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Le sous-sol, une mine de chaleur à creuser

Olivier Descamps |  le 03/10/2019  |  Transition énergétiqueGéothermieEnergies renouvelablesIle-de-FranceElectricité

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Géothermie -

Sous-exploitées, les calories terrestres connaissent un regain d'intérêt et bénéficient d'avancées techniques.

 

Face au solaire et à l'éolien, la géothermie a longtemps été le parent pauvre des énergies renouvelables en France. Pourtant, son efficacité n'est plus à prouver. En région parisienne, elle chauffe par exemple 180 000 équivalents-logements. Cette ressource devrait être davantage exploitée dans les années qui viennent. En effet, lors de la COP 21 en 2015, la France s'est engagée à multiplier par trois ses capacités de production de chaleur et par six celles d'électricité générées grâce à la géothermie d'ici à 2030.

Or, si l'échange des calories du sous-sol par ce biais est une technique maîtrisée, la production d'électricité s'avère, elle, plus complexe. Elle nécessite en effet de capter de l'eau à 200 °C afin d'alimenter une turbine. Cela n'est possible qu'à des profondeurs avoisinant 5 000 m, ce que seuls de récents progrès techniques ont permis d'atteindre. « En 1995, les puits ne pouvaient pas descendre en dessous de 4 000 m, ce qui était insuffisant », rappelle Sylvie Gentier, directrice du programme géothermie au sein du service transition énergétique du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM). Aujourd'hui, les experts planchent sur des projets où les forages franchissent le seuil des 5 000 m, notamment en Alsace.

Côté récupération de chaleur, les techniques précédentes étaient principalement réservées aux constructions neuves. Et pour cause. La géothermie horizontale et peu profonde (moins de 1,50 m) à proximité immédiate d'une maison individuelle nécessite de s'être ménagé une surface non construite au moins équivalente à celle du logement. « Une contrainte levée grâce aux forages verticaux moins consommateurs de m2 , à seulement 6 m de profondeur. Il est désormais possible de rénover des petits ensembles tertiaires ou résidentiels de 500 m² et d'y installer des puits géothermiques couplés à une pompe à chaleur », témoigne Aurélien Hénon, ingénieur responsable de l'équipe outils et systèmes pour la performance énergétique de l'institut Nobatek/Inef 4.

Capteurs intégrés aux structures

Dernière évolution, du côté des infrastructures cette fois : les capteurs géothermiques intègrent désormais les fondations. Attention cependant : ces dernières pourraient être affaiblies si les pieux ne sont pas assez épais, ou le béton inadapté, prévient Jacopo Zannin, ingénieur à l'école polytechnique de Lausanne (Suisse). Encore récente, cette solution se décline dans des configurations variées, y compris dans le métro rennais (lire ci-dessous). La France a toutes les cartes en main pour atteindre l'objectif de la COP 21.

Quatre quartiers de Bordeaux alimentés par une nappe du Jurassique

 

Bordeaux Métropole s'apprête à mettre en place un nouveau réseau de chaleur à partir de la géothermie pour alimenter la plaine Rive droite. Confié à Storengy et Engie Cofely, ce chantier, qui se déroulera pendant tout le second semestre 2019, consistera à réaliser deux puits : l'un pour la captation et l'autre pour la réinjection. Ils plongeront à 1 700 m de profondeur dans les aquifères de la nappe jurassique où, selon les études, la température avoisine 70 °C et où le débit de pompage pourrait atteindre 300 m3 /h. Long de 25 km, le réseau de chaleur sera constitué de deux canalisations principales : l'aller et le retour.

