir les serveurs de son datacenter, les ressources géothermiques ont été mobilisées. Et avec une conception amont intelligente du bâtiment, on obtient un datacenter vertueux ; c est le cas d EOLAS, sur Grenoble. C est en 2008 qu Eolas Business & Decision, expert en hébergement, a initié son projet de construction d un nouveau datacenter. «Tout est parti d un bâtiment que l on a repéré, explique Gérald Dulac, fondateur d Eolas. Il s agissait d un ancien bâtiment industriel aux caractéristiques bien particulières : des murs de 2,5 m [d épaisseur], l ensemble étant situé au-dessus d un aquifère à une température qui nous intéressait». Et il en faut pour refroidir une surface de 800 m², contenant à terme serveurs, avec une première tranche d une puissance IT de 110 kw! La conception optimisée du bâtiment et l efficacité énergétique du matériel «La première étape a été de s appuyer sur les caractéristiques du bâtiment pour en faire un atout, ce qu a bien su montrer H3C. Au départ, on visait même une labellisation HQE, mais les trop grandes spécificités du projet ont empêché celle-ci». La réutilisation du bâtiment permet néanmoins d éviter la destruction et le recyclage de m 3 de béton et l économie de 100 t CO 2. L épaisseur des murs permet d avoir une excellente inertie thermique, et la façade Sud a été dotée de panneaux brise-soleils. Le datacenter Eolas à Grenoble Eolas 6

7 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 Eolas Mais l intelligence de la conception se situe également dans le choix des équipements. Ainsi, Eolas a bénéficié du soutien de ses partenaires, comme Schneider Electric ou Intel développant des réseaux de fibre optique ou réduisant la consommation du réseau, avec des serveurs à processeurs d efficacité énergétique accrue et des onduleurs évolutifs évitant un surdimensionnement. L ensemble a de plus été pensé pour fournir une architecture évolutive pour le refroidissement et l alimentation des baies. «Avec la crise et la virtualisation, au fort impact dans le monde des datacenters, nous avons été obligé de repenser le modèle économique». Enfin, un système d allées chaudes et d allées froides permet d optimiser le fonctionnement du système de refroidissement. Système de refroidissement du datacenter Eolas Eolas La géothermie : un véritable atout! Bien entendu, il y a cette centrale photovoltaïque de 72 kwc construite avec GDF Suez, permettant une revente de l électricité à GEG, producteur local, en plus d une souscription à son option Verte. Mais l innovation, c est l utilisation vertueuse d une nappe à 13,5 C, pour assurer le refroidissement du bâtiment, avant un rejet à une température de 2 à 5 C supérieure ; un système de watercooling qui a fait ses preuves! «Grâce à toute cette démarche intégrée, portée également par nos partenaires, nous affichons un PUE (Power Usage Effectiveness, indicateur clef pour les datacenters, rapport entre l énergie consommée par le datacenter et celle consommée par l équipement informatique) de 1,35», soit deux fois moins qu un datacenter classique de même catégorie (TIER IV). Certes, il faut tempérer cet indicateur, mais ces performances lui ont d ores et déjà permis de récolter nombre de certifications (Code of Conduct européen, GreenGrid, Green ethiquette). L investissement? «Rentable (6 M pour l ensemble, dont 3 M pour l installation du Datacenter lui-même), et nous avons à présent un fonctionnement optimisé, qui nous a permis de lancer avec confiance la deuxième tranche du projet en cours de réception». Cette deuxième tranche a étendu les principes de la première tranche. Et la revente de chaleur pour chauffer des bâtiments? «L eau en sortie est trop froide, il faudrait la relever mais on y pense!». Il paraîtrait d ailleurs que le tuyau serait déjà prêt! 7

