Séance technique du CFGI La géothermie de minime importance du 21 mai 2015 Xavier du CHAYLA Directeur de GEOTHER 2/20 rue Salvador Allende 92 000 Nanterre Tel : 01 55 17 16 10 Document protégés par Copyright. Son utilisation non autorisée par GEOTHER risque de contrevenir à des copyrights, des marques déposées ou d'autres droits légaux. 1
SOMMAIRE 1. 2. 3. 4. Présentation générale Principe de fonctionnement d une PAC Les différents types de boucle géothermale primaire Avantages et inconvénients 2
Généralités Géothermie Basse Energie Chauffage direct Géothermie Haute énergie Aquifères profonds Production d électricité Champs naturels de vapeur Géothermie très basse énergie (ou «superficielle») Chauffage et/ou rafraichissement Utilisation de pompes à chaleur (PAC) Sous-sol ou eau souterraine 3
Généralités Echanges de chaleur avec le sous-sol La température entre 20 et 100 m est comprise entre 9 et 15 C selon les zones géographiques (et l altitude) et augmente d environ 3 C/100 m (gradient géothermique) 4
Les installations de surface Principe de la Pompe à Chaleur (PAC) : Coefficient de performance : COP = Exemple : COP = 4 : pour une puissance produite de 4kW on a consommé 1 kw d électricité! PRINCIPE : une pompe à chaleur géothermique prélève la chaleur du sol ou des aquifères et la restitue à plus haute température dans les bâtiments. PAC réversible : la pompe à chaleur peut également rafraîchir le bâtiment 5
Les installations de surface Optimisation du COP Pour améliorer le COP : Diminuer la T C en sortie du condenseur (ex. : émetteur basse température) Chercher à augmenter la T C d évaporation Avantage émetteurs basses températures : Pertes thermiques diminuées dans le réseau hydraulique 6
Les installations de surface Mo d e c hauffag e s e ul Mo d e g e o c o o ling Mo d e ré v e rs ib le Pro d uc tio n ECS Emetteurs compatibles : Planchers chauffants/rafraichissants Radiateurs basse température Ventilo-convecteurs 7
Les différents types de géothermie superficielle 8
Les différents types de géothermie superficielle Géothermie sur capteurs horizontaux Avantages Facilité d installation Facilité d entretien Représente environ 25 % du marché géothermique pour les particuliers Contraintes terrain : Grande surface Faible inclinaison Pas d arbres Pas de roches dures affleurantes Zone bien exposée 9
Les différents types de géothermie superficielle Echangeurs horizontaux «compacts» 10
Les différents types de géothermie superficielle Sondes géothermiques verticales Principe : tubes plastiques dans forage de 50 à 200 m (diamètre = env. 165 mm) Intéressant lorsqu il n y pas d aquifère disponible et que le sous-sol est un bon conducteur thermique Champ de sondes géothermiques 11
Les différents types de géothermie superficielle Sondes géothermiques verticales DIMENSIONNEMENT : Pour la géothermie sur sondes, la puissance disponible est directement fonction du linéaire de sondes et de la conductivité thermique du terrain et du nombre d heure d utilisation. Dimensionnement pour le petit résidentiel (P < 20 kw) : utilisation d abaques Dimensionnement pour le collectif ou le tertiaire (P > 20 kw) : par un bureau d études spécialisé Avantages Faible emprise terrain (possibilité de mettre les sondes sous le bâtiment) S applique sur tous types de géologie Facilité d entretien Estimation budgétaire facile Principe de fonctionnement d une sonde géothermique Inconvénients : Nécessite du matériel spécifique pour l installation (foreuse, ciment) 12
Les différents types de géothermie superficielle Sondes géothermiques verticales Géométrie des sondes : DIMENSIONNEMENT : Simple U Puissance extraite : pas de règle générale (35 40... 45...50 W/m) Double U Prise en compte : Géologie locale (conductivité thermique du terrain) Besoins thermiques et mode d exploitation (Chauffage, ECS, rafraichissement) Type de roche Coaxiale Géométrie des sondes Profondeur des sondes Ecartement des sondes Conductivité Thermique (W/m.K) Capacité Thermique spécifique Argile 1,9 2,2 Sable sec 0,5 1,4 Sable mouillé 2,3 2,4 Granite 2,8 2,4 Calcaire 2,8 2,2 Schiste 1,9 2,3 (MJ/m3.K) Utilisation de glycol si régimes de température côté sondes < 3 C (côté évaporateur) 13
