La géothermie, une énergie renouvelable

Dans Alternatives par le 20 mars 20101 Commentaire

Origine de la « Géothermie »

Cette énergie est connue depuis l’antiquité puisqu’elle était déjà utilisée chez les Grecs et les Romains.
Le mot vient du grec ancien, formé par « geo » terre et « thermie » chaleur, signifiant donc l’utilisation de la chaleur de la terre.
Une unité de mesure a été définie en fonction de ce domaine, le degré géothermique. Le degré géothermique est la profondeur, de l’écorce terrestre à franchir, pour que la température s’élève d’un degré Celsius.

Types de géothermie

  • La géothermie de haute énergie : on capte de l’eau ou de la vapeur d’eau (T>180°C) dans des couches plus ou moins profondes de la croute terrestre. Ces calories sont utilisées principalement pour produire de l’électricité.
  • La géothermie de moyenne énergie : l’eau captée est comprise entre 100° C et 180° C. Ce type de géothermie permet elle aussi de produire de l’électricité mais sert surtout aux installations de chauffage.
  • La géothermie de basse énergie : la température de l’eau est comprise entre 30° C et 100° C. Cette eau est directement utilisée dans les installations de thermalisme ou de chauffage urbain. Elle peut aussi être utilisée pour des installations agricoles telles que le chauffage de serres, certains industriels utilisent également ce type de géothermie.
  • La géothermie de très basse énergie : principalement dédiée au chauffage individuel, couplée à une pompe à chaleur.

Principe de fonctionnement

Chaque jour, le soleil fournit à la terre une énergie stockée sous forme de calories auxquelles viennent s’ajouter celles fournies par le sol profond.
Le principe consiste donc à puiser cette énergie (sous forme de chaleur / ou de fraîcheur) contenue dans la terre afin de chauffer votre logement.
Accessible partout en France (voir carte ci-dessous) c’est une ressource inépuisable, facilement exploitable pour le particulier comme pour le professionnel.

Les sites géothermiques en France

Les sites géothermiques en France

Cette production d’énergie se fait grâce à un échange. L’ apport énergétique nécéssaire à cet échange, est inférieur à l’énergie restituée, (4 fois moins). On obtient donc environ 4 kW d’énergie pour 1 kW investi.
Mais la question souvent posée est, comment chauffer mon logement à partir d’un sol ayant une température plus basse ?
L’installation comprend :

  • Le capteur : c’est un circuit enterré rempli d’un fluide frigorigène. Ce fluide permet de capter les calories emmagasinées par la terre et ayant une température d’évaporation très faible, il passe de l’état liquide à l’état gazeux au contact de cette chaleur souterraine.
  • Le compresseur : le fluide à l’état gazeux est aspiré puis compressé pour en augmenter la température. Le compresseur est associé à un appareil permettant la régulation et la sécurité du système complet (l’ensemble est aussi appelé « générateur »).
  • Le condenseur : il transfère, grâce à un échange de chaleur, les calories contenues dans le fluide, à l’eau du circuit de chauffage classique, radiateurs, plancher chauffant …
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Les types de PAC

Dans Pompes à chaleur par le 19 mars 20103 Commentaires

La pompe à chaleur ou P.A.C. fonctionne à l’électricité et permet de valoriser une source d’énergie naturelle : terre, air ou nappe d’eau souterraine afin de la restituer dans l’habitat.
Pour les particuliers, l’installation est prévue pour une géothermie très basse température, le sol ayant une température annuelle quasi constante, entre 10 et 15 degrés, à une profondeur d’un mètre en moyenne. Pour le Sud de la France, la différence de température entre le sol et l’air étant trop faible, on privilégie l’installation de pompe à chaleur aérothermique.

Certaines PAC proposent la réversibilité, c’est-à-dire qu’elles fournissent du chauffage en hiver mais peuvent aussi délivrer du froid en été. C’est une fonctionnalité très attrayante, mais dont il ne faut pas abuser !

Les PAC géothermiques

Parmi tous les types de pompes à chaleur existantes, les PAC géothermiques sont les plus performantes. Les procédés mis en œuvre sont maintenant au point, robustes et fiables.

Comment installer une pompe à chaleur ?