8 L Hôtel de Ville de Beaumont «Le retour sur investissement pour ce bâtiment étant inférieur à la durée de vie probable d un bâtiment public, ce type d installation était viable». Ville de Beaumont 8 Pourquoi agir? de ville actuel est une ancienne «maison de maître» qui a été construite L hôtel en Dans le cadre d une restructuration et extension de ce dernier, la volonté du maître d ouvrage a été de conserver ce bâtiment historique et de créer une extension qui s intègre naturellement à son environnement et dont l ensemble soit exemplaire du point de vue du développement durable. Le bâtiment de plus d une centaine d années, qui a été transformé au fur et à mesure des besoins sans réelle restructuration, avec les simples vitrages des menuiseries et les murs non isolés, ne présentait aucun confort thermique. La consommation énergivore de ce bâtiment était incompatible avec les exigences environnementales d un écoquartier. De plus, en l état actuel, sans ascenseur ni rampe d accès, la mairie ne permettait pas l accès aux personnes à mobilité réduite qui est obligatoire dans les établissements recevant du public. En effet, l entrée de la mairie était accessible via un haut escalier en pierre d un demi-étage qui donnait sur l accueil et la salle des mariages se situait à l étage supérieur. En terme de surface, la moitié des services étaient hébergés dans deux bâtiments préfabriqués d environ 300 m² à l arrière du bâtiment principal et d autres étaient délocalisés ailleurs. La rénovation de la Mairie (715 m²) ainsi que la construction de la partie neuve (1 107 m²) vise un niveau de performance énergétique BBC (respectivement BBC Effinergie Rénovation et BBC Effinergie). L extension sera principalement composée de verre et de bois avec une toiture végétalisée qui permettra d atteindre de telles performances. L utilisation de la géothermie pour le chauffage et le rafraîchissement des locaux a été retenue. La production de chaud / froid se fera grâce à un système de PAC sur champ de sondes qui alimentera les radiateurs du bâtiment existant (uniquement pour le chauffage) et le plancher chauffant basse température présent dans l extension (qui diffusera la chaleur et le froid). Les besoins d eau chaude sanitaire, très faibles, seront assurés par des ballons électriques existants. L ADEME a soutenu ce projet dans le cadre du Fonds Chaleur, engagement majeur du Grenelle Environnement ayant pour objectif de développer la production de chaleur à partir des énergies renouvelables (biomasse, géothermie, solaire thermique, méthanisation ). Ce fonds est destiné à l habitat collectif, aux collectivités et à toutes les entreprises (agriculture, industrie, tertiaire). Présentation et résultats La solution technique retenue se compose de 11 sondes géothermiques en double U qui seront installées à 100 m de profondeur. Elles serviront à extraire les calories, ou frigories, du sous-sol qui constitueront la source de chaleur, ou de froid. La puissance de la pompe à chaleur (PAC) prévue est de 80 kw, son coefficient de performance (COP)

9 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 >> ADEME Direction régionale Rhône-Alpes 10, rue des Emeraudes Lyon Tél. : ademe.rhone-alpes@ademe.fr en Auvergne est de 3,85 pour le chauffage. Cette dernière ne fonctionnera qu en période de chauffe. Pour la production de rafraîchissement, la PAC sera bipassée pour un échange direct entre le sous-sol et le réseau de distribution (géocooling). La PAC pourra être utilisée pour la production de froid en cas de forte chaleur estivale (production active). Les émetteurs de chaleur dans le bâtiment existant de la Mairie, grâce à l amélioration de l isolation, peuvent être conservés (radiateurs à eau) en diminuant le régime de température. Un plancher chauffant basse température a été installé dans le bâtiment neuf. Une ventilation double flux permettra d assurer le renouvellement d air et le rafraîchissement des bâtiments en complément du plancher chauffant. Au vu de la surface vitrée présente dans le bâtiment existant, la ventilation double flux est suffisante pour rafraîchir les locaux. Focus : Le geocooling Le système de chauffage est «réversible» et sert en été au rafraîchissement par «géocooling» appelé aussi «rafraîchissement passif» : on utilise ainsi la fraîcheur naturelle du sol sans alimenter la PAC en électricité. Ce mode de fonctionnement permettra de garantir un confort optimal l été tout en limitant les consommations électriques. Facteurs de reproductibilité Le système de chauffage et de rafraîchissement décrit ici peut être aisément mis en œuvre dans tous les bâtiments, collectifs ou particuliers, ayant des besoins de chaud et de froid. Y compris dans les bâtiments existants où un remplacement des émetteurs n est pas nécessaire. La solution de la géothermie sur champ de sondes est particulièrement appropriée pour une rénovation en toute discrétion. Pour en savoir + Sur le site internet de l