La présence d’eau dans notre sous sol favorise les
échanges thermiques .
L’énergie
géothermique
Chacun sait que le centre
de la terre est constitué de roches en fusion. Ceci explique d’ailleurs
pourquoi il fait si chaud au fond des puits de mines qui sont pourtant encore
bien loin de la roche en fusion. Il faut dire que ces puits sont parfois très
profonds parce ce que l’élévation de température en fonction de la profondeur
n’est pas très importante (environ 4°C par 100m) L’homme a toujours chercher
à récupérer cette chaleur. Cette récupération a souvent été facilité par l’eau
qui stagne dans les couches profondes de notre sol et qui se rapproche parfois
de la surface. Certaines zones sont plus chaudes que d’autres, particulièrement
les zones volcaniques. L’Islande par exemple est bien connue pour ses nombreux
geysers. Cependant il arrive que des veines d’eau chaude circulent dans des
régions de terrains sédimentaires comme le Jura ou même le bassin parisien1).
Depuis longtemps on a réussi à récupérer cette chaleur en pompant
celle-ci et faisant passer directement
dans un échangeur de chaleur
de l'eau froide à contre courant de
l’eau chaude pompée .
De nombreuses piscines à l’air libre sont chauffées ainsi en Islande par ce procédé très bon marché. Cela se faisait aussi dans le Jura et dans le massif central.
Les
responsables du Bureau de recherches géologiques et minières attirent
l’attention sur le fait que la France recèle dans son sous-sol un véritable
« trésor énergétique » dont une infime partie est aujourd'hui
exploitée. Ils ne précisent pas à ma connaissance à quelle profondeur mais ils
précisent que le bassin aquitain et l’Ile-de-France recèle par exemple des
bassins sédimentaires aquifères ayant des ressources d'eau chaude. C’est
certainement sur leur conseils et recommandations qu’après les deux chocs
pétroliers de 1973 et 1979, l'Etat a incité les collectivités territoriales à
se lancer dans des opérations de géothermie. Quelques municipalités notamment
en Ile-de-France ont été maîtres d'ouvrage d’une cinquantaine
d’opérations. La baisse du prix des énergies fossiles ainsi que les difficultés
techniques rencontrées en raison de la corrosion des tubes métalliques ont
affecté le développement de ces procédés mais malgré ces difficultés, la
plupart des puits géothermiques construits à cette époque sont encore en
exploitation. Toutes ces premières réalisations ont cependant nécessité des
forages profonds et coûteux.
L'aquathermie de surface utilise elle aussi l'eau comme véhicule thermique mais les différences avec la géothermie profonde sont importantes. D'une part les aquifères profonds peuvent être captifs ou en d'autre termes fermés ce qui revient à dire qu'ils ne sont pas toujours inépuisables, d'autre part l'aquathermie utilise une propriété particulière des fluides générant de la chaleur lors du changement d'état d'un fluide caloporteur lorsqu'il passe de l'état gazeux à l'état liquide : l'enthalpie, ce qui n'est pas le cas de la géothermie profonde ou les transferts thermiques se font directement.. Il y a surtout une différence très importante entre la géothermie profonde et l'aquathermie superficielle si l'on considère l'écosystème constitué par la rivière et son sous-sol : Contrairement à la géothermie profonde qui peut rejetter l'eau servant de véhicule thermique à une température plus chaude que la température naturelle de la nappe phréatique celle-ci est rejetée plus froide dans le cas de l'aquathermie superficielle ce qui augmente la teneur en oxygène dans l'eau et diminue l'activité microbienne.
Un autre avantage de l'aquathermie superficielle est le fait que la pesanteur régit la circulation d’eau terrestre des écoulements superficiels (ruissellement et rivières) et souterraines (infiltrations, nappes libres) ce qui peut être une garantie de pérennité du débit si la rivière est toujours en eau. On ne réalise pas assez que le sous-sol alluvionnaire à proximité de nos rivières et de nos canaux favorise généralement ces écoulements. De plus, la nappe phréatique à proximité des rivières est souvent à faible profondeur ce qui rend son exploitation plus facile.
Le BRGM* s'intéresse d'ailleurs de plus en plus aux
nappes d'eau souterraines contenues
dans notre sous-sol
Des progrès récents
permettent maintenant d’utiliser l’eau contenu en dessous de la nappe
phréatique pour chauffer une maison ou un immeuble.
Cette eau est pourtant à
une température de l'ordre de 10 à 12 °C inférieure à la température souhaitée en
hivers à l’intérieur de l’habitation (environ 18 à 20°C) et l'on peut
légitimement se demander comment peuvent se faire les transferts thermiques
permettant de chauffer une
habitation dans ces conditions.
Les récents progrès permettent maintenant d’utiliser des sources "fraîches" pour se chauffer en utilisant des pompes à chaleur2) Les propriétés enthalpique et entropique des fluides caloporteurs modernes ont été soigneusement étudiées pour qu’ils puissent assurer des transferts thermiques importants et restituer leur chaleur au circuit d'eau du chauffage central après avoir été comprimé mécaniquement.
Ces fluides ont
considérablement évolués depuis les locomotives qui utilisait de l'eau comme
fluide caloporteur et la Machine de Carnot.
