ADEME. Rénovation, construction. Clés pour agir.
La géothermie.
Pour chauffer et rafraîchir sa maison.
Édition novembre 2017.
Dispositif thermodynamique permettant d'extraire de l'énergie de l'air, de l'eau, du sol pour en élever le niveau de température.
Échangeur de chaleur constitué de tubes de polyéthylène insérés verticalement dans un forage de plusieurs dizaines de mètres de profondeur et dans lesquels circule de l'eau.
Fluide confiné dans la Pompe A Chaleur qui assure les transferts de chaleur.
Système permettant d'utiliser directement la capacité de refroidissement du sous-sol sans faire fonctionner la Pompe A Chaleur.
Équipements distribuant la chaleur dans le logement : radiateurs, ventilo-convecteurs ou planchers chauffants.
Il représente la performance énergétique de la Pompe A Chaleur. Il correspond au rapport entre la puissance restituée et la puissance absorbée (puissance électrique du compresseur).
Plus on s'enfonce sous la terre, plus la température augmente. Cette chaleur provient des roches et du magma qui forment le noyau terrestre. La surface de la Terre est également réchauffée par le soleil. Cette réserve de chaleur réapprovisionnée en permanence est inépuisable et disponible 24 heures sur 24.
Capter cette énergie pour la rendre utilisable, s'en servir pour chauffer ou refroidir les habitations, c'est possible grâce à un système bien au point : la Pompe A Chaleur géothermique.
Cet équipement présente des performances très intéressantes : pour un kilowattheure d'électricité consommé, il restitue plus de 4 kilowattheures de chaleur pour votre logement. Votre chauffage peut donc être assuré par une énergie renouvelable, locale et non polluante.
Grâce à la géothermie, il est aussi possible de rafraîchir son logement, sans dispositif supplémentaire.
Ce guide vous donne les clés pour engager et mener à bien l'installation d'une Pompe A Chaleur géothermique.
Souvent utilisée pour chauffer les bâtiments publics, les piscines, les gymnases, les immeubles, la géothermie est également bien adaptée pour les maisons.
Quelles que soient les conditions climatiques et les variations saisonnières, la chaleur dans le sol (au-delà de 10 mètres de profondeur environ) est constante (entre 10 et 16°C selon l'altitude et la localisation en France). Il est possible de l'exploiter partout où on en a besoin, sans faire voyager la chaleur sur de longues distances. Cela évite des pertes d'énergie et des pollutions liées au transport.
- La Pompe A Chaleur géothermique fait appel à des ressources renouvelables : les calories du sous-sol.
- Son mode d'exploitation n'engendre pas ou peu d'émissions de gaz à effet de serre (CO2...).
- Les principales consommations d'électricité sont liées au fonctionnement des pompes hydrauliques (ou des circulateurs) et de la Pompe A Chaleur.
- Les coûts de maintenance sont limités par rapport aux solutions utilisant des énergies fossiles.
- Une fois les travaux achevés, un captage géothermique n'est plus visible et donc sans impact sur le paysage.
Même à faible profondeur (généralement inférieure à 200 mètres), la géothermie est facilement exploitable par des techniques parfaitement éprouvées et répandues dans l'habitat individuel. Pour récupérer la chaleur du sous-sol, elle associe un système de captage à une Pompe A Chaleur. Cet équipement à fort rendement produit, en moyenne, 4 fois plus de chaleur qu'il ne consomme d'électricité. La majorité des pompes à chaleur géothermiques ont une classe énergétique A++.
En fonction du terrain et des ressources disponibles, plusieurs types d'installations géothermiques sont possibles.
Les calories sont extraites du sol au moyen d'un fluide caloporteur circulant à l'intérieur de tubes enterrés à environ 20 cm sous le point de gelée de la région, c'est à dire à une profondeur d'au moins 80 cm.