ADEME : Le site de l ADEME en Auvergne : Maître d ouvrage : Commune de Beaumont Partenaires : ADEME : e FEDER : e Coût : Investissement : eht Dont : Pompe à chaleur et accessoires : eht Circuit condenseur et accessoires : eht Equipements de captage géothermique (sondes): eht Accessoire captage : eht Suivi et régulation : eht Bilan Environnemental : 6 tonnes de CO 2 évitées par an Date de lancement Réception : Mise en service de l installation prévue pour fin 2013 Enseignements : Pourquoi le choix de la géothermie? M. François Saint-André, Maire de Beaumont et Vice-Président de Clermont-Communauté : «Nous avons fait le choix de la géothermie pour les raisons suivantes : le bâtiment se devait exemplaire par la qualité de son enveloppe thermique et l opportunité d avoir de la chaleur et du rafraîchissement en anticipation de changements climatiques prévisibles, la volonté d une recherche d énergie renouvelable et avec une empreinte carbone et environnementale la plus faible possible, le retour sur investissement pour ce bâtiment étant inférieur à la durée de vie probable d un bâtiment public, ce type d installation était viable». Ville de Beaumont Nouvel Hôtel de ville de Beaumont, vue d architecte 9

10 Géothermie sur aquifère le siège social de la Fédération du BTP à Valence, Enertech Dans ce projet de rénovation, l isolation thermique des bâtiments et le dimensionnement intelligent du système ont permis de conserver une partie des émetteurs existants, en baissant sa température de fonctionnement. Pourquoi agir? La Fédération du BTP est propriétaire (via la SCI ESPACE BTP) d un bâtiment tertiaire abritant son siège social. Sous l impulsion de son Président, la fédération a souhaité rénover ce bâtiment pour en faire une vitrine de la profession. Selon le communiqué de presse de la fédération, les mesures ambitieuses définies par le «Grenelle de l environnement» placent la profession du bâtiment devant un véritable défi. Les objectifs de performances énergétiques retenus constituent en effet une véritable rupture tant au niveau : des techniques à mettre en œuvre ; de l organisation des chantiers ; de la collaboration entre les entreprises ; et plus largement entre les différents acteurs de la construction. L implication des acteurs de la construction, pour très encourageante qu elle soit, est cependant axée quasi exclusivement sur la construction neuve. Les bâtiments existants ne bénéficient pour l instant que de peu d engagement en faveur du renforcement de leur efficacité énergétique. Le siège social de la fédération du BTP, construit en 1995 représente m² SHON, et comprend des bureaux individuels, collectifs et plusieurs salles de réunion. Le maître d ouvrage a visé un bâtiment à énergie positive tous usages et fut lauréat de l appel à projet PREBAT en La consommation en énergie primaire prévue est de 23,59 kwh / m² / an, pour une production en électricité photovoltaïque envisagée de 86,71 kwh / m² / an. A cette occasion la SCI Espace BTP a étudié l option géothermique pour remplacer la chaudière à gaz existante et le groupe froid électrique. L ADEME a soutenu ce projet dans le cadre du Fonds Chaleur 2011, engagement majeur du Grenelle Environnement ayant pour objectif de développer la production de chaleur à partir des énergies renouvelables (biomasse, géothermie, solaire thermique, méthanisation ). Ce fonds d aide est destiné à l habitat collectif, aux collectivités et à toutes les entreprises (agriculture, industrie, tertiaire). Forage de pompage et forage d évacuation Enertech 10

11 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 superficiel : Drôme >> ADEME Direction régionale Rhône-Alpes 10, rue des Emeraudes Lyon Tél. : ademe.rhone-alpes@ademe.fr Présentation de la solution technique La pompe à chaleur est composée de deux PACs Viessmann Vitocal 300G BW121 en cascade. La nappe phréatique passant à proximité du bâtiment à 46 m de profondeur constitue la source géothermale. Un circuit intermédiaire est utilisé pour la protection de l évaporateur de la PAC et un échangeur est présent entre le circuit nappe et le circuit intermédiaire. La pompe à chaleur ne fonctionne qu en saison de chauffage. Pour le rafraîchissement, la pompe à chaleur est bipassée pour un échange direct entre le réseau nappe et le réseau de distribution (géocooling). Les besoins thermiques du bâtiment rénové ont