La chaleur renouvelable et de récupération est désormais utilisée pour la construction de maisons passives et à énergie positive. Si depuis ces dernières décennies, le chauffage écologique d’un logement repose sur l’énergie solaire et la biomasse, des techniques innovantes ont désormais conquis le marché de la construction écologique et durable. Ce sont celles de la thermodynamie qui englobe l’aérothermie et la géothermie.
Le système de la géothermie
La gigantesque nappe de magma souterraine
La géothermie fait appel à la chaleur stockée sous la surface terrestre, inépuisable réservoir thermique longtemps inexploité car encore peu connu. Pourtant, les thermes gallo-romains aménagés au premier siècle de notre ère se servaient déjà de cette source d’énergie souterraine pour chauffer leurs centres balnéaires. La température est d’autant plus importante que l’on pénètre en profondeur au-delà de l’écorce terrestre. Le sol est en effet une gigantesque nappe de magma dont la température peut atteindre jusqu’à 300°C. Il constitue ainsi une remarquable source d’énergie durable, renouvelable et totalement gratuite.
Les différents types de géothermie
La température sous la croûte terrestre varie en fonction de la profondeur. Ainsi, l’énergie puisée à quelques mètres de la surface constitue ce que l’on appelle la « très basse énergie » : elle procure une température d’environ 30°C. C’est cette source d’énergie qui est sollicitée pour le chauffage d’un logement passif ou à énergie positive.
Le deuxième type de géothermie est la « basse énergie » récupérée en profondeur. La température recueillie est comprise entre 30°C et 150°C. Ce type de géothermie est utilisée à grande échelle pour le chauffage urbain ou encore dans le but de fournir de l’énergie thermique dans les installations industrielles.
Quant à la « moyenne et haute énergie », elle génère une température de plus de 180°C qui peut s’élever jusqu’à 350°C.
Comment extraire la chaleur du sol pour chauffer un logement ?
C’est à partir d’une pompe à chaleur géothermique que les calories souterraines dont celles de la nappe phréatique sont prélevées. Cette chaleur à l’état « naturel » est appelée « source froide » : elle sera traitée par la pompe, laquelle est constituée des éléments tels que l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détenteur.
La chaleur est puisée du sol, le fluide frigorigène dont la pompe géothermique est pourvue transforme le liquide en vapeur grâce à l’évaporateur. Du gaz se forme, lequel subit ensuite une modification de sa pression une fois traité par le compresseur, le but étant d’obtenir une température de près de 100°C. Cette énergie est récupérée par le condenseur qui rejoint le système du logement. Celui-ci recueille les calories collectées et traitées. La température est ensuite abaissée à environ 45°C par le détendeur grâce à une chute de pression. C’est la chaleur diffusée au moyen de ce système qui est appelée « source chaude ».
Gain d’énergie et rendement issus de la géothermie
La pompe géothermique ne subit pas de variation de performance en fonction des températures extérieures, à la différence de la pompe aérothermique (dont nous parlerons plus bas). Le gain d’énergie est extrêmement conséquent, il est de l’ordre de plus de 75% à 90%.
Le rendement dépend plutôt de la captation de l’énergie à la source froide comme expliqué ci-dessus. Par ailleurs, le coût du forage est coûteux : prévoir en effet jusqu’à 820 euros environ par mètre de profondeur. Ce coût augmente pour une expertise plus affinée, telle que l’analyse de la qualité de la nappe phréatique. Le forage géothermique requiert une technicité hautement pointue : une installation mal évaluée pourrait ruiner le rendement attendu de même que le retour d’investissement escompté.
Le système de l’aérothermie
Cette technique permet de récupérer la chaleur grâce aux calories dans l’air réchauffé par les rayons de soleil. Cette énergie thermique est omniprésente même en hiver, lorsque les températures deviennent négatives.
L’énergie récupérée sera alors restituée à l’intérieur du logement grâce à l’installation d’une pompe à chaleur air-air. Les performances de cette dernière sont toutefois fonction de la température extérieure. Il est donc primordial de mesurer les températures les plus basses avant de choisir si la meilleure solution de chauffage proviendrait de l’aérothermie ou plutôt de la géothermie.
Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-air
La pompe emmagasine l’air extérieur qui est ensuite transféré au fluide frigorigène. Un phénomène de vaporisation se forme et les vapeurs obtenues par compression sont élevées à une certaine température grâce à la condensation pour être diffusées à l’intérieur du logement.
Gain d’énergie et rendement obtenus grâce à l’aérothermie
Il faut considérer que la pompe à chaleur air-air nécessite une plus grande consommation d’électricité en cas de chute significative de la température – généralement au-delà de -10 degrés. Ce, pour maintenir une certaine performance. Cette sollicitation énergétique supplémentaire pourrait donc en affecter le rendement. Toutefois, le gain d’énergie à partir de la pompe à chaleur est déjà très intéressant puisque la réduction des dépenses peut aller jusqu’à -70%.
Par ailleurs, la pompe à chaleur air-air convertible est tout à fait utilisable en été pour rafraîchir efficacement le logement. Il s’agit donc d’un équipement 2 en 1. Dans ce cas, les calories suivent le chemin inverse :
- soit la chaleur circulant à l’intérieur du logement sera évacuée vers l’extérieur (mode rafraîchissement passif)
- soit le circuit frigorigène intervient pour refroidir l’air dans le système avant de le restituer au logement (mode rafraîchissement actif)
L’utilisation d’un climatiseur n’est donc plus nécessaire. En outre, l’installation coûte nettement moins cher que celle de la pompe géothermique. Attention néanmoins à toujours vérifier les 2 coefficients suivants afin de dégager le rendement réel de la pompe :
- le coefficient de performance saisonnier (pour recueillir le rapport performance et consommation électrique)
- le coefficient saisonnier d’efficacité frigorifique (pour obtenir le rapport chaleur absorbée et consommation électrique).
En conclusion, que ce soit pour l’installation d’une pompe aérothermique géothermique, des aides financières sont disponibles afin d’amoindrir les coûts. Le mode de vie des occupants du logement impacte également sur ce rendement, suivant leur gestion de la chaleur. La durée de vie d’une pompe à chaleur est de 20 ans en moyenne, ce qui permet de dégager son amortissement. Quant au coût de l’équipement proprement dit, il est fonction de sa puissance entre autres. Les frais d’investissement incluent aussi l’achat d’appareils additionnels comme le compteur électrique entre autres.