La filière géothermie très basse énergie en France

La filière géothermie très basse énergie en France F Boissier, A Desplan, BRGM

Le contexte : Enjeu croissant autour du changement climatique : Kyoto Les décisions politiques sont prises à tous les niveaux : Europe : - Conseil européen du 9 mars 2007 : Triple objectif pour 2020 : -20% d émissions de gaz à effet de serre 20% d énergies renouvelables dans la consommation finale d énergie 20% de gain d économies d énergies France : Loi sur l énergie de juillet 2005 : Objectif +50% de chaleur renouvelable en 2010 Grenelle de l environnement : envisage de reprendre à son compte l objectif de 20% d énergie renouvelable en 2020

Projet de programmation pluriannuelle des investissements «Chaleur» (en ktep) : Energie finale Géothermie intermédiaire (PAC) PAC géothermiques domestiques 2005 50 32 2010 X 3 X 12 75 140 2015 150 400 Géothermie profonde (réseaux de chaleur) 130 185 350 PAC aérothermiques domestiques 106 210 500 Solaire thermique 39 140 410 Biogaz 56 90 160 Déchets urbains solides(uiom) 351 450 700 Biomasse 8 930 11 500 15 700 TOTAL ENRth 9 690 12 800 18 400

Technologies des pompes à chaleur géothermiques

Pompes à chaleur - ASPECTS TECHNIQUES Température moyenne du sous-sol dans les 100 premiers mètres : 10 à 15 C Principe : une pompe à chaleur géothermique permet de prélever la chaleur du sol ou des aquifères à basse température et de la restituer à plus haute température dans les bâtiments à chauffer. Source de chaleur Pompe à chaleur Sous-sol Détendeur Habitation Evaporateur Condensateur Qextraite Compresseur Qfournie W Energie électrique Qfournie/W = coefficient de performance (COP) Valeurs de COP : classiquement 3 mais évoluent vers 4 ou 5.

Diversité des besoins diversité des réponses Profondeur Concept Conditions d utilisation 0,5 à 1,5 m 1 à 10 m 1à 20 m 10 à 100 m 50 à 100 m (ou plus) 50 à 100 m (ou plus) > 100 m 2 000 m Capteurs horizontaux Puits Canadiens Fondations thermoactives PAC sur aquifère superficiel Sondes verticales Champs de sondes Capteurs profonds Pavillon avec jardin - Préchauffage air VMC - Individuel et collectif/tertiaire Bâtiment important avec pieux géotechniques - Du particulier au grand collectif - Contraintes hydrogéologiques - Maison individuelle - Investissement substantiel - contrainte géologique faible - Habitat collectif, tertiaire Réservé aux grands ensembles

Les ressources géothermiques en France

La géothermie «domestique» - 5 kw à 50 kw Chaud & froid - Habitat individuel Lotissements

Les capteurs horizontaux Contraintes : 1,5 à 2 fois la surface à chauffer, 0,60 à 1 m de profondeur (terrains meubles) Faible inclinaison Pas d arbres et peu de roulement D autre approches semi-verticales => 3m Tube cuivre (Sol/eau =détente directe) Tube P.E. haute densité (eau/eau)

Les Sondes Géothermiques (capteurs/échangeurs verticaux) => 50 à 100m (=> 200m) Tube P.E. haute densité

Réalisation in-situ d'une sonde géothermique verticale (Documents ADEME-GTV)

PAC sur aquifère superficiel ( T : 2 à 5 C) Chaud & froid (> 50 kw : 150 à 300 l/h pour 1 kw) - Typiquement : 2 à 2.5 m³/h pour un pavillon en région centre

Un marché en explosion : Statistiques de ventes pour les maisons individuelles : Marché 2006 croissance Détente directe (capteurs horizontaux), dits sol/sol ou sol/eau 9 600 +23% Eau glycolée/eau (capteurs horizontaux et sondes verticales) 6 350 +75% Sur nappe, dits eau/eau 2 500 +47% TOTAL PAC GEOTHERMIQUES Aérothermie 18 450 35 060 +40% +192%

La géothermie «Intermédiaire» - 20 kw à 500 kw Chaud & froid - Secteurs tertiaire Petit collectif Agricole

Géothermie Intermédiaire : Secteur tertiaire, petit collectif Adapté au cas d une consommation énergétique trop faible pour investir dans la réalisation de forages profonds, ou de l absence de ressources géothermales profondes (à haute température) initialement dans les régions possédant des ressources aquifères superficiels et à moyenne profondeur, : Région île-de-france, Vallée du Rhône, Plaine d Alsace notamment dans les grandes agglomérations et maintenant se généralisant à tout le territoire grâce à la technique des champs de capteurs un développement porté par le marché énergétique : investissement au taux de retour compétitif, les normes HQE Plus la température des émetteurs de chaleur est basse, meilleur est le rendement énergétique (COP PAC) Grande diversité des applications - Production de chaud et/ou de froid : PAC réversibles - Rafraîchissement direct : geocooling (by-pass PAC)