2 solutions existent :
- les capteurs en cuivre gainés font partie intégrante de la Pompe A Chaleur et le fluide caloporteur est le fluide frigorigène de la Pompe A Chaleur,
- le réseau de capteurs est distinct de la Pompe A Chaleur et connecté à cette dernière. Les capteurs sont en polyéthylène et le fluide caloporteur est de l'eau glycolée. Un circulateur est nécessaire.
Les calories sont extraites au moyen d'un fluide caloporteur circulant à l'intérieur d'une ou plusieurs sondes géothermiques verticales constituées de tubes en polyéthylène haute densité (PEHD).
Pour extraire les calories d'une nappe phréatique, il faut 2 forages d'eau : un pour la production de chaleur et l'autre pour rejeter l'eau dans la nappe. On appelle aussi cette solution l'aquathermie. Elle suppose évidemment la présence d'une nappe d'eau souterraine proche du bâtiment.
Un fluide caloporteur récupère l'énergie du sol via un échangeur en tube spiralé disposé dans le sous-sol, à moins de 5 mètres de profondeur. Les besoins d'une maison individuelle peuvent nécessiter la mise en place de 5 à 10 corbeilles.
La Pompe A Chaleur permet d'exploiter les calories du sol et de les transformer en chaleur ou en froid. Elle est composée de plusieurs éléments dont les 4 principaux sont l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.
- Évaporation. Le fluide frigorigène est évaporé à basse pression et à basse température, en utilisant l'énergie de la source de chaleur (capteur horizontal, capteur vertical ou forage sur eau de nappe).
- Compression. La vapeur du fluide frigorigène est comprimée à une pression supérieure au moyen du compresseur électrique, ce qui entraîne une élévation de la température.
- Condensation. La vapeur du fluide frigorigène à haute pression est condensée à
haute température puis la chaleur dissipée dans l'émetteur (plancher chauffant, radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.).
- Détente. Le fluide frigorigène liquide est détendu depuis une pression élevée à une pression basse. Il s'en suit une chute de la température, et le cycle recommence.
Schéma présent sur votre guide original page 7.
C'est principalement pour répondre aux besoins de chauffage que les propriétaires installent une Pompe A Chaleur géothermique dans leur logement. La chaleur est distribuée via des radiateurs, des ventilo-convecteurs ou un plancher chauffant.
Un plancher chauffant est facile à mettre en place dans une construction neuve mais entraîne des travaux conséquents pour un logement déjà construit.
Il suffit pour cela de coupler un ballon à la Pompe A Chaleur ou d'utiliser une Pompe A Chaleur double service, avec ballon intégré. Le choix dépend de la puissance et de la technologie retenues.
Avec une Pompe A Chaleur, le coût de production de l'eau chaude sanitaire nécessaire pour une famille de 4 personnes est d'environ 180 € par an, alors qu'il est de 600 € par an avec un cumulus électrique (sur la base d'un besoin journalier de 250 litres à 50°C sur 365 jours, et d'un coefficient de performance de la Pompe A Chaleur (COP) moyen de 3,8 pour l'eau chaude sanitaire.
Avec les pompes à chaleur dites "réversibles", le fonctionnement peut être inversé. En hiver, la chaleur prélevée dans le sol sert à chauffer le bâtiment. En été, la chaleur prélevée dans le bâtiment est rejetée dans le sol, ce qui permet de refroidir le bâtiment.
Dans le cas d'un captage dit "fermé" (captage horizontal avec eau glycolée, sondes verticales, corbeilles) une grande partie de cette énergie va se stocker naturellement dans les capteurs durant la saison estivale. Lors du démarrage du chauffage, la Pompe A Chaleur valorisera cette chaleur stockée et aura un rendement plus important.
Le "géocooling" est un moyen très économique pour rafraîchir naturellement un bâtiment. Il suffit pour cela de s'affranchir de la Pompe A Chaleur en interposant un échangeur de chaleur entre le circuit de chauffage et le système de captage (capteurs fermés, forage d'eau). La Pompe A Chaleur est à l'arrêt et la chaleur est transférée directement du bâtiment vers le système de captage. Seuls les circulateurs ou les pompes hydrauliques de forage sont en fonctionnement.
