L’énergie de surface

 

Avant de parler de ce qui se passe en surface parlons de l’énergie géothermique profonde. 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 que ces puits soient parfois très profonds pour que l’élévation de température soit significative. L'élévation de la température en fonction de la profondeur n’est pas très importante (environ 4°C par 100m). L’homme a pourtant 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⁾. Ils ont ainsi depuis longtemps réussi à récupérer cette chaleur en pompant celle-ci et faisant passer directement leur eau froide à contre courant de l’eau chaude pompée dans un échangeur de chaleur.

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.

La présence d’eau dans notre sous sol favorise les échanges thermiques. La pesanteur régit la circulation d’eau terrestre des écoulements superficiels (ruissellement et rivières) et souterraines (infiltrations, nappes libres).

 

On ne réalise pas assez que le sous-sol alluvionnaire à proximité de nos rivières et de nos canaux favorise généralement ces écoulements. La nappe phréatique à proximité des rivières est souvent à faible profondeur. 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 à peines chaudes, on peut presque dire "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 5KWh 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 la géothermie 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. (Un 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.