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CREATION D’UN POLE DE DEMONSTRATION ET DE PROMOTION DE LA GEOTHERMIE TRES BASSE ENERGIE En Région Nord-Pas de Calais Étude conduite par M Jean BECKELYNCK, gérant du cabinet EGEE DEVELOPPEMENT – VILLENEUVE D’ASCQ, en lien avec le B.R.G.M. Nord Pas de Calais Juin 2013
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CREATION D’UN POLE DE DEMONSTRATION ET DE PROMOTION DE LA GEOTHERMIE TRES BASSE ENERGIE
En Région Nord-Pas de Calais
Étude conduite par M Jean BECKELYNCK, gérant du cabinet EGEE DEVELOPPEMENT – VILLENEUVE D’ASCQ, en lien avec le B.R.G.M. Nord Pas de Calais
Juin 2013
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SOMMAIRE
SOMMAIRE................................................................................................................................................. 2
A. CADRE DU PROJET ............................................................................................................................. 4
A.1. CADRE GENERAL ET OBJECTIFS DU PROJET ................................................................................................................ 4
B. LES PROCEDES ET CHAMP D’APPLICATIONS EN GTBE ........................................................................ 6
B.1. LES DIFFERENTES GEOTHERMIES ............................................................................................................................ 6
B.1. CAPTEUR HORIZONTAL ..................................................................................................................................... 11
B.2. PUITS CANADIEN ............................................................................................................................................ 12
B.3. CAPTEURS COMPACTS ...................................................................................................................................... 13
B.4. DOUBLET(S) DE FORAGES SUR NAPPE ................................................................................................................... 14
B.5. SONDE GEOTHERMIQUE VERTICALE .................................................................................................................... 15
B.6. CHAMP DE SONDES GEOTHERMIQUES VERTICALES .................................................................................................. 16
B.7. FONDATIONS THERMOACTIVES ........................................................................................................................... 17
B.8. APPROCHE SUR LES PUISSANCES ET DIMENSIONNEMENTS ........................................................................................... 18
C. INVENTAIRE DES INSTALLATIONS SUR UNE ZONE TEST : LE BASSIN MINIER ................................... 20
C.1. CREATION D’UNE BASE DE DONNEES DES PROFESSIONNELS DE LA FILIERE ....................................................................... 20
C.2. DEFINITION D’UNE ZONE TEST : LE BASSIN MINIER .................................................................................................. 20
C.3. METHODOLOGIE APPLIQUEE .............................................................................................................................. 22
C.4. RECUEIL DE DONNEES : SYNTHESE ET CRITIQUES ...................................................................................................... 22
C.4.1. SYNTHESE ............................................................................................................................................ 22 C.4.2. CRITIQUE ............................................................................................................................................. 23
C.5. TRAITEMENT DES DONNEES ............................................................................................................................... 24
C.5.1. Traitement Cartographique ............................................................................................................... 24 C.5.2. ANALYSES STATISTIQUES .......................................................................................................................... 25
D. CONCLUSIONS ET PRECONISATIONS ................................................................................................ 27
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FIGURES Figure 1 : Les quatre types de géothermie – d’après document BRGM
Figure 2 : Exemple d’une fiche procédé : Champ de sondes géothermique verticales
Figure 3 : Schéma d’un capteur horizontal
Figure 4 : Schéma d’un puits Canadien
Figure 5 : Schéma d’un capteur compact
Figure 6 : Schéma d’un doublet de forages sur nappe
Figure 7 : Schéma d’une sonde géothermique verticale
Figure 8 : Schéma d’un champ de sondes géothermiques verticales
Figure 9 : Schéma de fondations thermoactives
Figure 10 : Carte de situation du Bassin Minier Nord-Pas de Calais
GRAPHIQUES
Graphique 1 : Répartition des opérations de GTBE dans le Bassin Minier
Graphique 2 : Répartition des opérations par Maître d’Ouvrage
Graphique 3 : Répartition des opérations par procédé et par Maître d’Ouvrage
TABLEAUX
Tableau 1 : Les procédés en géothermie très basse énergie
Tableau 2 : Les différents secteurs d’applications en géothermie très basse énergie
Tableau 3 : Ordres de grandeur des besoins en débit ou en nombre de sondes pour des puissances chaud à fournir
Tableau 4 : Gammes de puissances indicatives des procédés pour le chauffage dans les secteurs habitats, tertiaire, complexe socio-culturel ou sportif
Tableau 5 : Inventaire des installations de GTBE dans un rayon de 3 km autour du Cd2e
ANNEXES
Annexe : Cartes de localisation des opérations de GTBE dans le Bassin Minier
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A. CADRE DU PROJET
A.1. CADRE GENERAL ET OBJECTIFS DU PROJET
Après une première série de réalisations dans les années 1980, le développement de la géothermie très basse énergie connaît un relativement récent et réel regain d’intérêt, se traduisant par un accroissement du nombre de réalisations tant chez les particuliers qu’au travers d’opérations dans l’habitat collectif ou le secteur tertiaire.