Les opérations de " PAC sur eau de nappe / aquifère " Elles valorisent des ressources en eau souterraine situées à faible profondeur (généralement < 100 m) réparties sur l'ensemble du territoire, bien doté en aquifères superficiels. Immeubles de taille importante (en moyenne de 2 000 à 25 000 m2). Bâtiments du secteur tertiaire (immeubles de bureau, hôpitaux, hôtellerie, grandes surfaces commerciales, piscines collectives) nt, habitat moyen collectif, serres horticoles ou maraîchères. Une trentaine d'opérations nouvelles chaque année Perspectives : Contribution actuelle du parc installé environ 50 ktep/an, évaluée pour 2015 à 75 ktep/an (base 100 opérations par an) (source PPI chaleur). CAF de Lyon : 16 000 m2 chauffés et rafraichis à l'aide de 2 PAC sur Aquifère

Les opérations «Champs de capteurs verticaux» > Une nouvelle technologie «universelle» moyenne puissance: 10 à 500 kw > Les opérations avec champs de sondes géothermiques se multiplient à l'étranger depuis plusieurs années. > En France, le développement est plus récent : on estime à une cinquantaine, le nombre d'opérations existantes. > Opérations : en moyenne de 10 à 50 sondes d'une profondeur limite de 100 m > Résidentiel petit collectif et bâtiments du secteur tertiaire (maisons de retraite, bâtiments communaux, bâtiments industriels, immeubles de bureaux). (Source PPI Chaleur) 2005 2010 2015 Nombre d'opérations nouvelles par an 10 150 300 Contribution énergétique du parc installé en ktep 1,2 25 65

L accompagnement du développement de la géothermie

I - Mesures pour encadrer le développement > Le fort développement actuel et à venir des PAC GTH doit être encadré afin qu il ne se fasse pas au détriment de la qualité des installations. > La technologie des machines est tout à fait mure, il faut pousser leurs performances énergétiques vers le haut, > La conception et la mise en œuvre de l installation sont les points cruciaux dont dépendent le plus la performance thermique et donc économique de l opération.

L encadrement des fabricants et des Installateurs : > Création en 2002 de l AFPAC : association des professionnels des pompes à chaleur > Référentiels de qualité pour les professionnels : Qualipac pour les installateurs Démarche qualité pour les foreurs de sondes > Référentiels de qualité pour le matériel et les réalisations : Norme sur le matériel : NFPAC Norme AFNOR sur la réalisation des forages

AFPAC - QUALIPAC QUALIPAC REPOSE SUR : 10 engagements clairs vis-à-vis du client Un cursus de formation Des conditions d entrée et d exclusion Fourniture d outils adaptés Un suivi de la qualité des réalisations Une communication vers les particuliers et professionnels

L encadrement des entreprises de forage Engagement qualité pour le forage des Sondes géothermiques verticales EDF -ADEME -BRGM Objectifs de l engagement qualité Développer la filière Standard de qualité Cadre réglementaire + appui technique Garantie décennale Former les foreurs Contrôles sur le terrain Cohérence avec l étranger

II - Mesures pour inciter le développement > Aides financières : Pour les particuliers : crédit d impôt de 50% sur le matériel des pompes à chaleur, TVA à 5,5% pour la main d œuvre Subvention pour les opérations importantes du tertiaire et collectif, jusqu à 30% de l investissement > Assurance contre le risque géologique : dispositif AQUAPAC > Réalisation d outils d aide à la décision : systèmes d information géographique (SIG) régionaux sur la ressource des aquifères superficiels.

Test date Couverture du risque Géologique Inhérent au captage de l énergie des aquifères superficiels : Garantie de recherche Garantie de pérennité PAC > 30kW Profondeur < 100 m Etudes et installation (mat. et m.o.) spécifiques sous sol = la boucle géothermale Montant couverts : 115 k AQUAPAC GARANTIE SUR LA RESSOURCE EN EAU SOUTERRAINE A FAIBLE PROFONDEUR UTILISEE A DES FINS ENERGETIQUES Les nappes d eau souterraines de faible profondeur recèlent un potentiel énergétique utilisable grâce aux pompes à chaleur. Il existe toutefois un certain degré d incertitude sur le potentiel et la pérennité de la ressource La procédure AQUAPAC, créée par l ADEME, le BRGM, et EDF prend en charge la couverture financière de ce risque géologique, Gestion administrative et financière : SAF-ENVIRONNEMENT 137, rue de l Université 75007 PARIS Tél : 01 58 50 76 76 Fax : 01 58 50 06 80