Principes de fonctionnement et usages de la géothermie (1/3) source : ADEME / BRGM Géothermie très basse énergie La géothermie très basse énergie (température inférieure à 30 ne permet pas une utilisation directe de la chaleur par simple échange. Elle nécessite la mise en oeuvre de pompes à chaleur (PAC) qui prélèvent cette énergie à basse température pour l’augmenter à une température suffisante pour le chauffage Mais, au-delà du chauffage, les applications de la géothermie sont très diverses : chauffage individuels, collectifs es pompes à chale destinées aux maiso ogements striel, etc. r 13 Sni* to View bâtiments collectifs et tertiaires La chaleur est puisée dans le sol par des capteurs qui peuvent être enterrés verticalement ou horizontalement, ou dans l’eau des nappes. Les capteurs horizontaux sont répartis et enterrés à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20 m). Selon la technologie employée, de l’eau glycolée ou le fluide frigorigène de la pompe à chaleur circule en circuit fermé à l’intérieur de ces capteurs.
La surface de capteurs nécessaire représentera environ 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer. Pour une maison de 1 50 m2, les capteurs occuperont donc entre 225 et 300 ma du jardin. BRGM circuit fermé de l’eau glycolée. L’emprise au sol est minime par rapport aux capteurs horizontaux. Pour chauffer une maison de 120 habitables, une sonde géothermique de 100 m de profondeur est suffisante.
Sondes géothermiques verticales Les pompes à chaleur sur nappes puisent la chaleur contenue dans l’eau : nappes phréatiques (où la température de l’eau est constante entre 7 et 12 ‘C), rivière ou lac. Elles nécessitent deux forages pouvant atteindre chacun plusieurs dizaines ou centaines de mètres de profondeur. Ce type d’installation permet de fournir le chauffage et rafraîchissement aux bâtiments ollectifs ou tertiaires et, si la nappe est située à faible profondeur, aux maisons individuelles.
O BRGM Les pompes à chaleur sur nappes ou sur aquifères @ BIOS David woodFaIl / STILL PICTURES Géothermie assistée par pompe à chaleur Les champs de sondes Fondations thermoactives pour chauffer des grands bâtiments ou un groupe de logements, il est possible d’installer plusieurs sondes géothermiques sur le même site afin d’obtenir un plus grand potentiel de chaleur sondes sont PAGF 13 captage à une pompe ? chaleur pour fournir de la chaleur ou du froid au bâtiment.
Exemple de réalisation e champ de sondes de [‘ENSTA à Palaiseau @ Andrey Kravchenko / iStockphoto En 2009, a été lancé le projet de construction des nouveaux locaux de l’Ensta (École nationale supérieure des techniques avancées) à Palaiseau (Région parisienne). Avec une surface bâtie de 36 700 m2 sur 6 ha de terrain, ce projet met en oeuvre un champ de 75 sondes géothermiques d’une profondeur de 160 m chacune, représentant un total de 12 km de sondes, soit la plus grande longueur jamais mise en oeuvre à ce jour.
La puissance de l’installation est de 450 kW. Les autres usages de la géothermie La récupération de chaleur sur les eaux usées Les puits canadiens (ou provençaux) consistent à tempérer l’air extérieur alimentant un bâtiment, en utillsant l’inertie thermique du sol. L’air circule dans un conduit enterré qui, selon les saisons et les conditions climatiques, refroidit (puits provençaux) ou réchauffe (puits canadiens) le bâtiment.
Lors de leur évacuation, les eaux usées ont une température moyenne comprise entre 10 et 20 oc (selon la région et les saisons). Issues des cuisines, salles de bans, lave-linge et lave-vaisselle, les calories de ces eaux grises peuvent être mises à profit pour le chauffage des bâtiments. Ce système fonctionne grâce à un échangeur thermique qui récupère les calories dans les canalisations d’évacuation et les transfère au bâtiment via une pompe ? chaleur. e profondeur est d’environ 10 à 120C, peut aussi faire office de source de froid pendant l’été et permettre le rafraîchissement des bâtiments. C’est le principe du geocooling qui consiste à utiliser cette fraicheur du milieu naturel, en période estivale, pour assurer directement et sans mise en service de pompe ? chaleur, le refroidissement direct des bâtiments, via des émetteurs suffisamment étendus, comme des planchers afraîchissants. Syndicat des énergies renouvelables 13-15, rue de la Baume 75008 paris Tél. : +33 1 4878 05 60 Fax : 33 1487809 07 www. enr. r dernière révision du document : juin 2012 @ delepine antony / Fotolia Le geocooling Design graphique : THINK IJP communication éco-responsable@ +33 9 65 1446 37 Les puits canadiens (ou provençaux) Principes de fonctionnement et usages de la géothermie (2/3) Géothermie basse et moyenne énergie @ BIOS David WoodFaIl / STILL PICTURES Cogénération et usage direct de la chaleur issue de la géothermie profonde 3 d’immeubles. Afin d’assurer une gestion durable de la essource, la technique du doublet (un puits de production et un puits de réinjection) est généralement mise en oeuvre.
Elle permet de restituer l’intégralité des volumes d’eau extraits au milieu naturel d’origine (dans la même nappe). La conception des forages intègre d’une part, la nécessité d’espacer les impacts au niveau du réservoir pour éviter le refroidissement de la ressource au point de prélèvement (puits déviés) et d’autre part, la nécessité de mobiliser des débits d’exploitation importants (jusqu’à 350 rn3/h) pour valoriser au mieux le dispositif et disposer d’une puissance hermique compatible avec les besoins du réseau.