Ce développement peut être attribué à la convergence de plusieurs facteurs : évolution du prix des énergies fossiles, réponse aux incitations à la fois commerciales, médiatiques et fiscales qui s’appuient sur une prise de conscience des contraintes environnementales (impact des gaz à effet de serre sur le dérèglement climatique, limite des réserves d’énergies fossiles,…), mais aussi aux nombreuses actions menées dans le cadre des politiques nationales portées par l’ADEME (notamment au titre du Fonds Chaleur) et de politiques régionales ; ceci s’est notamment traduit, dans la Région Nord-Pas de Calais, par la mise en œuvre d’un atlas géothermique1 réalisé par le Bureau de Recherche Géologique et Minière (BRGM) en collaboration avec la Région et l’ADEME.
Toutefois, bien que constituant une des filières d’énergies renouvelables les plus performantes (COefficient de Performance –COP- élevé des pompes à chaleur pour ce type de source froide), le développement de la géothermie très basse énergie reste encore bien limité, et d’application territorialement hétérogène.
Les Maîtres d’Ouvrage, les particuliers et les prescripteurs expriment généralement leurs hésitations sur la base des principaux arguments suivants :
Les investissements sont plus élevés que pour des installations « traditionnelles » ; Les procédés utilisables en géothermie sont mal connus et objet de confusions ; Les avantages économiques de fonctionnement sont peu mis en évidence par les bureaux
d’études et maîtres d’œuvre ; Les volets techniques et/ou administratifs allongent souvent les délais ; L’opportunité d’ENR est mise en doute pour les usages à très basses consommations.
Notre contribution dans des opérations de constructions ou de réhabilitation, ou encore dans des actions collectives, nous font partager la même perception du fondement des difficultés rencontrées : la géothermie souffre d’un réel manque de visibilité et d’un déficit d’image ! De fait, les Maîtres d’Ouvrages (publics ou privés) ou les particuliers, les bureaux d’études ou les installateurs,… ne disposent que rarement d’une information suffisante et indépendante pour engager un projet avec une possibilité de comparaison entre différentes solutions, techniquement et économiquement objectives ; confusions, manques de références,…peuvent alors conduire à l’abandon d’une bonne solution !
1 « Atlas du potentiel géothermique très basse énergie des aquifères de la région Nord - Pas de Calais » - Tome 1 & 2 – Octobre 2011 - BRGM
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Ainsi, une concertation regroupant le Cd2e2, le BRGM3 et le Cabinet EGEE Développement4, a conduit au montage d’un projet dont l’ambition consiste à aboutir à la création d’un « Pôle de démonstration et de promotion de la géothermie très basse énergie en région Nord-Pas de Calais ».
La situation géographique du Cd2e – au centre de la région Nord-Pas de Calais -, les structures permanentes d’accueil qu’il gère, mais aussi la proximité d’équipements innovants en matière d’éco-construction et d’ENR – tel le champ de capteurs solaire photovoltaïques5 -, sont autant d’arguments favorables pour qu’y soit créé un pôle démonstrateur dédié à la géothermie.
LA CIBLE
La finalisation de ce projet vise à atteindre les principaux objectifs suivants :
Améliorer la compréhension de l’ensemble des procédés applicables en géothermie très basse énergie sur le territoire régional ;
Favoriser le développement de la filière, source d’économies, d’emplois, et de diminution des impacts environnementaux des moyens mis en œuvre pour les différentes productions énergétiques (Chauffage, Eau Chaude Sanitaire,…) ;
Rendre accessible la connaissance des procédés et de leurs opportunités à tous les publics ;
Contribuer à la formation des acteurs de la filière afin d’accroître les niveaux de qualité, de performances techniques et économiques des installations.
2 Représenté par Monsieur Christian TRAISNEL (Directeur Général du Cd2e) 3 Représenté par Monsieur Jean-Rémi MOSSMANN (Directeur Régional) et Mademoiselle Julie PICOT (Géologue Régional) 4 Représenté par Monsieur Jean BECKELYNCK (Gérant d’EGEE Développement et Docteur en hydrogéologie) 5 Site Lumiwatt
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B. LES PROCEDES ET CHAMP D’APPLICATIONS EN GTBE
B.1. LES DIFFERENTES GEOTHERMIES
En première approche il convient de situer la géothermie très basse énergie au sein des nombreuses applications de la géothermie.
Fondamentalement, il existe deux objectifs principaux dans la géothermie qui se distinguent par des technologies et des applications différentes :
La production d’électricité pour la haute ou la moyenne énergie.
La production de chaleur pour la basse ou la très basse énergie.
Secondairement, la géothermie très basse énergie peut également répondre à des besoins de rafraîchissement.
