Les PAC géothermiques valorisent les calories du sol par le biais de réseaux de capteurs ou de sondes. Les capteurs doivent être placés en configuration horizontale ou verticale, à la profondeur requise pour que la température y soit constante toute l?année?
En France, les configurations avec capteurs horizontaux sont aujourd’hui les plus appliquées. La mise en œuvre doit suivre des étapes très précises, en premier lieu pour la pénétration des tubes de liaison entre le générateur et le capteur. Des manchons de PVC sont scellés avec du mortier, de part et d’autre du mur, avant de rétablir l’isolation thermique et l’étanchéité : le vide entre la liaison et le manchon (posé en pente vers l’extérieur pour interdire toute entrée d’eau) doit être comblé par un matériau élastique et incombustible.
Tubes isolés et protégés
Les liaisons sont réalisées en tubes isolés et protégés par une gaine extérieure empêchant une déchirure de l’isolant. Les distributeurs et les collecteurs sont disposés en point haut du captage dans deux regards recouverts d’un couvercle béton. Le distributeur (départ) et le collecteur (retour) doivent être posés avec leur axe en position horizontale, plus haut que les tubes du captage. A prévoir : un purgeur et une vanne d’isolement. Enfin, le chantier terminé, il faut réaliser un relevé de la position du capteur, puis établir un plan dit « de recollement » qui sera laissé dans le générateur, avec les schémas électriques.
Source : batirama.com / M. Fourret
Il est vivement conseillé d’établir un plan de pose des capteurs horizontaux en début de projet, en tenant compte des éléments existants et des projets à venir. Le plan permettra aussi de choisir le parcours de chaque boucle en respectant le pas des tubes.
Mis en place sur le terrain jouxtant le bâtiment à équiper, les capteurs horizontaux sont des tubes généralement en polyéthylène ou de cuivre gainés de polyéthylène. Ils sont enterrés horizontalement à faible profondeur ( de 0.6 m à 1.2 m) et installés en boucles distantes d’au moins 40 cm, pour éviter un prélèvement important de la chaleur du sol, et dans lesquelles circule en circuit fermé un fluide caloporteur additionné d’antigel. Selon les fabricants, la surface de captage préconisée varie entre 1.5 et 3 fois la surface à chauffer de l’habitation. La longueur totale des tubes d’un capteur horizontal dépasse plusieurs centaines de mètres, tandis que le capteur doit être au moins à 2 m des arbres, 1.5 m des réseaux enterrés non hydrauliques et 3 m des fondations, des puits, des fosses septiques et des évacuations.
A RETENIR :
Avantages : les capteurs horizontaux sont faciles d’installations et ont des coûts initiaux plus bas que les capteurs verticaux.
Inconvénients : ils affichent des rendements inférieurs aux capteurs verticaux.
Remarques : les apports de chaleur étant effectués par l’énergie solaire et les infiltrations de pluie, le terrain doit être bien exposé au soleil. S’il est rocheux et peu favorable aux échanges thermiques, il faudra un lit de sable et s’il est trop pentu, il faudra envisager un remblaiement.
Précautions de mise en œuvre
• La pose des tubes se fait sur un sol uniforme. Les tubes seront posés sur un lit de sable et recouverts de quelques cm de sable si la grosseur des pierres est supérieure à 100 cm3 ou si leur densité est supérieure à 20% du volume de terre ;
• afin de prévenir les risques accidentels d’endommagement du capteur extérieur lors de possibles travaux de terrassements ultérieurs, un dispositif d’avertissement conforme à la norme NFT 54-080 est mis en place sur la zone de captage au minium à 30 cm des tubes et doit déborder d’au moins 40 cm de la surface du capteur ;
• pour éviter toute intrusion de terre dans les tubes, il ne faut les ouvrir qu’au moment de leur raccordement sur le distributeur et sur le collecteur. On maintiendra les tubes avec des crampons de sol ;
• il faut vérifier la pression dans les tubes avant le remblaiement, puis maintenir durant la phase de remblaiement une pression dans le capteur au moins égale à la pression d’eau de ville.
Les capteurs verticaux sont des sondes verticales qui vont puiser l’énergie contenue dans le sous-sol de la terre. Ils nécessitent une bonne formation.
Les sondes géothermiques sont constituées de deux tubes de polyéthylène formant un U installés dans un forage (jusqu’à 80 m de profondeur) et contenant un fluide caloporteur.Le forage est ensuite scellé par du ciment. La puissance linéaire des capteurs verticaux est d’environ 50 W/m mais la quantité d’énergie utilisable d’une sonde géothermique profonde dépend de plusieurs paramètres : la température atteinte dans le sous-sol, celle-ci étant proportionnelle à la longueur de la sonde, les caractéristiques thermiques du sous-sol, notamment sa conductibilité thermique et, enfin, le type de construction de la sonde et de la colonne de production. Il faudra donc déterminer le profil géologique du terrain, estimer la conductivité thermique des différentes couches traversées (les échanges sont moins bons dans un sol avec remblais rocheux que dans une terre végétale humide) et s’assurer de ne pas mette en relation des nappes phréatiques superposées.
A RETENIR :
Avantages : ces systèmes ont une emprise au sol nettement plus réduite et sont très efficace : à 10 m de profondeur, la température du sol est pratiquement constante toute l’année et est voisine de 13°C. En descendant en profondeur, la température s’élève de 2 à 3°C tous les 100 m.
Inconvénients : les sondes géothermiques sont plus délicates à poser. La réalisation du forage exige un minimum de place et une bonne accessibilité.
Remarques : pour les capteurs verticaux, deux sondes géothermiques d’environ 70 m de profondeur chacune et distantes d’au moins 10 m, peuvent convenir pour chauffer une maison de 120 m² habitables (en fonction de la zone climatique et de l’isolation de la maison).
Odile Cauret*
Les précautions à respecter concernent les règles de dimensionnement afin de ne pas dégrader les performances du sol. Il faut bien connaître le terrain, en vertical comme en horizontal, en termes de profondeur hors gel e de régénérescence du sol. Le respect des distances par rapport aux obstacles est essentiel, ainsi que la vérification après la mise en pression des capteurs avant et après le remblaiement. En ce qui concerne les capteurs horizontaux, la technique la plus simple est celle du décapage, exigeant un lit de sable en dessous et au-dessus du capteur enterré. Il faut aussi penser à mettre un filet de protection contre les pierres qui signalera également l’emplacement. Attention à ce que la pelleteuse n’accroche pas les capteurs lors du remblaiement : c’est l’une des principales causes de sinistralité observées. Toutes ces précautions valent pour les capteurs horizontaux à eau glycolée, les plus à la portée des artisans, les systèmes à détente directe nécessitant une formation complémentaire et, le plus souvent, un agrément du poseur de la part des fabricants. Quant à la pose de capteurs verticaux, il faut qu’elle soit réalisée par des entreprises spécialisées, souvent issues du forage d’eau ou de l’ingénierie en thermique.Cependant, les entreprises intéressées peuvent se renseigner sur le site : www.geothermie-perspectives.fr
*Ingénieur-chercheur EDF R&D