Les tuyaux rejoindront des sous-stations d'échange de chaleur qui alimenteront ensuite les bâtiments. « Ce réseau, d'une puissance de 44 MW, fournira une chaleur issue à 82 % d'énergie renouvelable et alimentera 28 000 logements, soit 2 millions de m² », détaille Christian Guillaume, chef du service production et distribution de Bordeaux Métropole. D'autres réseaux similaires sont déjà à l'étude malgré les incertitudes sur ce projet. Christian Guillaume le reconnaît : « Tant que les forages ne sont pas réalisés, les mauvaises surprises sont possibles. Le débit pourrait être moins important ou diminuer avec le temps parce qu'il n'y a pas assez d'eau. L'autre risque est que les puits se colmatent si l'eau est trop chargée en minéraux. » Dans l'hypothèse où le potentiel de ce réservoir ne serait pas confirmé, une solution de repli a déjà été envisagée : le Crétacé, moins profond (900 m et 45 °C environ). Un complément serait alors apporté au projet par une chaufferie biomasse.

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Ce projet de Bordeaux Métropole assurera le chauffage de quatre quartiers. - ©

Plusieurs strates de réglementation

 

Entre 0 et 10 m de profondeur (géothermie à très basse énergie consistant à prélever la chaleur contenue dans le sol) : aucune déclaration ni autorisation ne sont nécessaires. Au-delà de 10 m de profondeur et pour une température maximale de 110 °C (géothermie à basse énergie pour la production de chaleur), le forage entre dans le cadre du Code minier. L'exploitant doit alors obtenir une autorisation de recherche et un permis d'exploitation et d'ouverture de travaux miniers au niveau préfectoral.

Ce qui induit une enquête publique et une étude d'impact. Les forages inférieurs peuvent bénéficier d'une dérogation si la température n'excède pas 25 °C, que le débit est inférieur à 80 m3 /h et que la production ne dépasse pas 500 kW/h. Au-dessus de 110 °C, un permis exclusif de recherche, une concession d'exploitation et une autorisation d'ouverture de travaux miniers sont nécessaires. Ce n'est plus une instruction préfectorale mais ministérielle qui accorde le permis d'exploitation. Celui-ci donne lieu à un décret en Conseil d'Etat.

Source : Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM).

Le métro de Rennes chauffe les immeubles

 

Rennes Métropole a confié à Egis la maîtrise d'œuvre de la ligne b du métro rennais (infrastructures et bâtiments), avec un défi de taille : utiliser la géothermie pour chauffer et rafraîchir les 127 logements et les deux zones de bureaux neufs qui sortiront de terre le long de cette nouvelle ligne.

Egis a opté pour la géostructure thermique, soit l'insertion de tubes en polyéthylène dans les parois en contact avec le sol au sein des quatre stations concernées par les futurs travaux de surface. « C'est la première fois que nous utilisons des tubes caloporteurs dans les radiers et les armatures des parois moulées. Si les tests réalisés sur des pieux de fondation n'ont pas toujours été concluants, nous savions qu'ici l'épaisseur des parois moulées (entre 80 cm et 1 m) et celle des radiers (80 cm en moyenne) supporteraient les variations de température sans risque de perte d'adhérence ou de déformations structurelles », détaille Salah Ghozayel, directeur des travaux chez Egis.

Pour optimiser les performances thermiques, le maximum des 3 600 m² de parois horizontales et des 3 700 m² de radiers, de parois moulés et de piédroits verticaux a été utilisé. Reliés entre eux par une nourrice, tous ces tubes caloporteurs - dans lesquels circule de l'eau glycolée à 5 % - aboutissent en sous-quai, à 25 m de profondeur. Le fluide caloporteur, dont la température sera de seulement 3 °C lors de son injection, ressortira à 33 °C une fois ce circuit bouclé.

Il alimentera alors des pompes à chaleur, dont le nombre et la puissance sont toujours à l'étude. Les travaux d'infrastructure sont aujourd'hui terminés. La livraison des bâtiments, elle, est prévue en 2020.

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L’épaisseur des parois moulées (entre 80 cm et 1 m) est suffisante pour supporter les variations thermiques sans perte d’adhérence. - © EGIS

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