Ce mode de rafraîchissement permet de prolonger la durée de vie de la Pompe A Chaleur et de consommer très peu d'énergie avec un très bon rendement. Pour 1 kWh d'électricité consommée (par le circulateur ou la pompe hydraulique), on produit 50 kWh de froid.
- Pompe A Chaleur.
- Échange de chaleur et absorption.
- Stockage de chaleur dans le sol.
Vous êtes intéressé par les énergies renouvelables et vous souhaitez concilier efficacité énergétique, respect de l'environnement, maîtrise de vos dépenses et bon niveau de confort ? Une Pompe A Chaleur géothermique est peut-être la solution pour vous.
En construction neuve ou en rénovation, plusieurs solutions sont envisageables en fonction de la configuration de votre terrain :
- une Pompe A Chaleur géothermique à capteurs enterrés horizontaux si la surface du terrain est suffisante,
- une Pompe A Chaleur géothermique à capteurs enterrés verticaux, si la nature du sous-sol le permet,
- une Pompe A Chaleur sur eau de nappe si l'aquifère sous votre terrain s'y prête.
- A plus de 2 mètres des arbres.
- A au moins 1,50 mètre des réseaux enterrés non hydrauliques.
- A au moins 3 mètres des fondations, des puits, des fosses septiques et des réseaux d'évacuation.
Votre choix se fera également en fonction de vos besoins de chauffage, d'eau chaude et de froid. Comparez les possibilités offertes par les différents types de captage ci-dessous.
Usage : chauffage au sol.
- Types de captage : horizontal, vertical, sur eau de nappe.
Usage : radiateurs inférieurs ou égaux à 60°C.
- Types de captage : horizontal, vertical, sur eau de nappe.
Usage : rafraîchissement.
- Types de captage : horizontal (si capteurs à eau glycolée), vertical (si ventilo-convecteur ou plancher chauffant), sur eau de nappe (si ventilo-convecteur ou plancher chauffant).
Usage : eau chaude sanitaire.
- Types de captage : horizontal, vertical, sur eau de nappe.
Usage : piscine.
- Types de captage : horizontal, vertical, sur eau de nappe.
Si vous faites remplacer un chauffage existant, quelques précautions s'imposent.
- Faites vérifier au préalable l'état de l'isolation de votre logement (toit, murs, fenêtres) et engagez des travaux de rénovation si nécessaire. Une bonne isolation permet en effet de limiter les consommations d'énergie et ce, quel que soit le système de chauffage utilisé.
Guide de l'ADEME "Isoler sa maison".
- Assurez-vous que vos radiateurs sont adaptés. Dans la majorité des cas, ils n'ont pas été dimensionnés pour une utilisation optimale avec une Pompe A Chaleur. Il faudra donc vérifier avec l'installateur s'il faut les changer ou non. C'est un point primordial à ne pas négliger.
En revanche, si le logement est équipé d'un plancher chauffant à eau chaude, aucune prescription particulière n'est à prévoir.
A titre indicatif, voici un comparatif des coûts moyens entre les différentes technologies de la géothermie très basse énergie. Ces exemples d'installations correspondent aux coûts pour une maison récente de 130 m2 occupée par 4 personnes.
Captage :
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 3 000 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 9 000 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 4 000 €.
Pompe A Chaleur :
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 10 000 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 10 000 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 10 000 €.
Total de l'opération :
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 13 000 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 19 000 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 14 000 €.
Après déduction du crédit d'impôt (CITE) 30% pour un plafond de 16 000 € de dépenses éligibles, hors main d'œuvre :
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 9 900 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 14 500 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 11 000 €.
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 300 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 250 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 240 €.
