Comment fonctionne la géothermie : guide complet de l’énergie du sous-sol

Réponse rapide : La géothermie exploite la température stable du sous-sol — autour de 10 à 18 °C toute l’année en Espagne — pour chauffer et rafraîchir les bâtiments. Un réseau de tuyaux enterrés capte cette chaleur grâce à un fluide, puis une pompe à chaleur géothermique élève sa température jusqu’au niveau nécessaire pour le chauffage, le rafraîchissement et l’eau chaude. Pour chaque kWh d’électricité consommé, le système fournit entre 4 et 5 kWh d’énergie thermique.

Qu’est-ce que la géothermie et d’où vient son énergie ?

La géothermie consiste à exploiter la chaleur stockée dans le sous-sol. À quelques mètres de profondeur, la terre agit comme une immense batterie thermique : elle accumule l’énergie du soleil et conserve une température pratiquement constante toute l’année, indépendamment des variations climatiques en surface.

Il convient de distinguer deux usages :

• La géothermie de faible profondeur ou de très basse température, utilisée pour chauffer et rafraîchir les logements et les bâtiments. C’est celle dont traite ce guide.
• La géothermie profonde ou de haute température, qui exploite la chaleur de gisements situés à grande profondeur pour produire de l’électricité dans des centrales géothermiques.

Dans les secteurs résidentiel et de la petite industrie, lorsque nous expliquons le fonctionnement de la géothermie, nous faisons presque toujours référence au premier usage : des systèmes qui associent un échangeur enterré à une pompe à chaleur géothermique.

Le principe : la température constante du sous-sol

Le principe de la géothermie est simple. Alors que la température de l’air peut passer sous zéro en hiver et dépasser 35 °C en été, celle du sol se stabilise autour de 10 à 18 °C, selon la région, à partir d’environ 5 à 10 mètres de profondeur, et reste ainsi toute l’année.

C’est cette stabilité qui rend le système si efficace :

• En hiver, le sous-sol est beaucoup plus chaud que l’air extérieur : en extraire la chaleur demande donc très peu d’énergie.
• En été, c’est l’inverse : le sol est plus frais que l’air et permet d’évacuer l’excédent de chaleur du logement.

Contrairement à une pompe à chaleur aérothermique, qui doit fonctionner avec un air extérieur très froid les jours où les besoins sont les plus importants, la géothermie bénéficie toujours d’une température tempérée et stable. D’où ses performances supérieures.

Comment fonctionne la géothermie, étape par étape

Un système géothermique complet se compose de trois éléments qui fonctionnent en chaîne.

1. Le captage : le circuit enterré

Il s’agit de l’échangeur qui met le système en contact avec le sol. Il se compose d’un circuit fermé de tuyaux en polyéthylène enterrés, dans lesquels circule un fluide caloporteur (de l’eau additionnée d’antigel).

Ce fluide parcourt le sous-sol, absorbe sa chaleur et revient à la pompe à chaleur avec une température supérieure de quelques degrés. Il s’agit d’un cycle continu et fermé : le même fluide circule encore et encore sans être consommé.

2. La pompe à chaleur géothermique

C’est le cœur du système. Elle récupère la chaleur du sol à basse température et la porte à un niveau utilisable grâce à un cycle thermodynamique en quatre phases :

1. Évaporateur. La chaleur apportée par le fluide provenant du sous-sol fait évaporer un réfrigérant à basse pression.
2. Compresseur. Il comprime ce gaz, ce qui augmente brusquement sa pression et, avec elle, sa température.
3. Condenseur. Le réfrigérant chaud cède sa chaleur au circuit de chauffage ou d’eau chaude du logement et se condense.
4. Détendeur. Le réfrigérant perd en pression et en température, puis retourne à l’évaporateur pour recommencer le cycle.

La seule consommation électrique significative est celle du compresseur. Comme la majeure partie de l’énergie provient gratuitement du sous-sol, le rendement est très élevé.

3. La distribution dans le logement

La chaleur produite est distribuée par le système d’émission : plancher chauffant (le plus efficace, car il fonctionne à basse température), ventilo-convecteurs ou radiateurs basse température. Le même équipement peut produire l’eau chaude sanitaire et, en été, inverser le cycle pour rafraîchir le logement.

