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Les capteurs géothermiques verticaux (sondes géothermiques)

Les sondes géothermiques sont des échangeurs thermiques verticaux constitués de deux tubes en U permettant de réchauffer un logement grâce à la chaleur contenue sous la terre à environ une centaine de mètres de profondeur. Cette chaleur est réutilisée pour le chauffage voire pour la production d’eau chaude sanitaire.

La particularité de la sonde géothermique étant la faible surface qu’elle utilise, il est alors possible de créer plusieurs forages pour obtenir un meilleur rendement ou réchauffer un bâtiment plus important.

Principe de fonctionnement des capteurs géothermiques verticaux

Sonde géothermique - © Ecosources

En comparaison avec le capteur géothermique horizontal, la sonde géothermique puise la chaleur de la terre à des profondeurs bien plus importantes et est par conséquent moins sujet à des variations de températures.

En effet, au-delà de 20m de profondeur en moyenne, la température des sols n’est plus influencée par les conditions extérieures (cycles jour-nuit, intempéries, canicules…). À une telle profondeur, la température avoisinent les 14°C en moyenne.

Comme pour le capteur géothermique, le fluide utilisé est un fluide frigorigène caloporteur avec une capacité calorifique et une résistance au froid élevées. Il s’agit principalement d’eau glycolée (eau mélangée à une certaine concentration de glycol).

Le tube enfoui sous terre a souvent la forme d’un U (il existe des sondes coaxiales avec un tube en double U). De l’eau froide est amenée sous terre et va se réchauffer à mesure qu’elle descend. Une fois en bas, l’eau remonte avec une température plus élevée. L’eau chaude entrera ensuite dans la pompe à chaleur qui augmentera encore la température de l’eau pour le chauffage et éventuellement pour l’eau chaude sanitaire.

• Avantages :
• Température plus élevée dans les grandes profondeurs
• Ne monopolise qu’une faible surface
• Énergie inépuisable
• Système réversible : possibilité de rafraichir les bâtiments en été
• Rendement élevé
• Installation invisible (capteurs enterrés)
• Peu d’entretien
• Inconvénients :
• Coût d’installation élevé
• L’installation demande un grand espace
• Prévoir un système de chauffage annexe (chaudière)

La pompe à chaleur

Le principe de la pompe à chaleur est d’augmenter la température de l’eau glycolée grâce à un compresseur (plus la pression augmente, plus la température augmente) avant de la redistribuer. Elle peut être utilisée pour le chauffage de l’habitation ou bien pour produire de l’eau chaude sanitaire à l’aide d’un échangeur de chaleur. Il est possible d’inverser le fonctionnement de la pompe à chaleur, c’est-à-dire qu’au lieu de compresser l’eau glycolée, nous diminuons sa pression dans le détendeur et ainsi abaisser encore la température, dans le cas où nous souhaiterions refroidir un logement, durant une canicule par exemple.

Le forage

La principale difficulté de ce type d'installation est le forage. Effectuer un forage est bien plus coûteux qu’installer un capteur géothermique horizontal, car cela requière une installation complexe et contraignante (foreuse, évacuation des boues, autorisations administratives).

Il existe deux méthodes de forage : le marteau fond de trou et le forage rotary. Dans le premier cas, il s’agit d’un marteau qui vient marteler la terre et l’aspire par la suite. La seconde méthode est une tige métallique creuse et très lourde qui, sous l’effet de la rotation et du poids, détruit la roche.

À des profondeurs de quelques dizaines de mètres, la technique du marteau fond de trou est privilégiée car elle est moins contraignante.

Installation pas à pas d'une sonde géothermique verticale

Préparation du chantier

L’espace moyen pour accueillir les différentes machines du chantier est de 32m². Il comprend, pour un forage en marteau fond de trou, une foreuse, un compresseur, des bassins de décantations (pour récupérer les boues expulsées par le forage) et une grue.

Le forage

La foreuse peut être plus ou moins conséquente en fonction de la profondeur du forage souhaitée. Leurs masses peuvent varier entre 4 et 22 tonnes. Elles causeront inévitablement de légers dommages dans le jardin.

Mise en place de la sonde

Une fois le forage effectué, une grue positionne la bobine sur laquelle est enroulée la sonde au-dessus de celui-ci. Dans le même temps, l’eau est introduite dans la sonde. Le poids de la sonde est alors non négligeable car elle pèse plus de 2 000kg pour un forage de 250m.

Remblai du forage

Le remblai du forage se fait immédiatement après la pose du tube. Il doit être capable d’étanchéifier la sonde des différentes infiltrations, il ne doit pas empêcher les échanges calorifiques entre la sonde et les sols et il doit être à même de protéger la sonde des conditions souterraines.