Article

1 - GÉOTHERMIE DES AQUIFÈRES SUPERFICIELS

2 - STOCKAGE THERMIQUE SOUTERRAIN

Article de référence | Réf : BE8593 v1

Géothermie de surface - Aquifères superficiels et stockage thermique souterrain

Auteur(s) : Philippe LAPLAIGE, Jean LEMALE

Date de publication : 10 avr. 2010

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RÉSUMÉ

Une des techniques permettant de réaliser le chauffage d'un bâtiment de moyenne taille est l'exploitation des ressources contenues dans les sols. L'utilisation des aquifères (roches poreuses contenant une nappe d'eau souterraine) permet de couvrir des besoins de chauffage, de refroidissement et/ou d'eau chaude sanitaire. Le principe de ce procédé est de prélever l'eau présente dans le sol et de la chauffer grâce à des pompes à chaleur. Il est également possible de stocker l'excédent de chaleur l'été pour le réutiliser l'hiver. L'intérêt principal de cette méthode est de pouvoir exploiter une source d'énergie thermique de manière durable, en minimisant les rejets de gaz à effet de serre. Cet article décrit les caractéristiques de cette technique, du fonctionnement à la mise en œuvre, en passant par le dimensionnement et les aspects règlementaires.

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ABSTRACT

One of the technique allowing for heating a medium-size building is the exploitation of underground resources. The usage of aquifers (porous rocks containing groundwater) allows for the meeting of needs for heating, cooling and/or domestic hot water. The principle of this process is to extract the water from the soil and heat it by means of heat pumps. It is also possible to store excess heat in the summer so as to use it during the winter. The main interest of this method is that it allows for the exploitation of a thermal energy source in a sustainable way, by reducing greenhouse gases emissions. This article describes the characteristics of this technique, from its functioning to its implementation and including dimensioning and regulatory aspects.

Auteur(s)

  • Philippe LAPLAIGE : Docteur en énergétique - Ingénieur expert en charge des programmes de géothermie - Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), Département Énergies renouvelables

  • Jean LEMALE : Ingénieur de l'École nationale supérieure des arts et métiers (ENSAM) - Ancien expert à l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME)

INTRODUCTION

La géothermie des aquifères superficiels concerne l'exploitation thermique des aquifères situés jusqu'à une centaine de mètres de profondeur. Jusqu'à ces profondeurs, la température moyenne de l'eau reste de l'ordre d'une dizaine de degrés Celsius ; la chaleur prélevée nécessite donc, pour être valorisée, que son niveau de température soit relevé, d'où l'emploi de pompes à chaleur (PAC). Pour caractériser « la filière géothermie des aquifères superficiels », on utilise plus généralement l'expression « filière des pompes à chaleur sur eau de nappe ». Les pompes à chaleur sur eau de nappe permettent de couvrir des besoins de chauffage, de refroidissement et/ou d'eau chaude sanitaire. Tous les secteurs d'application sont concernés : de l'habitat individuel au secteur industriel. Compte tenu du coût des ouvrages sous-sol à réaliser et à mettre en œuvre (forage(s) de production, forage(s) de rejet, équipements de pompage), cette technique est plutôt réservée à des immeubles de taille importante (d'une surface allant de 5 000 à 25 000 m2, voire éventuellement plus) nécessitant à la fois des besoins de froid et de chaud, soit de manière alternée (été – hiver), soit simultanée. Elle s'adresse donc principalement aux immeubles du grand ou moyen tertiaire (immeubles de bureau, bâtiments de santé, hôtellerie, grandes surfaces commerciales).

Le stockage d'énergie thermique dans le sous-sol consiste à mettre à profit les propriétés des formations géologiques pour emmagasiner une énergie disponible et excédentaire à un instant donné – c'est-à-dire sans utilisation immédiate – et pour l'exploiter ultérieurement en période de demande. On peut retenir comme exemple celui d'une usine d'incinération d'ordures ménagères raccordée à un réseau de chaleur desservant des bâtiments. L'été, la chaleur produite est inutilisée faute de besoins à satisfaire. Injectée et stockée dans le sous-sol, cette chaleur peut être utilisée plus tard dans l'année en période de chauffage, limitant ainsi le recours à une énergie d'appoint à base de combustibles fossiles. Le domaine d'application le plus courant du stockage thermique souterrain est celui du chauffage des bâtiments, mais d'autres applications existent comme celle du chauffage des serres maraîchères ou horticoles. Dans les années 1980, de nombreux travaux de recherche et des expériences tout à fait intéressantes ont été menés, notamment en France. Mais c'est surtout dans des pays, comme la Suisse, les Pays-Bas, la Suède ou l'Allemagne, que les travaux se sont poursuivis depuis. Aujourd'hui, les retours d'expérience sont nombreux et prometteurs. Les enseignements tirés devraient faciliter une diffusion plus large des techniques mises en œuvre qui s'inscrivent bien dans une démarche plus globale de réduction des besoins énergétiques, de limitation de l'usage des énergies fossiles et de valorisation des énergies renouvelables ou fatales et donc de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8593


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Pompes à chaleur sur aquifères – État des lieux en Île de France – perspectives de développement.  -  ADEME (2000).

  • (2) - BERNIER (J.) -   La pompe à chaleur – Mode d'emploi.  -  Tome 1, PYC Éditions (1979).

  • (3) - LAPLAIGE (P.) -   Situation de la géothermie en France.  -  Document ADEME (2006).

  • (4) -   Les pompes à chaleur eau glycolée/eau sur plancher chauffant ou plancher chauffant-rafraîchissant sur capteurs horizontaux – Règles techniques et conseils de mise en œuvre.  -  Guide AFPAC, Deuxième édition (2005).

  • (5) - SANNER (B.), BECK (F.), DABRETEAU (V.), EUGSTER (W.J.), BOISSAVY (C.), TOUREILLE (A.), LAPLAIGE (P.) -   État de l'art de la technologie des pompes à chaleur géothermiques en Europe et en Amérique du nord.  -  Thermie B, Projet no DIS/1348/7-FR (1999).

  • (6)...

1 Sites Internet

ADEME-BRGM http://www.geothermie-perspectives.fr

Société Suisse pour la Géothermie http://www.geothermal-energy.ch/

Société Canada-clim http://www.canada-clim.com

Minewaterproject http://www.minewaterproject.info

Site spécialisé pour la maison bioclimatique et le puits canadien http://www.batirbio.org

ADEME Chiffres clé du bâtiment http://www.ademe.fr

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