L’eau contenue dans les nappes profondes est généralement très salée et nécessite des précautions particulières pour son transport entre les puits et la centrale. Inaugurée en 1 963, la Maison de la radio a été le premier bâtiment à bénéficier d’un système de chauffage par géothermie. Avec ce système, reau géothermale de l’Albien est puisée à 600 m de profondeur à une température de 27 oc. Elle cède 20 oc au dispositif énergétique avant d’être rejetée à 7 oc.
En hiver, cette énergie géothermique est utilisée en appoint d’un chauffage riginal : un système complexe de pompes à chaleur récupère la chaleur dégagée par les activités des studios (projecteurs, matériels, public). En été, le système est inversé pour le rafraîchissement et la climatisation. Cependant, en raison de ces besoins majoritaires en froid, cette s 3 té une opération sur aquifères superficiels. Radio France une installation pionnière : la Maison de la radio à Paris Exemple de réalisation : le doublet géothermique de l’aéroport d’Orly Fin 2010, une centrale géothermique a été créée sur le site de l’aéroport de Paris-Orly, pour ssurer le chauffage d’une partie de ses installations (aérogare et bâtiments tertiaires). Les deux puits inclinés et orientés du doublet, atteignent une profondeur de près de 1 800 m (aquifère du Dogger).
La puissance thermique délivrée par l’installation est de 10 MW (300 m3/h d’une eau à 74 oc réinjectée après échange à 35 oc environ). La valorisation de la chaleur s’effectue par échange thermique sur un échangeur à plaques en titane, ce dernier transmet alors la chaleur au circuit d’eau chaude de chauffage de l’aéroport. Le recours à la géothermie permet de préserver les ressources naturelles tout en réduisant les ?missions de CO, liées à la production d’énergie. ? terme, le doublet géothermique, permettra de réduire la consommation de combustible fossile de 4000 tonnes équivalent pétrole (tep) et évitera le rejet dans l’atmosphère d’environ 9 000 tonnes de COZ par an. zone d’activités ORLYTECH Terminal ORLY OUEST 6 3 Fax : +33 148 78 09 07 @ FABIEN BASQUIN / THINK UP Quartier d’affaires CŒUR D’ORLY Principes de fonctionnement et usages de la géothermie (3/3) Géothermie haute énergie La production d’électricité d’origine géothermique est possible les réservoirs dont la température est comprise entre 1 50 et 350 t permettant des débits de production de fluides suffisants.
Plusieurs méthodes et techniques de production d’électricité géothermiques existent actuellement • • Pour les sources de vapeur haute température, que l’on retrouve notamment sur les zones de volcanisme récent, l’électricité peut être produite directement par injection de la vapeur dans une turbine haute pression (simple flash) ou haute et basse pression (double flash). ?? Pour les sources moins chaudes à grande profondeur et enfin à exploiter la chaleur récupérée pour produire de l’électricité. Circulation d’eau dans les ractures et réchauffement au contact de la roche chaude (200 oc) • La géothermie dite conventionnelle vise à exploiter des réservoirs naturellement très perméables, où l’eau géothermale est abondante. jection d’eau froide ? 5 000 m de profondeur par le puits central En surface, transformation par l’intermédiaire d’un échangeur thermique a de l’eau chaude du circuit primaire b en vapeur dans le circuit secondaire c pour entraîner une turbine d qui produit de l’électricité e @ BIOS David WOOdFaIl / STILL PICTURES Production d’électricité géothermique GEIE 3 innovant dans le domaine de la géothermie rofonde, a été initié en 1987 par une équipe d’ingénieurs et de scientifiques. Ce projet a été financé par des fonds publics français, allemands et européens.
Il vise à extraire la chaleur des roches chaudes, situées à grande profondeur et naturellement fracturées, pour la transformer en électricité. Après une phase de stimulation initiale, l’eau est mise en circulation entre les différents puits. Quelques chiffres : • 25 années de recherche • 15 laboratoires de recherche impliqués • 3 puits à 5 000 m de profondeur chacun • 13 MW de chaleur extraite • 2,1 MW de production électrique brute Il s’agit du premier pilote au monde fonctionnant sur la technologie EGS ; c’est pourquoi la centrale de Soultz suscite l’intérêt de toute la communauté internationale de la géothermie.
En outre, elle conduit en France à l’émergence de nouveaux projets, dans les milieux naturellement fracturés. Design graphique : THINK UP communication éco-responsable@ +33 9 65 14 46 37 (basse, moyenne et haute énergie) nécessitent des contextes géologiques particuliers : bassins sédimentaires, volcanisme récent, bassins d’effondrement, etc. La situation en Europe En 2011, on estimait la puissance électrique installée de ‘ensemble des pays de l’Union Européenne à environ 1 672 MWe.
La puissance thermique s’élevait quant ? elle à environ 4 700 MWth pour l’utilisation directe de la chaleur (hors PAC géothermiques). Le marché annuel des PAC géothermiques dans les pays de l’Union européenne était estimé à 103 846 unités vendues en 2010. Le parc Installé s’élevait à plus dun million de PAC géothermiques en fonctionnement. Marché annuel des PAC géothermiques en Europe en 2010 source : EurObserv’ER Nombre de PAC vendues en 2010 30 000 31 954 25 516 20 000 13 550 10 000 8091 6516 4 060 357 Suède