Consommation annuelle d'eau chaude :
- géothermie horizontale (0 à 10 m de profondeur) : 140 €,
- géothermie verticale (10 à 200 m de profondeur) : 120 €,
- géothermie sur eau de nappe (0 à 10 m de profondeur) : 110 €.
Pour comparer votre consommation énergétique actuelle avec un système géothermique, vous pouvez utiliser le calculateur de consommation AFPG : afpg.asso.fr, espace-particuliers/calculez-votre-consommation
Pour soutenir les particuliers dans leur investissement, l'État et les collectivités locales accordent des aides pour l'installation d'équipements utilisant les énergies renouvelables.
Si vous installez une Pompe A Chaleur géothermique, vous pouvez bénéficier de plusieurs aides :
- le Crédit d'Impôt pour la Transition Énergétique (CITE),
- l'Éco-Prêt à taux zéro (en cas de bouquet de travaux),
- les aides des collectivités territoriales,
- la TVA réduite à 5,5% (sur certains travaux).
Il existe des conditions très précises pour bénéficier de ces aides. Renseignez-vous avant d'entamer les travaux. Pour obtenir la grande majorité des aides (à l'exception du CITE), les demandes d'aides doivent être faites avant le début des travaux.
Les conseillers des Points rénovation info service sont à votre disposition pour vous accompagner gratuitement dans votre projet.
renovation-info-service.gouv.fr
0808.800.700 (service gratuit + prix appel).
Pour plus d'informations sur les aides financières : ademe poin fr, financer-rénovation-habitat
Les installations géothermiques avec forage (sonde, forage sur nappe) d'une profondeur supérieure à 10 mètres, doivent faire l'objet d'une déclaration ou d'une demande d'autorisation auprès de l'administration, au titre de la réglementation du sous-sol. Pour cela, il existe 3 zones réglementaires.
Votre foreur vérifiera dans laquelle vous vous trouvez :
- des zones "vertes" nécessitant une simple déclaration,
- des zones "oranges" nécessitant l'attestation d'un expert agréé,
- des zones "rouges" où, le projet ne pourra être réalisé qu'après autorisation de l'installation au titre du Code Minier.
Votre foreur se chargera de la déclaration de votre ouvrage sur le site officiel de télédéclaration : geothermie.developpement-durable.gouv.fr
Environ 95% des dossiers traités en zone orange reçoivent des suites favorables.
La conception et l'installation d'un système de chauffage par Pompe A Chaleur géothermique nécessitent de recourir à des professionnels ayant des compétences variées : connaissances thermiques, thermodynamiques (frigoristes), géologiques, etc.
Pour vous aider à sélectionner les professionnels qualifiés (foreurs et installateurs de Pompe A Chaleur), les pouvoirs publics ont mis en place la mention RGE (Reconnu Garant de l'Environnement).
Ces professionnels :
- vous conseillent et proposent le système le plus adapté à vos besoins,
- justifient de toutes les assurances obligatoires (responsabilité civile générale et décennale),
- ont prouvé leurs compétences, acquises en suivant notamment des formations spécifiques,
- sont accompagnés et audités sur les installations réalisées.
Retrouvez les professionnels RGE dans l'annuaire en ligne : renovation-info-service.gouv.fr/trouvez-un-professionnel
Guide de l'ADEME "Choisir un professionnel pour ses travaux".
Type de prestation : études, conseils.
- Signe de qualité RGE : RGE O P Q, i B i, L'ingénierie Qualifiée. Efficacité énergétique ENR ; RGE BENR.
Type de prestation : installation, pose de la Pompe A Chaleur.
- Signe de qualité RGE : RGE, Q E, Qualifelec Énergies nouvelles, Économies d'énergie ; RGE Qualibat. Efficacité énergétique ENR ; RGE QualiPac 2013.
Type de prestation : installation, pose des échangeurs souterrains (sondes, forages sur nappe).
