Pompe à chaleur géothermique

Géothermie

Principe de fonctionnement

La pompe à chaleur (ou PAC) permet de capter une partie de la chaleur contenue dans le sol ou dans l'air pour la restituer dans l'habitation via un système de redistribution tel qu'un plancher chauffant ou des radiateurs.

On trouve principalement deux types de pompes à chaleur :

La géothermie

La géothermie (geothermics en anglais) est la science qui étudie l'ensemble des phénomènes thermiques qui se produisent à l'intérieur de la Terre. Le terme géothermie est également employé pour désigner toutes les techniques qui permettent d'exploiter ces phénomènes thermiques naturels afin de produire de l'énergie.

On distingue principalement trois types de géothermie :

  • à basse énergie (faible profondeur, températures peu élevées, moins de 100° C)
  • à moyenne énergie (profondeur élevée, températures élevées)
  • à haute énergie (très grande profondeur, températures très élevées, plus de 150°C )

Bien entendu, ces températures peuvent varier en fonction de la localisation des forages : les gradients thermiques seront bien plus élevés dans les régions volcaniques que les zones sédimentaires.

La géothermie très basse énergie

C'est la géothermie des très faibles profondeurs, à partir de 50 cm dans le sol et des températures inférieures à 30°C. La chaleur qui se trouve dans le sol provient essentiellement du soleil qui réchauffe la croûte terrestre et des ruissellements d'eau.

C'est cette chaleur qui est captée par la pompe à chaleur via des tuyaux enterrés dans le sol. Celle chaleur peut être utilisée pour du chauffage ou pour fournir de l'eau chaude.

Un système plus évolué tel que la pompe à chaleur réversible permet également de rafraîchir les habitations. Attention toutefois, il s'agit simplement d'un système pour rafraîchir qui n'aura pas la même efficacité qu'une climatisation réversible.

Notons aussi que certains systèmes peuvent être adaptés pour fonctionner conjointement avec un puits canadien.

La pompe à chaleur géothermique : comment ça fonctionne ?

Par analogie et en simplifiant à l'extrême, on pourrait dire un peu comme votre réfrigérateur. Un fluide parcourt des tuyaux et ses changements d'état (liquide, gazeux) entraînent des variations de températures.

Dans le cas de la pompe à chaleur :

  • des tuyaux sont enterrés dans le sol, à l'horizontale ou à la verticale. Ils contiennent un fluide frigorigène dont la principale propriété est de s'évaporer à basse température
  • dans un évaporateur (une sorte de collecteur),  le fluide se vaporise (passage à l'état gazeux) grâce à la chaleur fournie par le sol
  • cette vapeur transite ensuite dans un compresseur électrique qui va transformer la vapeur produite en vapeur à haute pression. Se faisant, la température du fluide frigorigène est encore augmentée
  • passant ensuite dans un condenseur relié au circuit de chauffage, le fluide restitue la chaleur emmagasinée qui peut alors être utilisée pour chauffer la maison ou produire de l'eau chaude. Il y a à nouveau transformation de la matière puisque le fluide repasse à l'état liquide
  • enfin, le fluide est ramené à basse pression via un détendeur avant d'être réintroduit dans le système de captation dans le sol

Performance énergétique, rendement et COP

Si la pompe à chaleur produit de l'énergie, elle en consomme aussi pour fonctionner (principalement le compresseur électrique). La performance du système est donc déterminée par le ratio entre énergie produite et énergie consommée.

Ce ratio est communément appelé COP ou Coefficient de Performance. Par exemple, un système avec un COP de 2,5 consomme 1 kW d'électricité pour produire 2,5 kW de chauffage. Selon les installations et les caractéristiques des pompes à chaleurs, le COP peut varier de 1,5 à 4,5.

Caractéristiques

  • une fois installée, la pompe à chaleur géothermique ne consomme que de l'électricité et le système ne requière plus d'interventions extérieures et très peu d'entretien
  • contrairement aux énergies renouvelables telles que l'énergie solaire ou le bois, la géothermie ne dépend pas du climat
  • le coût d'installation est élevé mais peut être compensé par certaines aides et crédits d'impôts

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