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Qu’est-ce que la géothermie sur nappe ?
La géothermie est une source d’énergie renouvelable souvent méconnue mais très prometteuse. Elle consiste à exploiter la chaleur de la terre pour chauffer, refroidir, et même produire de l’électricité. Dans cet article, nous nous intéresserons principalement à la géothermie comme moyen de chauffage et climatisation. Il existe trois types de géothermie : la très basse énergie, la basse énergie et la haute énergie. La principale distinction entre ces trois types réside dans la profondeur à laquelle l’énergie est extraite. C’est cette profondeur qui détermine la température de la chaleur exploitée. En effet, plus l’extraction est profonde, plus la chaleur prélevée augmente :
- Géothermie très basse énergie (ou « géothermie de surface », ou « GMI ») : Profondeur inférieure à 200 mètres pour une température inférieure à 30°
- Géothermie basse énergie : Profondeur inférieure à 2000 mètres pour une température située entre 30 et 90 degrés.
- Géothermie haute énergie : Profondeur entre 1500 et 5000 mètres, pour une température supérieure à 150 degrés
La géothermie sur nappe (ou doublet géothermique) est l’une des diverses techniques d’extraction de l’énergie souterraine. Les autres techniques les plus courantes sont la géothermie verticale sur sondes (ou champ de sondes géothermiques) et la géothermie par captage horizontal. La géothermie sur nappe utilise la chaleur naturelle stockée dans les nappes phréatiques pour produire de l’énergie thermique. En pratique, cette solution consiste à creuser un puits plus ou moins profond jusqu’à la nappe phréatique, puis à installer des équipements permettant de capter la chaleur de l’eau souterraine et de la transférer à un système de chauffage ou de production d’électricité. Après utilisation de l’énergie, l’eau prélevée doit être réinjectée dans la nappe via un second puits (d’où le nom de « doublet géothermique »).
Cette opération nécessite une étude approfondie du terrain, des besoins énergétiques à satisfaire, et des ressources géothermales disponibles sur site. Cette étude permet de s’assurer de la viabilité d’un projet de géothermie et de la durabilité de son exploitation. La géothermie, et notamment la géothermie sur nappe, présente de nombreux avantages. Il s’agit d’une énergie durable, gratuite et disponible à chaque instant. De plus, elle offre une faible empreinte carbone et une grande stabilité par rapport aux fluctuations des prix des énergies fossiles. Compte-tenu des réglementations en matière de consommation énergétique, la géothermie commence à sortir son épingle du jeu. Elle pourrait bien devenir une source d’énergie incontournable pour répondre aux besoins croissants en énergie tout en préservant l’environnement.
La géothermie sur nappe : une énergie renouvelable
La géothermie sur nappe constitue une solution durable pour répondre aux besoins énergétiques croissants de notre société. Cette forme d’énergie exploite la chaleur naturelle stockée dans les nappes phréatiques pour produire de l’électricité et de la chaleur de manière propre et efficace.
L’un des principaux atouts de la géothermie sur nappe est sa durabilité. Contrairement aux énergies fossiles telles que le pétrole ou le charbon, la chaleur géothermique est inépuisable et ne contribue pas à l’épuisement des ressources naturelles. De plus, son impact environnemental est minime, car elle ne génère pas de gaz à effet de serre ni de polluants atmosphériques nocifs.
En outre, la géothermie sur nappe offre une alternative fiable et stable aux énergies intermittentes telles que l’éolien ou le solaire. En exploitant la chaleur constante des nappes phréatiques, cette technologie permet de fournir une énergie continue et prévisible, ce qui en fait une solution idéale pour assurer la sécurité énergétique de nos sociétés.
En termes de bénéfices environnementaux, la géothermie sur nappe contribue à réduire notre empreinte carbone en remplaçant les énergies fossiles polluantes. Elle permet également de préserver les ressources naturelles en limitant notre dépendance aux combustibles non renouvelables et en favorisant une utilisation plus durable de nos ressources énergétiques. Enfin, la géothermie sur nappe est considérée comme l’énergie du futur en raison de son potentiel de développement et de son adaptabilité aux besoins énergétiques actuels et futurs. Avec les avancées technologiques et les investissements croissants dans ce domaine, il est probable que cette source d’énergie renouvelable joue un rôle prépondérant dans la transition énergétique vers un avenir plus durable et respectueux de l’environnement.
