Comment fonctionne un système de chauffage par géothermie ?

La géothermie utilise l’énergie naturellement présente dans le sol pour chauffer ou produire de l’eau chaude sanitaire dans les logements particuliers ou collectifs. Pour être utilisable, cette énergie gratuite doit être valorisée par une pompe à chaleur (PAC). Comment récupérer l’énergie du sol ? Comment fonctionne une PAC géothermique ?

Comment fonctionne un système de chauffage par géothermie ?  DR

Comprendre la géothermie

La géothermie utilisée pour chauffer une maison est une géothermie dite de minime importante (GMI) ou géothermie de très basse température (inférieure à 30°).

La géothermie exploite l’énergie thermique naturelle contenue dans le proche sous-sol (entre 60 cm et moins de 200 m de profondeur). Dans les premiers mètres, la température du sol est influencée par le rayonnement solaire et les infiltrations des eaux de pluie vers les nappes phréatiques. Puis, elle se stabilise vers 12° en moyenne dans les premiers 100 m. Au-delà elle augmente en moyenne de 3° tous les 100 m.

La géothermie exploite également l’énergie thermique de l’eau en sous-sol. La température de l’eau dans une nappe phréatique est en moyenne de 10 à 12°. Au-delà de 100 m de profondeur, elle augmente, comme le sous-sol, en moyenne de 3° tous les 100 m.

Comment la géothermie utilise l’énergie du sol ?

L’énergie thermique est récupérée grâce à des capteurs enterrés plus ou moins profondément dans le sol :

• Géothermie horizontale : des tubes sont enterrés entre 60 cm et 1.20 m de profondeur.
• Géothermie sur corbeille : des tubes spiralés sont enterrés à moins de 5 m de profondeur.
• Géothermie verticale : une sonde géothermique est enfoncée dans le sol généralement entre 80 et 120 m de profondeur.

Mais cette énergie thermique ne peut être exploitée comme telle dans un circuit de chauffage. Son utilisation nécessite une pompe à chaleur (PAC). Dans la pompe à chaleur, circule un fluide frigorigène qui possède la faculté d’absorber et de restituer de la chaleur par le biais d’un cycle thermodynamique.

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Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique ?

Même si les températures de sol et d’eau paraissent minimes, elles suffisent pour devenir « source froide » dans une réaction thermodynamique et alimenter la « source chaude », le chauffage du logement.

Le circuit thermodynamique d’une pompe à chaleur produit de la chaleur ou du froid par transfert d’énergie grâce à un fluide frigorigène qui va successivement passer de l’état liquide à l’état gazeux pour revenir à l’état liquide et ainsi de suite…

Fonctionnement du cycle thermodynamique d’une PAC géothermique :

• Les capteurs extérieurs récupèrent l’énergie thermique  du sol ou de l’eau et la transmettent au fluide frigorigène dans l’évaporateur. Le transfert de calories se fait par différence entre la température du sol ou de l’eau et la température du fluide frigorigène qui est plus froid.
• En se réchauffant, la pression augmente et le fluide devient gazeux.
• Puis il passe dans le compresseur qui en le comprimant augmente la pression et la température (haute pression et haute température).
• Il passe ensuite dans le condenseur ou échangeur thermique qui transfère la chaleur du gaz frigorigène au circuit de chauffage du logement et au ballon pour chauffer l’eau chaude sanitaire (ECS).
• En perdant de la chaleur, le gaz redevient peu à peu liquide.
• Dans le détendeur, la pression et la température baissent. Le fluide frigorigène retrouve son état initial liquide (basse pression et basse température).

Et le cycle peut recommencer.

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Géothermie et climatisation

La géothermie peut aussi servir pour le rafraichissement des locaux. Il faut alors une PAC réversible et un plancher chauffant réversible. L’inversion du cycle thermodynamique va permettre de récupérer l’énergie thermique à l’intérieur du bâtiment pour la renvoyer dans le sol. Ce processus contribue également à régénérer et réchauffer le sol pour la saison de chauffe suivante.

Conclusion : Le principe de la géothermie valorise une énergie inépuisable, gratuite et puisée directement sur place ! De plus, le cycle thermodynamique restitue plus d’énergie qu’il n’en consomme pour fonctionner. Pour 1 kW/h utilisé pour le fonctionnement de la PAC, elle peut en restituer 4 ou 5.
La géothermie peut chauffer un logement individuel ou collectif, des bureaux, etc. Elle peut également assurer la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Enfin, sachez qu'une PAC géothermie doit s'entretenir de manière régulière pour prolonger sa durée de vie.