- Signe de qualité RGE : RGE Qualiforage.
Vous êtes décidé sur le système à installer, vous avez sélectionné les professionnels : voici quelques conseils qui vous permettront de mener à bien votre projet.
Le dimensionnement des capteurs est directement lié à la puissance de la Pompe A Chaleur et aux besoins énergétiques du foyer.
Pour une Pompe A Chaleur de 9 kW de puissance thermique avec un COP de 4, soit une puissance prélevée dans le sol de 6,75 kW, les capteurs doivent être configurés comme suit.
- Capteurs enterrés horizontaux : généralement la puissance d'extraction se situe entre 20 et 25 Watt par m2. La surface de terrain nécessaire sera comprise entre 270 et 340 m2.
- Capteurs enterrés verticaux : la puissance d'extraction moyenne des sondes géothermiques est comprise entre 40 et 50 Watt par mètre. Cette technique permet de prendre très peu de place sur le terrain. Il faudra, pendant les travaux, libérer entre 30 et 50 m2 de surface de terrain. On réalisera 2 forages entre 90 et 110 mètres de profondeur avec un espacement entre les 2 forages de 10 mètres.
- Captage sur nappe phréatique : il faut prévoir un débit d'eau de 200 litres par heure par kilo Wattt en moyenne. La nappe devra être capable de fournir 1,8 m3 par heure.
Pour effectuer un forage, il n'est pas nécessaire de libérer un grand espace : 30 à 50 m2 de surface sont en général suffisants aux abords de la maison.
Le confort n'est pas uniquement lié à la température intérieure, mais aussi au taux d'humidité dans le logement, aux infiltrations d'air, et à la différence de température entre les murs et l'air des pièces.
- Situation inconfortable : température ambiante de 20°C. Paroi à 14°C, ressenti de 17°C.
- Situation de confort : température ambiante de 20°C. Paroi à 19°C, ressenti de 19,5°C.
Un mur froid "aspire" la chaleur du corps. Une paroi à 14°C et un air ambiant à 20°C entraînent une température ressentie de 17°C.
- Situation inconfortable : nombreuses infiltrations d'air.
- Situation confortable : pas d'infiltration d'air.
Les mouvements d'air dûs aux infiltrations non contrôlées entraînent une sensation d'inconfort dans le logement.
- Situation inconfortable : supérieur à 60% d'humidité.
- Situation confortable : 35% à 60% d'humidité.
Un air trop humide ou trop sec provoque une sensation d'inconfort (sensation de froid ou sensation de sécheresse dans les voies respiratoires…). Pour se sentir bien, le taux d'humidité doit être compris entre 35 et 60%.
Le type d'émetteur de chauffage va beaucoup influencer votre confort en fonction de sa capacité à chauffer les parois (murs, sol, plafond).
Le choix des émetteurs de chaleur est important car il va aussi définir le rendement de la Pompe A Chaleur. En effet, en fonction du mode de restitution des calories par les émetteurs de chaleur, la température de sortie d'eau de la Pompe A Chaleur est plus ou moins élevée.
A l'intérieur de l'habitation, la chaleur peut être distribuée selon différents systèmes : des planchers chauffants, des radiateurs à eau chaude ou des ventilo-convecteurs.
Le plancher chauffant à eau basse température est l'émetteur de chaleur le mieux adapté aux pompes à chaleur géothermiques.
Il assure un très bon confort thermique dans les maisons.
Ce système permet de faire des économies d'énergie car les températures de fonctionnement sont faibles (au plus 35 à 40°C de départ d'eau) : le rendement de la Pompe A Chaleur est donc très élevé.
Les radiateurs existants n'ont pas été dimensionnés pour une Pompe A Chaleur. Lors de leur installation avec une chaudière classique, ils ont souvent été dimensionnés pour couvrir les besoins avec une température d'environ 75°C de départ d'eau.
Vous pouvez optimiser les performances de votre Pompe A Chaleur grâce aux radiateurs basse température. Demandez conseil à votre installateur.