Les pompes à chaleur géothermiques nécessitent la pose de capteurs souterrains. Il existe deux types de réseaux géothermiques : le système horizontal et le système vertical

Les deux principes de géothermie

Les deux principes de géothermie

  • Le système horizontal

Un réseau de tuyaux est enterré à faible profondeur dans un jardin par exemple. La superficie de ce réseau est de 1,5 à 2 fois la superficie à chauffer. On utilise donc la chaleur solaire que capte la terre, c’est un plan Géosolaire.
Les contraintes de ce système qui doit être enterré est qu’il faut un terrain étendu, peu pentu, non arboré, et une terre de bonne qualité.

  • Le système vertical

Comme son nom l’indique, ce système puise la chaleur en profondeur dans la terre. Pour ce faire 2 sondes, séparées l’une de l’autre d’environ 10 m, sont installées sous terre de 30 m à 100 m de profondeur (celles-ci peuvent descendre jusqu’à 1500 m). En ce qui concerne les rejets d’eau, il est possible d’avoir un petit puit ou un système fermé remettant l’eau sous terre.
Dans le cas de l’eau, la fourchette thermique se situe en France entre 50 et 90° Celsius.
Ce système peut être installé sur un terrain ayant peu de surface au sol, ou accidenté.
Hélas, le coût du forage est parfois élevé.

  • La géothermie multidirectionnelle

Voici un nouveau type d’installation : le forage multidirectionnel, qui est adapté dans le cadre d’une construction neuve ou d’une rénovation. Pour l’instant très peu exploité, il va se développer dans les années à venir.
Cette solution apporte un rendement similaire au forage vertical pour un coût semblable au forage horizontal, une aubaine. Le principe est simple, le forage est effectué par des tiges flexibles au bout desquelles sont situées les têtes de forage. Ces têtes se ré-orientent pour éviter les éventuels obstacles. Elles sont capables de se déplacer dans les 3 dimensions offrant une grande facilité d’utilisation.

Label pour les PAC ?

Label Qualité des Pompes à Chaleur

Label Qualité des Pompes à Chaleur

L’AFPAC a créé un label qualité pour les installations de pompes à chaleur, qui sera ensuite repris dès début 2010 par l’Ademe.

Cette démarche Qualité PAC comporte deux volets :

  • La marque NF PAC pour le matériel
  • La charte Qualité PAC pour l’installation

Cette démarche vise à fixer un cadre qualitatif permettant de promouvoir à la fois les produits et les professionnels.
Elle ne revêt toutefois aucun caractère obligatoire, il s’agit d’une démarche volontaire tant pour les fabricants que pour les installateurs.

La PAC aérothermique

Elle capte les calories de l’air extérieur pour restituer de la chaleur en hiver et du frais en été. Elle est donc réversible, comme par exemple les pompes air/air qui pulsent l’air chauffé à l’intérieur en hiver et l’air refroidi en été.
Il existe aussi des pompes air/eau, qui captent les calories de l’air extérieur transmettant leur chaleur à un circuit hydraulique. On peut ainsi l’utiliser pour un plancher chauffant, ou pour un réseau de radiateurs à eau classique.

Fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique

Le cycle thermodynamique d’un fluide frigorigène permet de transférer des calories entre un milieu extérieur et un milieu intérieur. Certains systèmes de PAC sont dit réversibles, c’est-à-dire qu’on chauffera en hiver et qu’on climatisera en été.
En mode chauffage, les calories seront récupérées à l’extérieur et restituées dans l’habitacle à chauffer. En mode climatisation, le cycle sera inversé, on récupère les calories dans l’habitacle pour les rejeter à l’extérieur.

Principe de fonctionnement d'une PAC

Principe de fonctionnement d’une PAC

Ce cycle thermodynamique est possible grâce à 4 organes principaux :

  1. L’évaporateur : C’est un échangeur entre le fluide frigorigène et le milieu où l’on récupère les calories. Le fluide frigorigène arrive dans l’évaporateur à très basse température : on va donc avoir une différence de température entre le milieu et le fluide ce qui va permettre d’avoir un transfert de chaleur (calories) du chaud (milieu) vers le froid (gaz R410A). Le fluide frigorigène va chauffer jusqu’à évaporation complète, il est ensuite recueilli dans le compresseur.
  2. Le compresseur : C’est l’organe qui va permettre au fluide d’avancer dans le circuit frigorifique. Le fluide arrive sous forme de gaz , il va être aspiré et comprimé. La compression augmente la température du fluide. En sortie le gaz sera donc à haute pression et sa température sera plus élevée que celle du milieu où l’on rejette les calories.
  3. Le condenseur : Comme l’évaporateur, c’est un échangeur, cette fois-ci qui va permettre de transférer la chaleur du fluide vers le milieu. Le fluide va refroidir jusqu’à condensation (passe de l’état gazeux à l’état liquide). puis progresse vers le détendeur.
  4. Le détendeur : Le détendeur sert à faire chuter la pression du fluide. Avec la chute de pression, la température du fluide diminue. On se retrouve dans les mêmes conditions de température et de pression qu’à l’entrée de l’évaporateur. Un nouveau cycle peut avoir lieu.