Les différents types de géothermie superficielle Géothermie sur nappe Principe : Captage directement sur le fluide naturel Intéressant lorsqu il y a une nappe disponible, accessible, et avec un débit suffisant Avantages Faible emprise terrain Couverture de besoins énergétiques importants Inconvénients : Nécessite du matériel spécifique pour l installation (foreuse) Présence nécessaire d une nappe Entretien/maintenance important 14
Les différents types de géothermie superficielle Géothermie sur nappe DIMENSIONNEMENT : Pour les exploitations sur nappe, la puissance disponible est directement fonction du débit de nappe exploitable. 15
Les différents types de géothermie superficielle Géothermie sur nappe DIMENSIONNEMENT : Prise en compte : Géologie, hydrogéologie locale (ressource disponible), topographie, climatologie Besoins thermiques et mode d exploitation (Chauffage, ECS, rafraichissement) Positionnement de la pompe Profondeur des forages Ecartement des forages Profondeur des forages : de 5 m à plus de 200 m Ecartement et positionnement des forages sont fonction: Du débit d exploitation Du sens d écoulement de la nappe Diamètre pompe 2 4 6 >8 Gamme de débit (m3/h) 1à3 2 à 15 15 à 80 > 80 Puissance thermique (kwth) 5 à 18 18 à 80 80 à 500 > 500 Débit moyen adopté (m3/h) 2 7 40 140 Puissance moyenne (KWth) avec T=5 C 15 50 300 1 000 Espacement entre forages 20 40 200 300 16
Les différents types de géothermie superficielle Géothermie sur nappe Différentes étapes de réalisation : Foration Equipement Développement Essais Exploitation Crépine 17
Erreurs à éviter et optimisation de dimensionnement Erreurs courantes : Surdimensionnement de la PAC => Conséquence : surconsommation électrique de la PAC, qui fonctionne en sous-régime Vouloir couvrir systématiquement 100 % des besoins Conséquence : installation surdimensionné sur la base des quelques heures par an de fonctionnement à pleine puissance Optimum = 80-90 % des besoins (appoint gaz ou électrique, notamment pour ECS) Surexploitation de l installation => Conséquence : gel du sol Utilisation systématique de glycol => Conséquence : surconsommation du circulateur et moins bon échange thermique par rapport à l eau seule Optimisation de l installation : climatisation par géocooling = stockage intersaisonnier 18
Avantages + DISPONIBLE PARTOUT la chaleur du sous-sol est présente sur tous les continents même si la quantité de chaleur récupérable est variable en fonction de la nature géologique des terrains + REGULIERE elle ne dépend pas des conditions climatiques, contrairement aux autres énergies renouvelables (solaire, éolienne, PAC sur air ou sur capteurs horizontaux) + LOCALE la ressource peut satisfaire, voire développer des besoins locaux, sans induire de contraintes de transport (coût, pollution) + DIVERSIFIEE les possibilité d utilisation de la géothermie peuvent s adapter en fonction de la profondeur et du contexte local (géologique et hydrogéologique) + RESPECTUEUSE DE L ENVIRONNEMENT Les exploitations sont possibles sans impact sur les ressources en eau + RENOUVELABLE Contrairement aux énergies fossiles, la géothermie ne s épuise pas au fur et à mesure de son exploitation 19
Géothermie vs autres énergies renouvelables + Par rapport au solaire et l aérothermie : => Apport énergétique stable : pas de variations de température nuit/jour ou saisonnières => Possibilité de mise en place partout en France + Par rapport à l aérothermie : => Rendements moyens annuels de 4 (soit 4 kw de chaleur produite pour 1 kw d électricité consommée) et peut monter jusqu à 6-7 dans le cas de stockage intersaisonnier (rendement pour l aérothermie : 2-3) => silencieuse et invisible (sauf PAC) + Par rapport à la biomasse : => pas d approvisionnement =>maintenance faible (sauf géothermie sur nappe) =>sécurité de l installation =>installation compacte (pas besoin d espace de stockage) Et de manière générale : + Possibilité de mise en place sur toute taille de projet + Possibilité de rafraichissement quasi-gratuit («freecooling» ou «géocooling») 20
Quelques questions? La géothermie de minime importance du 21 mai 2015 Xavier du CHAYLA Directeur de GEOTHER 2/20 rue Salvador Allende 92 000 Nanterre Tel : 01 55 17 16 10 Document protégés par Copyright. Son utilisation non autorisée par GEOTHER risque de contrevenir à des copyrights, des marques déposées ou d'autres droits légaux. 21