Comment fonctionne la géothermie sur nappe ?
La géothermie sur nappe est de plus en plus utilisée pour chauffer et climatiser les bâtiments de manière écologique et économique. Cette solution, instable en construction neuve comme en rénovation, permet également de produire de l’eau chaude sanitaire. Le principe de fonctionnement repose sur l’exploitation de la chaleur naturellement stockée dans les nappes phréatiques (ou « aquifères ») situées sous la surface terrestre.
Pour une maison individuelle, le système de géothermie sur nappe se compose généralement d’un double forage vertical reliant la surface à la nappe phréatique. Un premier puits de « prélèvement » permet de puiser les calories solaires présentes en amont du sens d’écoulement de la nappe afin de les transférer vers l’habitation via une pompe à chaleur géothermique (PAC eau/eau). Après avoir traversé le système de distribution à l’intérieur de l’habitation comme un plancher chauffant par exemple, l’eau passe par un second puits « de rejet » afin de réinjecter l’eau en aval de la nappe. Pour ne pas refroidir le réservoir, une certaine distance doit être respectée entre les deux puits, permettant d’assurer la pérennité de la ressource.
La pompe à chaleur géothermique permet ainsi d’extraire la chaleur du sous-sol pour chauffer la maison en hiver et inversement, d’extraire la fraîcheur du sous-sol pour refroidir la maison en été. Notez que pour fonctionner, la pompe à chaleur nécessite de l’électricité. Par ailleurs, le rendement de la PAC se traduit par le COP (coefficient de performance). En effet, plus le COP système est élevé, plus la PAC est performante.
Pour un bâtiment d’habitation collective, le fonctionnement est similaire, mais les dimensions du forage et de la pompe à chaleur seront adaptées à la taille du bâtiment et à la demande en chauffage et climatisation. Plusieurs forages peuvent être nécessaires pour alimenter l’ensemble du bâtiment en énergie géothermique. Les avantages de la géothermie sur nappe sont nombreux : la source d’énergie est inépuisable, propre et renouvelable, ce qui permet de réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre. De plus, le coût de fonctionnement est relativement stable et prévisible, ce qui permet de réaliser des économies sur le long terme.
Cela fait de la géothermie sur nappe une solution performante et durable pour chauffer et climatiser des bâtiments. Elle peut s’adapter à des maisons individuelles, mais aussi à des bâtiments d’habitation collective, des bâtiments à usage tertiaire ou encore des bâtiments publics. Son utilisation contribue à la transition énergétique en offrant une alternative écologique et économique aux énergies fossiles.
Extraction de l’énergie : types de nappes phréatiques exploitées
L’extraction de l’énergie souterraine est une pratique courante dans le domaine de l’énergie renouvelable. Parmi les sources d’énergie souterraine exploitées, les nappes phréatiques jouent un rôle crucial. Il existe différents types de nappes phréatiques qui peuvent être exploitées pour la production d’énergie. Tout d’abord, il convient de distinguer les nappes phréatiques libres des nappes captives.
Les nappes libres sont les premiers aquifères rencontrés dans un sous-sol perméable. Ce sont ces mêmes nappes qui sont exploitées dans le cadre de la géothermie de surface (géothermie très basse énergie). En effet, elles sont plus facilement exploitables car l’eau peut être pompée à la surface sans nécessiter de forage profond (supérieur à 200 mètres). En raison de leur perméabilité, ces aquifères de surface sont directement alimentés par les pluies qui s’infiltrent. Ils se rechargent rapidement et les eaux qu’ils contiennent sont considérées comme « jeunes » (actuelles à subactuelles). Cependant, leur perméabilité signifie également qu’ils sont très sensibles à la pollution provenant de la surface comme par exemple, l’utilisation de pesticides dans le secteur agricole. La réalisation d’une étude hydrogéologique est donc recommandée pour connaître les caractéristiques de la nappe et prendre les mesures nécessaires pour éviter toute dégradation du système. En effet, un taux élevé de particules fines, de carbonates, de sulfates et autres éléments pourrait à terme nuire à l’ouvrage.
