Pompes à chaleur dans le collectif neuf : les avantages de la géothermie « de minime importance"

Le premier article sur les pompes à chaleur en immeubles collectifs neufs portait sur les machines air/eau. Il sera d’ailleurs complété lorsque de nouveaux industriels auront répondu à l'enquête sur les solutions qu’ils recommandent pour le collectif neuf. Il s’agit d’assurer chauffage, production d’ECS et, éventuellement, le rafraîchissement des logements et nous avon sidentifier quatre solutions.

Les deux premières solutions se placent dans le schéma d’une installation de chauffage collective. La première solution consistait à remplacer les chaudières en chaufferie par des pac air/eau. La seconde solution, décrite dans cet article, consiste à remplacer les chaudières en chaufferie par des pompes à chaleur eau glycolée/eau.

Une tête de puits géothermique est discrète. Elle peut même émerger à l’intérieur du bâtiment si la puissance nécessaire est réduite. ©PP

Incorporer les sondes dans les fondations

Dans ce schéma, les pompes à chaleur eau glycolée/eau sont raccordées à des boucles enterrées dans lesquelles circule de l’eau glycolée. Cette solution présente de nombreux avantages. Le rendement des Pac est stable tout au long de l’année. Les Pac sont à l’intérieur du bâtiment : il n’est pas nécessaire de traiter leurs éventuelles nuisances acoustiques face à un voisinage sourcilleux. Les Pac sont remarquablement compactes., etc.

Cette solution présente néanmoins un inconvénient proverbial : le coût du forage pour installer les boucles d’eau glycolées. Souvenons-nous, toutefois, que cet article se place dans le cadre de la construction d’immeubles de logements collectifs neufs. Au lieu de forer des puits verticaux, la solution la plus simple et la moins coûteuse consiste à disposer les canalisations d’eau glycolée à fond de fouille lorsque l’on creuse les fondations du bâtiment. Tout surcoût de forage disparaît.

Des bâtiments collectifs neufs de toutes tailles peuvent être traités de cette manière, depuis la maison individuelle jusqu’à des tours de 50 étages. Dès 2013, Batirama décrivait la tour Odéon à Monaco qui était équipée de cette manière.

Dans ses 50 étages, outre des logements de luxe, la tour Odéon abrite notamment 189 logements sociaux, 4400 m² de bureaux et 2000 m² de locaux de services. Cette partie de la tour est chauffée et rafraîchie par deux thermo-frigo pompes Carrier 30 HXC d'une puissance unitaire de 900 kW chaud et de 750 kW froid. Ces deux machines produisent également l’ECS. ©PP

Les deux Pac Carrier sont raccordées à 17 km sondes géothermiques qui ont été directement incorporées dans les 1000 barrettes de fondations de la tour. Le test du terrain avait montré une température moyenne de 15°C toute l’année. Ce qui se traduit par un échange thermique de 2,1 W/(m.K) entre le sol et les sondes, soit 600kW récupérés ou dissipés au total.

Petit détail, les thermo-frigo pompes Carrier 30 HXC produisent à la fois de la chaleur et du froid. En été, elles rafraîchissent les locaux, tout en produisant simultanément l’ECS.

Deux autres solutions pour incorporer les sondes dans le sol

Deux autres solutions sont disponibles pour enfouir les sondes géothermiques. La première solution, CaléoNet, est proposée par FreeHeat qui l’a déployée pour alimenter de petits bâtiments collectifs et labellisés par la Fondation Solar Impulse. Il s’agit de préfabriquer des « murs géothermiques » - des nappes de tubes prémontées sur un treillis métallique – qui sont disposées tout autour du bâtiment à traiter, au moment du creusement de ses fondations.

Les murs géothermiques CaleoNet de FreeHeat s’installent en périphérie du bâtiment à construire, en profitant des engins présents sur le chantier pour creuser les fondations. Pour les petits collectifs, jusqu’à 20 logements, par exemple, selon la forme du bâtiment, les nappes de tubes peuvent être enterrées à moins de 10 m de profondeur. Dans ce cas, l’installation échappe aux règles gouvernant la GMI ou géothermie de minime importance. ©FreeHeat

FreeHeat propose également les corbeilles géothermiques CaleôTerre : les tubes sont disposés en enroulements verticaux, formant des corbeilles de divers diamètres et hauteurs. Les corbeilles sont, elles-aussi, enterrées au moment du creusement des fondations. Les murs et les corbeilles accélèrent la pose des tubes enterrés et économisent l’espace nécessaire.

Pour les bâtiments plus importants, s’il n’est pas possible de profiter des fondations, le français Celsius Energy a développé une technologie de forage pour réduire la surface occupée par les têtes de puits. Sa solution est également labellisée par la Fondation Solar Impulse. Celsius Energy fore en biais au lieu de forer verticalement.

S’il faut forer 70 puits de 120 à 150 m de profondeur pour y descendre des sondes et chauffer un grand bâtiment, en tenant compte d’un écartement de 10 m entre chaque sonde, cela se traduit par une surface immobilisée au sol aussi grande qu’un terrain de football. En forant en biais, comme sait le faire Celcius Energy, une surface de 100 m² sera utilisée durant les travaux de forage. Une fois les sondes installées, seule une surface de 10 m² qui abrite la tête de puits, demeurera inutilisable pour d’autres usages. ©Celsius Energy

La géothermie « de minime importance »

Du point de vue réglementaire, enfouir des sondes en boucles fermées d’eau glycolée dans le sous-sol relève de la géothermie dite de « minime importance » : forages entre 10 et 200 m de profondeur, moins de 500 kW prélevés. Depuis le décret n°2015-15 du 8 janvier 2015, la géothermie de minime importance (GMI) n’a besoin d’autorisation préalable, mais doit seulement être déclarée sur le site de téléservice de la géothermie de minime importance.

Une fois la déclaration acceptée, le site délivre une preuve de dépôt de la déclaration qui vaut accomplissement des diverses formalités administratives requises. C’est l’un des rares exemples de simplification administrative efficace. Les forages de GMI doivent être exécutés par des entreprises qualifiées RGE Forages. On trouve la liste des entreprises qualifiées sur le site de QUALIT ENR en choisissant géothermie dans l’onglet « Quoi », puis en sélectionnant un département et une ville.

Le BRGM (Bureau des Recherches Géologiques et Minières) divise la France en trois zones en ce qui concerne la GMI. Dans la zone Verte, il faut seulement un foreur qualifié RGE Forages. Dans la zone Orange, avant de forer, il faut en plus et avant forage, une attestation préalable établie par un « Expert GMI » agréé. La liste de ces experts est disponible sur le site de l’AFPG (Association Française des Professionnels de la Géothermie). Il n’en existe que douze en France. Et encore la liste figurant sur le site de l’AFPG n’est pas à jour, puisqu’elle liste 5 entreprises dont l’agrément s’est terminé en juillet 2019.

Dans la zone rouge du BRGM, le régime déclaratif n’est plus applicable à la GMI. Il faut passer par l’autorisation préalable : une procédure complexe et coûteuse. Bref, pas de géothermie de minime importance en zone rouge. Sauf si les sondes sont implantées à moins de 10 m de profondeur. Dans la zone rouge, la possibilité d’incorporation des sondes dans les fondations demeure, en revanche.

Voilà, notre prochain article sur les pompes à chaleur en construction d’immeubles collectifs neufs portera sur l’offre de Pac eau glycolée/eau adaptées au collectif. Elle est plutôt riche.