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Les pompes à chaleur géothermales
Réseau de villes en faveurdu développement
durable
Le sol et leau souterraine emmagasinent une
grande quantité dénergie renouvelée
principalement grâce au rayonnement solaire. La
pompe à chaleur géothermique puise cette énergie
afin de chauffer des bâtiments.
Vapeur
La pompe à chaleur est une machine
thermodynamique constituée dun circuit fermé et
étanche dans lequel circule un fluide frigorigène
à létat liquide ou gazeux selon les organes
quil traverse. Ces organes sont au nombre de
quatre  ? lévaporateur ? le compresseur ? le
condenseur? le détendeur
Échange de chaleur entre le fluide frigorigène et
le fluide du circuit de chauffage
Échange de chaleur entre le sol et le fluide
frigorigène
Liquide
Figure  Schéma simplifié dune pompe à chaleur
(daprès le site web de lADEME)
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Description des différents systèmes
Lénergie est puisée dans le sol à laide 
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Soit dun capteur horizontal composé dun réseau
de tubes de polyéthylène ou de cuivre gainé de
polyéthylène, installés en boucle et enterrés
dans le sol à faible profondeur (60cm à 1,2m). On
y fait circuler en circuit fermé de leau
additionnée dantigel ou le fluide frigorigène de
la pompe à chaleur. La longueur totale des tubes
dépasse plusieurs centaines de mètres. Afin
déviter un prélèvement trop important de la
chaleur du sol (ce qui pourrait entraîner un gel
permanent du sol), une grande surface détalement
est nécessaire  on estime la surface de capteur
nécessaire à 1,5 à 2 fois la surface habitable à
chauffer, ce qui limite lutilisation de ce type
de capteurs principalement aux maisons
individuelles.
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Soit dun capteur vertical composé de tubes
verticaux de polyéthylène formant un U, installés
dans un ou plusieurs forages pouvant atteindre
une profondeur denviron 100m, et scellés par du
ciment. Les capteurs font partie intégrante du
bâtiment et sont ainsi couverts par la garantie
décennale les fondations par pieux de certains
bâtiments peuvent aisément les inclure. On y fait
circuler en circuit fermé de leau additionnée
dantigel. Lemprise au sol est minime par
rapport à des capteurs horizontaux, mais la pose
est plus délicate, ce qui rend les systèmes plus
coûteux.
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Soit dun captage dans une nappe deau
souterraine. La chaleur du sol provient alors de
nappes aquifères peu profondes (moins de 100m)
captées par forage. Dans les systèmes à un seul
forage, leau de nappe prélevée est rejetée dans
une rivière, un plan deau ou un réseau deaux
pluviales après que lon y ait prélevé les
calories nécessaires. Le système à deux forages
permet de rejeter cette eau dans la nappe. Il est
plus coûteux mais davantage utilisé car il évite
le rejet de leau à la surface.
Il est de plus possible de choisir des pompes à
chaleur  réversibles  qui, avec le même
équipement, permettent de réchauffer ou
rafraîchir le bâtiment selon le confort souhaité.
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Idées de coûts et de performances
Le prix dinstallation dune pompe à chaleur
dépend du type de capteur que lon utilise. La
consommation du système de chauffage dépend
ensuite de la pompe à chaleur installée, des
caractéristiques du bâtiment (zone géographique,
isolation) et du confort souhaité. Il faut
toutefois noter que pour 1kWh électrique consommé
par le système, la chaleur fournie est de lordre
de 3-4 kWh (au contraire dun système de
convecteurs électriques classiques, qui
fournissent 1kWh de chaleur pour 1kWh
délectricité).
Cette efficacité se traduit par le Coefficient de
Performance (COP) cest à dire le rapport entre
la quantité de chaleur produite par la pompe à
chaleur et l'énergie électrique consommée par le
compresseur.
Pour la France, lADEME indique des coûts
dinvestissement de 85 à 135 TTC par mètre
carré chauffé pour un système à capteur
horizontal, et de 145 à 185 TTC par mètre carré
chauffé pour un système à capteur vertical. Les
coûts de fonctionnement sont compris entre 2,3
et 3,5 TTC par mètre carré et par an.
Certaines mesures fiscales sont en place en 2005,
notamment le Crédit dimpôt sur le revenu au
titre de lhabitation principale située en France
40 sur le montant TTC des fournitures pour
un COP supérieur ou égal à 3 Pour des
logements particuliers en construction, neufs ou
anciens Lorsque les travaux sont exécutés et
facturés par des professionnels (frais de main
d'uvre non-concernés) Il faut noter que la TVA
perçue au taux réduit (5,5) porte sur les
travaux concernant des locaux achevés depuis plus
de 2 ans.
Les installations de pompes à chaleur
(bénéficiant du label Promotelec Habitat
Existant) dans des locaux existants peuvent
bénéficier de primes et subventions de lAgence
Nationale dAmélioration de lHabitat (ANAH). Le
montant de la prime sélève à 900 pour une Pompe
à chaleur air/eau, et 1 800 pour une Pompe à
chaleur à capteurs enterrés.
Il est possible enfin que certains fournisseurs
délectricité (EDF ou ES par exemple) apportent
une aide au financement. Chaque maître douvrage
doit se renseigner personnellement auprès de son
Agence de référence. Les matériels éligibles aux
aides doivent généralement bénéficier du label
Promotelec. Pour lAllemagne, une brochure
diffusée auprès des particuliers par EnBW indique
un coût dinvestissement pour une maison de 150m²
bien isolée denviron 20,000 TTC.
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Exemples notamment en France et en Allemagne
Les pompes à chaleur géothermales sont
actuellement en fort développement en Europe. En
France, ce système de chauffage se développe
principalement pour lhabitat résidentiel. Le
marché allemand est beaucoup plus développé et a
une croissance régulière (voir Tableau).
Tableau  Nombre dinstallations de pompes à
chaleur géothermales (source  EurObserver)
Géothermie au centre administratif municipal de
Besançon (daprès ADEME) A Besançon, le centre
administratif municipal, auparavant chauffé au
gaz, est maintenant chauffé par pompe à chaleur
sur eau de nappe, leau prélevée sur la nappe
permettant de plus de climatiser des salles
informatiques.
Caractéristiques antérieures Coût annuel du
chauffage des locaux (gaz naturel) 38,110 Coût
annuel de climatisation des salles
informatiques 18,290 Coût total 56,400
Caractéristiques actuelles  Coût
total 28,200 Économies annuelles  28,20
0 Coût total de linvestissement 83,850
Temps de retour sur investissement 3 ans
Géothermie au musée dEmden (daprès
kunsthalle.conne.net) Lagrandissement en 1999
du musée dEmden (en Frise) sest traduit par une
augmentation de sa surface à chauffer de 1700m².
Le chauffage et la climatisation du musée se font
par géothermie, avec 4 pompes à chaleur
alimentées par 12 sondes géothermiques verticales
(profondeur  250m). La consommation dénergie
primaire est inférieure de moitié à celle qui
aurait été nécessaire avec une solution de
chauffage conventionnel.
Cette fiche technique est publiée par lEuropean
Institute for Energy Research (EIfER) dans le
cadre du réseau de villes VESTA
Pour formuler des observations ou obtenir de plus
amples renseignements sur les pompes à chaleur
géothermales, merci de contacter Bénédicte
Champel
benedicte.champel_at_eifer.org Tel. [phone]
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