Il en est de même d'un fluide tel que le fréon
qui était utilisé à l’origine pour les pompes à chaleur
1ère génération. Ce procédé malheureusement
pas assez connu est maintenant utilisé par certaines municipalités dynamiques pour
assurer le chauffage domestique de groupes d'immeubles collectifs avec une
énergie gratuite au départ pour un coût d'exploitation très réduit par rapport
à celui de l'énergie produite à partir de combustible fossile. Comme les
miracles n’existent pas il faut entraîner le compresseur avec un moteur
électrique pour comprimer le fluide caloporteur. L’énergie électrique payante
nécessaire
à leur fonctionnement ne représente que 20 à 30% de l’énergie thermique gratuite
restituée pour le chauffage. (1KWh électrique consommé par la pompe restitue en
moyenne 3 à 5 kWh thermique pour le chauffage de l’habitation, le rendement étant
amélioré lorsque la température de l'eau pompée augmente ou lorsque la
température du circuit de chauffage diminue avec l'utilisation de radiateurs à
grande surface de chauffe ou des planchers chauffants basse température)
Ces
pompes à chaleur peuvent être utilisées pour le chauffage des maisons
individuelles ou des collectivités (immeubles, écoles, mairies etc..)
Une
revalorisation de l'aquathermie basse profondeur en France est en cours. Elle est en passe
d'être obtenue par un encouragement de la Région sous forme d'aides financières
importantes qui valorisent dès à présent la mise en œuvre de ces énergies de
surface dès la conception du bien et même pour les constructions anciennes
lorsque les conditions sont favorables. Le risque pris par le maître d'ouvrage
lorsqu’il lance le forage sans avoir la certitude qu'il sera fructueux, que ce
soit du point de vue de la température ou du débit, est un frein moins
important qu'il ne l'était. (Le fond de garantie géothermie, alimenté en partie
par les pouvoirs publics, qui prémunissant le Maître d'oeuvre contre les forages
infructueux avait été supprimé en 1995).
Une amélioration par l'Etat de la formation des professionnels mettant en œuvre ces énergies de surface reste cependant à faire. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur nécessite en effet de combiner les compétences de plombier, de thermicien, d'électricien, d'électronicien et récemment d'informaticien (domotique). Peu de professionnels sont suffisamment qualifiés pour couvrir simultanément ces 4 techniques. Pour tirer profit d'un chauffage par pompe aquathermique dans le cas d'un immeuble il convient de se plier à certaines règles qui ne sont heureusement pas contraignantes pour l'utilisateur.
Engager
un grand chantier thermique au niveau du bâtiment
Le MEDAD**
envisage un grand chantier thermique au niveau du bâtiment. Il faut
véritablement espérer que ce projet arrive à son terme car cette action a
un lien étroit avec notre environnement et l’air vicié de nos villes. Je
n’ai qu’un souhait concernant ce projet c’est que l’état ne se contente pas de
montrer l’exemple avec quelques réalisations dans le domaine public sur des
bâtiments neufs.
Il est nécessaire que les services publics œuvrent véritablement pour
aider le citoyen ‘’ayant son bac’’ à
comprendre
ce qu’il faut faire, (ou ne pas faire) en termes simples et compréhensibles. Il est
possible maintenant de réduire voire pratiquement de supprimer l’achat de fioul
et même de gaz pour se chauffer. Pourquoi s’en priver. On dit que la combustion
de combustibles fossiles tels que le gaz et le pétrole utilisés pour le
chauffage est autant responsable de la pollution de l’air dans nos villes que la voiture. A
défaut d'aligner le prix du gaz sur l'Allemagne où il est deux fois plus cher qu’en
France continuons à aligner le prix du gaz sur celui du pétrole et nul doute
que les pompes à chaleur (PAC) vont faire leur apparition en France comme elles
l’ont fait en Allemagne, en Suisse et au Canada. Nous avons la chance d’avoir
en France de nombreuses rivières et un sous-sol favorable à l’installation de
PAC à sonde verticale sur nappe phréatique à proximité de ces rivières. En
raison de la température de l’ordre de 10 à 15°C régnant dans la nappe
phréatique ces PAC ont un rendement excellent. Elles peuvent restituer une
énergie thermique gratuite importante par rapport aux kWh électrique consommés.
Elles peuvent aussi en terme de puissance ‘’sortir’’ des niveaux allant de 20 à
500 kW couvrant les besoins en chauffage allant d’un petit logement à un gros
immeuble. Pourquoi nous en priver. De plus au lieu de rejeter de l’eau chaude
en accélérant la prolifération microbienne comme le fait les centrales
nucléaires elles rejettent de l’eau froide. La chaleur qui favorise en général
les réactions chimiques favorise aussi l’activité biologique, microbienne et
bactériologique ; activités souvent consommatrices d’oxygène qui peuvent
conduire à la pollution des eaux.
Une eau sans oxygène devient très vite une eau polluée. Les débit d’eau pompés
dans la nappe ne sont pas importants en regard des puissances thermiques
fournies (environ 2 l/mn par kW thermique restitué). De plus, cette eau un peu
plus froide, probablement moins calcaire que l’eau du robinet, peut servir à
arroser gratuitement son jardin. Quand
on sait que le prix d’achat du fioul est plus élevé que le remboursement du
prêt servant à financer la pompe à chaleur et ses frais d’exploitation (sur
environ 8 ans) Cela devrait faire réfléchir. Il est temps
d'agir ! Einstein devait penser à la France lorsqu'il a écrit :
< Il est plus facile de briser un
atome qu'un préjugé >
* Bureau de recherche géologique et minière
** Ministère de l'écologie du développement et de l'aménagement durable