En mode chauffage, les PAC sont caractérisées par le coefficient de performance ou COP. Ce coefficient est le rapport entre l’énergie fournie au compresseur et l’énergie produite pour chauffer.

L’intérêt des PAC est qu’en exploitant le mieux possible le cycle thermodynamique du fluide frigorigène, on arrive à obtenir des COP allant de 2 à 5.C’est à dire que pour 1 kW d’électricité consommé par le compresseur, 2 à 5 kW de chaleur seront restitués au milieu intérieur, alors qu’avec un chauffage électrique par exemple, on utilise 1 kW d’électricité pour fournir 1 kW de chaleur.
Depuis quelques années, les constructeurs de pompes à chaleur ont mis en place le système INVERTER.


Principe de l’Inverter pour la pompe à chaleur

Il consiste en la variation de la vitesse d’un compresseur en modifiant la fréquence du moteur.

En effet, la différence entre les équipements conventionnels et ceux qui comprennent la technologie Inverter est la possibilité de faire varier la vitesse du compresseur en fonction de la température du logement. Les machines traditionnelles s’arrêtent dès qu’est atteinte la température désirée, les inverter abaissent simplement la vitesse du compresseur jusqu’à un niveau minimum.
Le cycle marche-arrêt du compresseur extérieur n’existe plus. Celui-ci fonctionne en permanence mais à vitesse régulée. Ce point est très important, puisque la majeure partie de la consommation électrique se produit en phase de démarrage. Les machines Inverter évitent ces pics de consommation.
On fera des économies d’énergie allant jusqu’à 75 %. De plus les PAC ne rejettent pas de CO2 ce qui permet d’agir contre l’effet de serre.
Le fluide frigorigène utilisé est le R410-A, c’est un HFC (Hydrofluorocarbure), il ne contient plus de chlore et n’est donc plus néfaste pour la couche d’ozone. Ce fluide possède les propriétés thermodynamiques permettant d’avoir le cycle d’écrit ci-dessus (température d’évaporation et de condensation très basse)

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Conclusion sur les pompes à chaleur

Dans Pompes à chaleur par le 17 mars 2010Commentaires fermés

Grâce à l’utilisation de l’énergie nous environnant et à un peu d’électricité, les pompes à chaleur permettent de réduire considérablement les rejets de CO2 dans l’atmosphère par rapport à une chaudière classique (environ 4 fois moins). Néanmoins, elles rejettent tout de même, en plus petites quantité, du CO2 et du NOx.

La présence de CO2 dans l'atmosphère

La présence de CO2 dans l'atmosphère

Seules certaines d’entre elles, plus coûteuses, ne rejettent aucun gaz à effet de serre.
La finalité première des pompes à chaleur est le chauffage. Même si certaines d’entre elles permettent la climatisation ce n’est pas leur fonction essentielle.
L’étude technique de l’installation doit être réalisée par un professionnel, compte tenu des différents paramètres, souvent sophistiqués, à prendre en compte.
Au fil des années d’utilisation, les pompes à chaleur doivent être entretenues régulièrement. Arrivée en fin de vie, la pompe à chaleur doit être démontée par un professionnel, chargé de récupérer le fluide frigorigène contenu dans la pompe (recyclage ou destruction).
Avec un parc estimé à environ 155 000 installations en 2008, c’est l’équivalent d’environ 620 000 tonnes de CO2 qui n’a pas été rejeté dans notre atmosphère. Si cette progression se poursuit les rejets de gaz à effet de serre vont encore diminuer. Elles permettent aussi de limiter l’utilisation d’énergies fossiles et donc d’appauvrir le sol.

Les pompes à chaleur ne constituent donc pas une énergie 100% propre, puisqu’elles consomment de l’électricité, mais permettent tout de même de réduire le coût pour la planète, de nos besoins en énergie.

Pour une terre plus durable

Pour une terre plus durable

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