Avec une Pompe A Chaleur, il faut dimensionner les radiateurs pour une température maximale de 55°C de départ d'eau. Un régime d'eau de 45 à 50°C est idéal pour maintenir un rendement optimisé pour la Pompe A Chaleur et, de fait, un retour sur investissement intéressant.
Pour un meilleur confort, il faudra peut-être changer vos radiateurs existants pour des radiateurs "basse température".
Raccordés au réseau d'eau et couplés à la Pompe A Chaleur, ces radiateurs offrent l'avantage de produire de la chaleur comme de la fraîcheur. Leur dimensionnement est généralement prévu pour une eau entre 40 et 50°C pour le chauffage.
Il permet de stocker une réserve d'eau chaude destinée à accumuler l'énergie fournie par la Pompe A Chaleur et éviter des cycles courts au compresseur.
Le ballon s'impose dans les cas suivants :
- système mixte (plancher chauffant au rez-de-chaussée et radiateurs à l'étage, par exemple),
- ventilo-convecteurs,
- Pompe A Chaleur couplée à une chaudière,
- plancher chauffant dont la régulation pièce par pièce est gérée par des thermostats agissant sur des automatismes qui régulent le débit.
La valeur recommandée pour le dimensionnement du volume du ballon tampon est de 30 litres par kilo Watt de puissance thermique de la Pompe A Chaleur.
Au même titre que n'importe quel système de chauffage à eau chaude et pour que l'installation conserve ses performances et dure longtemps, il faut la faire surveiller et entretenir par un spécialiste. Une maintenance annuelle (par le biais d'un contrat de maintenance) permet de conserver votre installation en parfait état de fonctionnement et de garantir des performances optimales dans le temps.
De plus, si votre Pompe A Chaleur contient plus de 2 kg de fluide frigorigène, vous êtes soumis à une obligation de contrôle annuel sur l'étanchéité du circuit frigorifique. Ce contrôle est effectué en même temps que la maintenance annuelle.
Pour trouver un professionnel RGE (installateurs de Pompe A Chaleur, foreurs) renovation-info-service.gouv.fr
Pour connaître les zones les plus propices à la géothermie, geothermie-perspectives.fr
Site Internet de l'Association française des professionnels de la géothermie (AFPG) afpg.asso.fr
Site Internet du Ministère de la Transition écologique et solidaire, ecologique-solidaire.gouv.fr
Des exemples d'opérations de géothermie à consulter sur la carte interactive de l'AFPG, afpg.asso.fr, nos-actions/nos-références-en-région/carte-opérations-géothermie/
L'Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministère de la Transition écologique et solidaire et du ministère de l'Enseignement supérieur, de la Recherche et de l'Innovation.
Ademe poin fr
L'Association Française des Professionnels de la Géothermie fédère une centaine d'adhérents représentatifs des métiers de l'énergie géothermique en France métropolitaine et en Outre-Mer : foreurs, fabricants et installateurs de pompes à chaleur, gestionnaires de réseaux de chaleur, bureaux d'études, …
Pour répondre aux objectifs de la loi de transition énergétique pour la croissance verte, l'AFPG s'est fixée comme objectif de promouvoir le recours à la géothermie, énergie renouvelable capable de produire de l'électricité, de la chaleur et du froid.
afpg.asso.fr
Les Espaces Info Énergie, membres du réseau rénovation info service, vous conseillent gratuitement pour diminuer vos consommations d'énergie.
Pour prendre rendez-vous avec un conseiller et être accompagné dans votre projet :
0808.800.700 (service gratuit + prix appel).
renovation-info-service.gouv.fr
Tous les guides et fiches de l'ADEME sont consultables sur : ademe poin fr, guides-fiches-pratiques
Les guides peuvent être commandés auprès de : ademe poin fr, contact
Conception et fabrication audio : Handicapzéro.