été calculés par simulation dynamique (logiciel TRNSYS 16.1). Les besoins d eau chaude sanitaire, très faibles, sont assurés par des ballons électriques existants. «La forte réduction des besoins permet de fonctionner à des régimes de températures assez proches de la température ambiante» Les émetteurs de chaleur et froid existants dans les bureaux ont été conservés mais de nouveaux ont été mis dans les salles de réunion. Ces derniers appareils sont équipés de ventilateurs de type Brushless HEE 40 à haute efficacité énergétique, ce qui permet une réduction sensible des consommations électriques. Focus : Intégration architecturale La géothermie sur nappe est une solution discrète, qui s intègre parfaitement à l architecture existante, en particulier en remplacement d une chaudière gaz. L espace dédié aux locaux techniques est équivalent voire moindre et le forage une fois effectué, la sonde mise en place, la solution géothermique est invisible. L eau utilisée est réinjectée dans la nappe, il n y a aucun rejet de fumée, aucune nuisance visuelle ou acoustique. Facteurs de reproductibilité Bien dimensionnée, une installation de géothermie assistée par pompe à chaleur assure une maîtrise de l évolution future des coûts de l énergie et une réduction de la dépendance aux énergies fossiles. Chiffres-clés Organisme Maître d ouvrage SCI Espace BTP- FFB AMO énergétique : Cabinet ENERTECH Partenaires ADEME PREBAT : e ADEME : Fonds Chaleur 2011 : e Financement : 16 % des dépenses éligibles, 80 % du surcoût Conseil Régional : e Coût Total opération 1,2 Me Dont Géothermie : Investissement : eht Ingénierie : eht (Subvention ADEME : ,20 eht) Bilan Environnemental Géothermie : 3 tonnes équivalents pétrole produites par an ; 6 tonnes de CO 2 évitées par an Date de lancement Réception décembre 2011 Pompes à chaleur installées dans le bâtiment de la FFB-Drôme Enertech La rénovation du parc bâti est un enjeu majeur en France, où le renouvellement du parc par la construction ne dépasse pas les 1 % par an. Associée à des travaux d amélioration de la performance énergétique des bâtiments, permettant de diminuer la puissance thermique nécessaire, la géothermie sur aquifère superficiel est une solution d optimisation des investissements en rénovation. Elle permet souvent, comme dans le cas présenté, de conserver les émetteurs existants en diminuant leur température de fonctionnement. On peut également conserver l ancien chauffage en appoint. 11

12 >> Par Jean-Pierre Cuny Vauthrin Forages Tél. : La Charte Qualité des foreurs d eau et de géothermie Un puits ou un forage d eau est un ouvrage complexe dont le bon fonctionnement dans la durée dépend de la conception, de son execution et de ses conditions d exploitation. De plus, sa réalisation doit être respectueuse de l environnement. Pour l eau potable, qui provient en France aux deux tiers du sous sol, ou pour l eau industrielle, les maîtres d ouvrages confient généralement l implantation de l ouvrage, sa conception, son suivi administratif, le suivi de sa réalisation, et la fixation de ses conditions d exploitation à un hydrogéologue. Dans ce cas, le rôle du foreur est de déclarer les travaux à l administration, de réaliser l ouvrage dans les règles de l art, de le développer et de tester son débit. Pour les particuliers ou les petits ouvrages, le foreur assume lui-même les responsabilités du maître d œuvre. Pour permettre aux clients d identifier les entreprises compétentes et limiter les risques de non-qualité technique et environnementale, le SFEG a créé en 1997 la Charte de Qualité des Foreurs d Eau. Cette charte engage ses signataires à construire des forages de qualité et fiables, dans le respect de l environnement. Elle s appuie sur la norme NF X , actuellement en cours de révision. Cette Charte a été conçue en étroite collaboration avec la Direction de l Eau et de la Biodiversité du Ministère de l Ecologie, du Développement Durable et de l Energie, les Agences de l Eau et le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières). Ses signataires s engagent à : assister le maître d ouvrage dans la définition de ses besoins et fournir une offre structurée ; respecter les règles de l art et les normes en vigueur ; en particulier, prévenir les risques de pollution et les nuisances (un seul aquifère capté, cimentations/protection des aquifères ) ; mettre en œuvre une procédure qualité, consigner les travaux réalisés et prendre des échantillons de terrain et d eau ; déclarer les travaux et transmettre un rapport de travaux à l administration. 12