Les nappes phréatiques captives sont situées sous une couche imperméable et leur niveau d’eau est soumis à une pression plus élevée. Elles nécessitent des forages plus profonds pour extraire l’eau, ce qui rend l’extraction plus coûteuse. Parfois, ces nappes captives subissent un phénomène d’artésianisme et on les appelle alors « nappes phréatiques artésiennes ». Elles sont piégées entre deux couches imperméables et leur niveau d’eau est soumis à une pression plus élevée que la pression atmosphérique. Lorsque la nappe est percée, l’eau jaillit naturellement à la surface, ce qui en fait une source d’énergie intéressante pour la production d’électricité. Enfin, les nappes phréatiques salines peuvent également être exploitées pour la production d’énergie géothermique. Ces nappes contiennent de l’eau salée et leur température est généralement plus élevée que celle des nappes d’eau douce. L’extraction de chaleur à partir de ces nappes peut être utilisée pour produire de la vapeur qui actionnera des turbines pour la production d’électricité. Les différentes nappes phréatiques offrent ainsi un potentiel important pour l’extraction de l’énergie souterraine. Leur exploitation peut contribuer à diversifier les sources d’énergie et à réduire notre dépendance aux énergies fossiles.
Utilisations innovantes de la géothermie sur nappe, du chauffage à l’industrie
La géothermie sur nappe offre un potentiel immense pour des utilisations innovantes allant du chauffage résidentiel à l’industrie lourde. En effet, en exploitant la chaleur emmagasinée dans les nappes phréatiques, on peut non seulement fournir un chauffage écologique et économique aux bâtiments, mais également alimenter des processus industriels nécessitant une source de chaleur ou de fraicheur constante et abordable. Dans le domaine du chauffage résidentiel, l’utilisation de la géothermie sur nappe permet de réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre liées au chauffage conventionnel au gaz ou au fioul. Le recours à cette technique permet par ailleurs de bénéficier d’un chauffage efficace et stable tout au long de l’année.
Toutefois, les applications de la géothermie sur nappe ne se limitent pas aux habitations individuelles ou collectives. Les industries, en particulier celles nécessitant des températures élevées ou basses de façon continue, peuvent également profiter de cette ressource. Les nappes phréatiques offrent une source d’énergie constante et fiable, permettant de répondre aux besoins énergétiques des usines, des serres ou des procédés industriels nécessitant de la chaleur ou du froid. Pour citer un exemple, la géothermie sur nappe est de plus en plus utilisée dans les datacenters. Elle est exploitée pour refroidir les serveurs informatiques qui émettent une chaleur fatale en continu. Dans ce cas précis, le système de géothermie permet de remplacer les ventilateurs qui sont généralement utilisés pour refroidir les serveurs. Pour fonctionner, ces ventilateurs doivent consommer beaucoup d’électricité, ce qui n’est ni économique ni écologique. L’usage de la géothermie, source d’énergie gratuite et illimitée, représente donc une alternative très intéressante pour les datacenters.
Rappelons également que l’utilisation de la géothermie contribue à la création de nouveaux emplois et à la dynamisation des territoires en favorisant le développement de compétences spécifiques à cette technologie. Les entreprises spécialisées dans l’installation et la maintenance des systèmes géothermiques voient leur activité se développer, créant des opportunités économiques locales. Ainsi la géothermie, et notamment la géothermie sur nappe, représente une solution durable et prometteuse pour répondre aux défis énergétiques et environnementaux actuels. En exploitant cette ressource naturelle de manière intelligente et efficiente, nous pouvons contribuer à la transition vers une économie plus respectueuse de l’environnement et des ressources naturelles.
Pour en savoir plus
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