Des innovations dans la technologie des systèmes géothermiques profitent aux petits et grands bâtiments
En comparaison avec les combustibles fossiles, l’énergie géothermique émet très peu de CO2 ou d’autres gaz à effet de serre. Mais pour exploiter ce fluide caloporteur près de la surface terrestre, sa température doit être augmentée par des pompes à chaleur (généralement des échangeurs de chaleur de forage). Toutefois, les technologies de forage classiques présentent un certain nombre de difficultés qui peuvent être atténuées, notamment: un équipement onéreux, des équipes spécialisées, le bruit des compresseurs, les dangers émanant de l’air comprimé (12‑20 bars), une instabilité potentielle du puits de forage, l’importance des volumes d’eau potable requis et les mauvaises conditions de travail. Le projet GEOTeCH, soutenu par l’UE, a conçu, fabriqué et testé un appareil de forage ayant déjà été commercialisé par Conrad (un partenaire du projet) avec le forage à la tarière creuse pour les échangeurs de chaleur de forage superficiels (borehole heat exchangers, BHX). Cet appareil est en mesure de forer rapidement les terres meubles (sable, gravier, argile), avec une consommation d’eau minime. Les coûts de ces unités, conçues pour les petits bâtiments, équivalent à 70 % des coûts d’un appareil de forage rotatif à boue comparable, réduisant ainsi les barrières à l’entrée pour les nouveaux venus sur le marché géothermique. Le projet a également mis au point un échangeur de chaleur de fondation (foundation heat exchanger, FHX) à utiliser dans les bâtiments de plus grande taille, où il peut être intégré aux systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) existants, réduisant ainsi les coûts globaux.
Une solution géothermique pour les petits et grands bâtiments
Une solution prête à l’emploi d’échangeurs BHX a été développée pour les bâtiments de plus petite taille, sur la base d’un échangeur de chaleur coaxial à spirales, qui peut exploiter l’énergie à une profondeur moindre. Alors que cette conception est disponible depuis un certain nombre d’années, le prototype du projet l’a actualisée au moyen d’une coextrusion du tuyau en spirale interne. Cette innovation a permis d’obtenir des performances plus rentables à des profondeurs comprises entre 20 et 50 mètres, en comparaison avec les échangeurs de chaleur traditionnels en forme de U. GEOTeCH a également développé un échangeur FHX pour les bâtiments tertiaires de plus grande taille, où un tuyau est intégré dans les structures des fondations (par ex. les murs). Cette approche permet d’éviter le forage, la pose de tuyaux et l’injection de ciment requis pour les échangeurs BHX. Un test de la technologie de forage et des échangeurs de chaleur a été mené dans quatre bâtiments à travers l’Europe. Une démonstration du système d’échangeurs BHX a été effectuée dans des petits bâtiments administratifs à Amsterdam, Leicester et Padoue. Une démonstration de la technologie d’échangeurs FHX a été effectuée dans un grand bâtiment administratif à Barcelone, où elle a également été intégrée au système de CVC.
Une solution adéquate
La démonstration de Barcelone a montré que GEOTeCH pourrait s’avérer particulièrement utile pour les nouveaux bâtiments de plus grande taille pour réduire considérablement leur consommation énergétique. «Nos échangeurs de chaleur de fondation ont la même capacité d’échange de chaleur que les échangeurs de chaleur de forage, mais leurs coûts de mise en œuvre sont 82 % inférieurs», indique Dery Torres, coordinateur du projet. Afin de faire fonctionner l’ensemble du système dans les bâtiments de plus grande taille, ce qui implique de gérer une pompe à chaleur géothermique pour le chauffage et le refroidissement là où d’autres ressources énergétiques thermiques peuvent être disponibles, deux systèmes de gestion de l’énergie ont été développés sur la base de techniques d’apprentissage automatique. Ils utilisent tous les deux des interfaces open source pour fonctionner avec les systèmes de gestion des immeubles existants, et leurs fonctionnalités ont été validées dans deux bâtiments: le musée BTEK à Derio, en Espagne, et le campus Hollandsch Huys à Hasselt, en Belgique. Afin d’amener cette technologie sur le marché, l’équipe travaille sur l’amélioration des performances de l’échangeur de chaleur de forage et de l’échangeur de chaleur de fondation, en optimisant la teneur en fluides, le débit, les matériaux et l’inclinaison en spirale pour l’échangeur de chaleur de forage.
Mots‑clés
GEOTeCH, géothermique, échangeurs de chaleur, systèmes de gestion de l’énergie, CVC, chauffage, refroidissement, forage, appareil de forage, puits de forage