13 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 Une commission paritaire, composée de professionnels du forage, de maîtres d œuvre publics et privés, instruit les dossiers d adhésion et de renouvellement annuel. Elle établit la liste des entreprises autorisées chaque année à afficher leur adhésion à la Charte. Elle se prononce sur la base d un dossier comprenant la liste des travaux réalisés par le candidat l année précédente, des rapports de chantier, et les factures de ciment. La Charte regroupe actuellement une quarantaine d entreprises qui représentent deux tiers environ du marché. réalisant les travaux disposent d une qualification délivrée par un organisme accrédité par le Cofrac* et respectant une charte commune à toutes les énergies intitulée «Reconnu Grenelle Environnement», le SFEG étudie actuellement le transfert total ou partiel de la gestion de la Charte à une organisation spécialisée dans le suivi et l administration de systèmes de qualité. Dans ce nouveau contexte, le SFEG restera particulièrement vigilant sur le maintien d un niveau d exigence élevé, esprit qui a prévalu depuis la création de la charte de Qualité des Foreurs d Eau il y maintenant plus de 15 ans. * Cofrac : comité français d accréditation Dans le cadre de l éco-conditionnalité des aides aux énergies nouvelles qui devrait exiger, à partir du 1 er janvier 2014, que les entreprises Un forage d eau thermale (Aix-les-Bains, Savoie, France, 1989) BRGM 13

14 Un avenir vert et économiquement intéressant pour les anciens forages pétroliers >> Par Charles Maragna Ingénieur de recherche Division Géothermie BRGM La reconversion de forages profonds en échangeurs géothermiques en boucle fermée peut constituer une alternative à la fermeture de nombreux forages profonds d exploration pétrolière (ou géothermique), dont la profondeur est comprise entre m et m. Comment cela fonctionne? La reconversion consiste à mettre en place un tubage thermiquement isolé au centre du forage. Un liquide caloporteur, généralement de l eau, descend dans l espace entre ce tubage central et le casing du forage. Il se réchauffe au contact de la roche, puis remonte dans le tubage central. La température en sortie d échangeur géothermique est d autant plus élevée que le tubage central est bien isolé thermiquement. La température de l eau évolue sur de courtes durées en fonction de la puissance prélevée en surface à un instant donné, comme pour une sonde géothermique verticale de profondeur plus «classique» (100 à 200 m). Une valorisation avec ou sans pompe à chaleur (PAC) peut être envisagée : pour des puissances prélevées faibles, la température de sortie peut être assez élevée pour alimenter directement des émetteurs de chaleur à basse température ; pour des puissances plus importantes, la température de sortie est plus faible et une PAC devient nécessaire. Retour d expérience en Europe Quelques échangeurs géothermiques profonds issus de la reconversion de forages profonds sont actuellement exploités en Europe, principalement en Suisse et en Allemagne. Les données technico-économiques relatives à ces opérations sont assez rares. L installation de Weggis, en Suisse, fait figure d ex ception. Mise en service en 1994, issue de la reconversion d un forage d exploitation géo thermi que d un aquifère profond, elle a fait l objet d un long programme d instrumentation, financé par l Office fédéral de l énergie (Suisse). L échan geur est exploité sans problèmes techniques majeurs. Les températures en entrée et en sortie d échangeur géothermique, ainsi que le cœfficient de performance global de l installation, ont été mesurées pendant près de 10 ans (cf. tableau). Toutefois, les bilans énergétiques établis sont spécifiques à cette opération, et peu d éléments sur le bilan économique sont disponibles. L étude technico-économique de la reconversion Bénéficiant du soutien de l ADEME, une étude comprenant le développement d un modèle numérique a été réalisée par le BRGM. Ce modèle a permis de calculer : l évolution de la température en sortie d échangeur géothermique ; l électricité consommée par la PAC et les auxiliaires ; l énergie «gratuite» prélevée au terrain. Le