Types de captage géothermique

Tous les terrains et toutes les parcelles ne se ressemblent pas. Il existe trois principaux systèmes de captage :

• Captage horizontal. Les tuyaux sont enterrés dans des tranchées à une profondeur de 1,5 à 2 mètres, réparties sur une vaste surface. C’est la solution la moins coûteuse à installer, mais elle nécessite de disposer d’un terrain suffisamment grand.
• Captage vertical (sondes géothermiques). Des forages de 50 à 150 mètres de profondeur sont réalisés pour y insérer les sondes. Cette solution nécessite très peu d’espace en surface et offre les meilleures performances, mais le forage coûte plus cher.
• Captage dans les eaux souterraines (circuit ouvert). Ce système utilise directement l’eau d’un aquifère comme source de chaleur. Il est très efficace là où cette ressource est disponible.

Le choix dépend de l’espace disponible, du type de sol et des besoins énergétiques du bâtiment.

La géothermie pour le chauffage, le rafraîchissement et l’eau chaude

L’un des grands avantages de la géothermie est qu’un seul équipement couvre tous les besoins thermiques du foyer tout au long de l’année :

• Le chauffage en hiver, avec des performances stables même pendant les nuits les plus froides.
• Le rafraîchissement en été, en inversant le cycle ou grâce au rafraîchissement passif (qui exploite directement la fraîcheur du sol, avec une consommation minimale).
• L’eau chaude sanitaire tout au long de l’année.

Il n’est donc plus nécessaire de disposer séparément d’une chaudière et d’un climatiseur.

Pourquoi la géothermie est-elle si efficace ?

L’indicateur qui mesure les performances d’une pompe à chaleur est le COP (coefficient de performance) : le rapport entre l’énergie thermique qu’elle fournit et l’électricité qu’elle consomme.

Un système géothermique correctement dimensionné atteint un COP de 4 à 5, voire davantage. Autrement dit, pour chaque kWh d’électricité consommé, il fournit 4 ou 5 kWh de chaleur. Cela s’explique par deux raisons : il puise son énergie dans une source à température stable et tempérée, et il ne subit pas les pertes de performance qu’une pompe à chaleur aérothermique connaît lors des journées de grand froid.

Sur l’ensemble de l’année, cette efficacité se traduit par des économies notables par rapport aux systèmes conventionnels au gaz, au fioul ou électriques, ainsi que par de très faibles émissions.

La géothermie avec Ecoforest : la gamme ecoGEO

Ecoforest est le seul fabricant espagnol de pompes à chaleur géothermiques. Sa gamme ecoGEO intègre la technologie inverter : le compresseur module sa puissance pour s’adapter à tout moment aux besoins réels du logement, au lieu de fonctionner à pleine puissance avant de s’arrêter. Il en résulte des performances encore meilleures et une durée de vie prolongée de l’équipement.

De plus, la technologie HTR (surchauffeur) permet de produire efficacement de l’eau chaude sanitaire jusqu’à 80 °C, et l’application Ecoforest Home, dotée de la technologie Easynet, surveille et optimise le système en temps réel.

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Questions fréquentes sur le fonctionnement de la géothermie

La géothermie fonctionne-t-elle sur tous les terrains ? Dans la plupart des cas, oui. Seul le type de captage le plus adapté varie (horizontal, vertical ou dans l’eau). Une étude préalable du terrain permet de déterminer la meilleure solution.

Consomme-t-elle beaucoup d’électricité ? Elle en consomme, mais très peu par rapport à la chaleur qu’elle produit. Avec un COP de 4 à 5, environ 75 à 80 % de l’énergie qu’elle fournit provient gratuitement du sous-sol ; seule la part restante correspond à l’électricité consommée.

La géothermie permet-elle aussi de rafraîchir en été ? Oui. Le système peut inverser son cycle ou utiliser le rafraîchissement passif pour climatiser le logement en été avec une très faible consommation.

Quelle est la durée de vie d’une installation géothermique ? Le circuit de captage enterré a une durée de vie de plusieurs décennies (50 ans ou plus) et la pompe à chaleur, d’environ 20 à 25 ans avec un entretien minimal.

Quelle est la différence entre la géothermie et l’aérothermie ? Toutes deux utilisent une pompe à chaleur. L’aérothermie puise la chaleur dans l’air extérieur, tandis que la géothermie la puise dans le sous-sol. Grâce à cette source dont la température est plus stable, la géothermie offre des performances supérieures et plus constantes, en particulier dans les climats froids.