bilan énergétique annuel est ensuite valorisé dans le modèle économique. Un bâtiment de la zone climatique d Orléans a été retenu. La PAC est reliée à un émetteur de chaleur à basse température et a un temps de fonctionnement équivalent à pleine charge de h / an. Plusieurs scénarios ont été étudiés en termes de profondeur de forage (1 000 à m), de matériaux de tubage central (polymère ou tube super-isolant) et de taille de bâtiment, correspondant à des puissances crête appelées comprises entre 50 et 500 kw. Retour d expérience de la sonde profonde de Weggis C. Maragna - BRGM Schéma de principe d un échangeur géothermique profond en boucle Date de mise en service : 1994 Forage : Profondeur de m. Tubage super-isolé jusque m puis tubage acier Température initiale au fonds du puits : 73 C Utilisation : Chauffage et production d ECS Départ du circuit de chauffage : 37 C Retour à la sonde : 25 à 30 C Bilan énergétique : Chaleur consommée sur un an : 500 à 550 MWh. COP global de l installation : 4 à 4,5 Date de lancement Réception : décembre

15 La géothermie en France > N 13 Avril 2013 Hypothèses de la modélisation technico-économique Caractéristiques du forage : Profondeur : m Gradient géothermique : 3 C / 100 m. C. Maragna - BRGM Résultat de l étude: modélisation de l Evolution sur un an de la puissance de chauffage et des températures d entrée et de sortie de sonde géothermique, avec les hypothèses données dans le tableau Puissance totale installée : 500 kw pour la solution Géothermie, taux de couverture de 90 % + appoint au gaz dimensionné à 50 % Augmentation du prix du gaz : + 9 % / an Augmentation du prix de l électricité : + 5 % / an Actualisation : + 4 % / an Le coût de production de la chaleur a été calculé pour deux solutions de chauffage : chaufferie au gaz ; pompe à chaleur sur échangeur géothermique profond. Aucune subvention ou aide publique n a été prise en compte pour la solution géothermie. Pour la solution géothermie, les coûts initiaux incluent : la PAC ; la chaufferie gaz en appoint ; l inspection du forage et la mise en place du tubage central, dans le cas où le forage ne nécessite pas de remise en état. Le coût du micro-réseau de chaleur en surface n est pas pris en compte dans cette étude. Le recours à la géothermie au lieu d une chaudière gaz constitue un surinvestissement, mais présente l avantage de coûts d exploitation inférieurs. Avec les hypothèses présentées dans le tableau ci-contre, pour une production annuelle de 920 MWh, le coût de production global de la chaleur sur 25 ans est de 7,8 ce/kwh par géothermie contre 10,3 ce/kwh par une chaufferie gaz. Le temps de retour sur investissement est de 17 ans. Les indicateurs économiques présentent une forte sensibilité à la variation du prix du gaz. La géothermie est compétitive par rapport au gaz dès que l augmentation du prix du gaz est supérieure à + 6 % / an. Le COP en énergie primaire de la solution géothermie est compris entre 1,9 et 2,0 (avec un facteur de conversion énergie primaire / énergie secondaire de 2,58). Perspectives Résultat de l étude: évolution du coût de production de la chaleur ( /kwh) sur 25 ans Avec les hypothèses retenues pour l étude, la reconversion de forages profonds en échangeurs géothermiques en boucle fermée semble économiquement viable, avec des performances énergétiques intéressantes. Dans les zones avec un gradient géothermique élevé, la puissance soutirée par mètre de forage pourrait être plus importante raccourcissant ainsi le temps de retour sur investissement. Prochaine étape : étudier le vieillissement des matériaux constitutifs de l échangeur soumis à une variation cyclique de température. Allez plus loin Rapport BRGM/RP FR Etude technico-économique de la reconversion de forages profonds en échangeurs géothermiques en boucle fermée. C. MARAGNA, M. BOUZIT, J.-C. MARTIN, 2012 Téléchargeable gratuitement sur infoterre.brgm.fr M. Bouzit et C. Maragna - BRGM 15

16 en ref 16 «La géothermie permet de produire de l énergie à partir de ressources renouvelables et sans aucune émission. C est une filière qui doit être encouragée et soutenue». >> Cette déclaration de Delphine Batho, ministre de l Écologie, du Développement durable et de l Énergie (MEDDE), a accompagné la signature, le 28 février dernier, de deux nouveaux permis exclusifs de recherches de gîte géothermique haute température à des fins de production d électricité ou de cogénération : le premier dit «Permis de Chaudes Aigues-Coren» dont le périmètre se situe dans les départements du Cantal et de la Lozère a été délivré à la société Electerre de France SAS, le second dit «Permis de Pau-Tarbes» situé dans les départements des Pyrénées-Atlantiques et des Hautes-Pyrénées a été délivré à la société Fonroche Géothermie SAS. C est un soutien politique fort à la filière de la géothermie et qui devrait se poursuivre. En effet, dix-huit autres demandes de permis exclusifs de recherches sont actuellement en cours d instruction au Ministère. Parmi celles-ci, quatre demandes font actuellement l objet d une mise à disposition du public par voie électronique sur le site web du Ministère de l Ecologie, du Développement Durable et de l Energie depuis le 7 mars formations Introduction et sensibilisation à la géothermie - ADEME/ BRGM formation Objectifs : Acquérir un vocabulaire et des connaissances de base Connaître les acteurs et les métiers impliqués dans la réalisation de projets de géothermie. Découvrir le cadre règlementaire et administratif. Envisager la géothermie comme source d énergie renouvelable. Public : tout public Prochaines sessions 2013 : > 19 & 20 mars (Paris) > 2 & 3 juillet (Orléans) > 3 & 4 déc. (Paris). Contact : brgmformation@brgm.fr Pompes à chaleur géothermiques en collectif et tertiaire : montage de projet - ADEME/BRGM formation Objectifs : Assurer le montage d un projet de mise en œuvre de PAC géothermiques en collectif et tertiaire. Appréhender toutes les solutions notamment les PAC géothermiques. Utiliser les outils et intégrer le développement durable dans tous les aspects du montage de projet. Public : tous les professionnels de la filière des pompes à chaleur géothermiques. Prochaines sessions 2013 : > 28 au 30 mai (Paris) > 24 au 26 sept. (Angers) > 5 au 7 nov. (Paris). Contact : brgmformation@brgm.fr et estelle.ribot@ademe.fr >> Le projet REGEOCITIES traite des freins non techniques (au niveau local et régional) pour atteindre les objectifs 2020 donnés à la géothermie par pompes à chaleur dans le cadre des plans d action nationaux d énergie renouvelables (NREAP). Le projet vise à : Identifier et évaluer les obstacles liés à la réglementation ainsi que les procédures administratives locales ou nationales. Transférer les meilleures pratiques des pays matures vers pour les régions en émergence pour ce type d énergie. Proposer des recommandations pour élaborer un pré-cadre normatif commun. Encourager l engagement de l administration locale pour la mise en œuvre des résultats du projet. Développer un programme de formation destiné au personnel administratif des villes et des régions, Insérer la géothermie superficielle dans le concept «smart-cities». Vous faites partie d une administration locale et régionale? Prenez quelques minutes et aidez le projet! VIENT DE PARAÎTRE L énergie à découvert CNRS Editions Parution : 21/03/2013 Auteur(s) : Sous la direction de Rémy Mosseri et Catherine Jeandel 350 pages, 39 e ttc Alors que se tient le grand débat national sur la transition énergétique, comment se forger une opinion objective sans connaître les données scientifiques les plus complètes sur les potentiels et les limites de chaque source d énergie? Ce livre les met enfin à la disposition du public. L énergie, qu est-ce que c est? Quelles sont les grandes lois physiques qui la gouvernent? Comment la produire, la transporter, la stocker? Le solaire, la biomasse, l éolien, l hydraulique sont-ils des solutions alternatives suffisantes? Et quelle part leur réserver à l avenir? Les nombreux articles de ce livre (près de 130) proposent au citoyen des outils pour se faire une opinion face à ces questions. Vous souhaitez réagir à nos articles, vous voulez annoncer des évènements en rapport avec la géothermie, vous avez des informations ou vous souhaitez écrire un article, contactez Cécile Chery, c.chery@brgm.fr - Tél. : DIRECTEUR DE PUBLICATION : P. Laplaige / ADEME RÉDACTEUR EN CHEF : A. Desplan / BRGM COMITÉ DE RÉDACTION : C. Mayot /DRIRE Ile-de-France, C. Brun / Conseil Régional Ile-de-France, A. Cardona-Maestro et N. Bommensatt / Ademe, G. Perrin / Ademe IDF, V. Schmidlé /AFPG SECRÉTAIRE DE RÉDACTION : C. Chery ÉDITION / RÉALISATION : CONNEXITÉS DIFFUSION : BRGM/DÉPARTEMENT GÉOTHERMIE - BP ORLÉANS CEDEX 2 ISSN : X