La FIGURE 1 permet de distinguer quatre grandes filières : La géothermie très basse énergie (température inférieure à 30°C)
La géothermie basse énergie (30 à 90°C)
La géothermie moyenne énergie (90 à 150°C)
La géothermie haute énergie (>150°C)
FIGURE 1: LES QUATRE TYPES DE GEOTHERMIES – D’APRES DOCUMENT BRGM
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La filière de géothermie très basse énergie (GTBE) est incontestablement celle dont le déploiement géographique est le plus large et offrant les domaines d’application les plus étendus.
Pour disposer de supports à la fois homogènes et pédagogiques, nous avons établi une fiche technique pour chacun des 7 procédés de géothermie très basse énergie (Tableau 1).
TABLEAU 1 : LES PROCEDES EN GEOTHERMIE TRES BASSE ENERGIE
PROCEDES VERTICAUX AUTRES PROCEDES
Doublet de forages sur nappe Capteurs compacts
Sonde géothermique verticale Capteur horizontal Champ de sondes géothermiques verticales
(au-delà de 5 sondes) Puits Canadien
Fondations thermoactives
Les fiches ont pour objectif de répondre aux attentes des différents ‘publics’ visés, en présentant le fonctionnement et le secteur d’application de chacun des procédés (Tableau 2).
TABLEAU 2 : LES DIFFERENTS SECTEURS D’APPLICATIONS EN GEOTHERMIE TRES BASSE ENERGIE
Procédé Secteurs d'application les plus courants
Gamme indicative de Profondeurs
Capteur horizontal Habitat individuel 0,7 à 1,5 m
Puits Canadien Habitat individuel Résidentiel collectif Tertiaire
1 à 10 m
Capteurs compacts Habitat individuel Résidentiel collectif Tertiaire
2 à 6 m
Doublet de forages sur nappe
Habitat individuel Résidentiel collectif Tertiaire Complexe socioculturel ou sportif Agricole
10 à 100 m
Sonde verticale Habitat individuel Résidentiel collectif Tertiaire
50 à 100 m
Champ de sondes Résidentiel collectif Tertiaire Complexe socioculturel ou sportif
50 à 100 m
Fondations thermoactives Bâtiment avec fondations profondes 10 à 40 m
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Chaque fiche est conçue de manière à pouvoir renseigner tout décideur ou concepteur, souhaitant faire appel à la géothermie très basse énergie. Elles orientent vers les procédés les mieux adaptés au type de projet sur la base du canevas suivant :
1) PRESENTATION DU PROCEDE : elle résume le principe de fonctionnement à l’appui d’un schéma
2) DOMAINES D’APPLICATION : ce paragraphe et ses encadrés précisent les usages (chauffage, rafraîchissement, ECS6) et les secteurs adaptés (habitat individuel, résidentiel collectif, tertiaire, complexe socioculturel ou sportif, agriculture)
3) FAISABILITE : elle est déclinée selon les opportunités et les conditions de réalisation
4) MISE EN ŒUVRE : ce paragraphe présente l’essentiel des bonnes pratiques à suivre, et donne une estimation des délais moyens de réalisation
5) EXEMPLE DE REALISATION : un encadré fournit un retour d’expérience
Dans un premier temps, le cabinet EGEE Développement a élaboré une fiche - type - sur la base du procédé par champ de sondes géothermiques verticales. Cette fiche, présentée à la Figure 2, a fait l’objet d’une relecture de plusieurs acteurs de la filière (ADEME Nord-Pas de Calais, BRGM, ENVIROBAT Centre, Pôle S2E27 - Orléans).
Sur la base de ce canevas, EGEE Développement a rédigé les 6 autres ‘fiches – procédés‘ (Voir Annexe 1), qui se sont également appuyées sur l’expertise des relecteurs cités ci-dessus ; les présentations de ces procédés sont reprises ci-après. Au stade de la présente première phase, le canevas et les contenus sont totalement validés ; des compléments seront apportés en seconde phase sur les données d’exploitation des exemples présélectionnés, ou pour d’autres opérations qui apparaitront plus représentatives.
6 Eau Chaude Sanitaire 7 Pôle de compétitivité de référence des technologies de l'électricité intelligente, au service de la gestion de l'énergie.
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FIGURE 2 Page 1/2
EXEMPLE D’UNE FICHE PROCEDE : CHAMP DE SONDES GEOTHERMIQUES
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FIGURE 2 Page 2/2
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B.1. CAPTEUR HORIZONTAL
Un capteur horizontal (Figure 3) est constitué d’un serpentin en polyéthylène haute densité (PEHD), dans lequel circule un fluide caloporteur (eau glycolée) utilisé comme vecteur de transfert des calories entre le sous-sol est la Pompe A Chaleur (PAC).
Un capteur horizontal est installé sous la profondeur hors gel (environ 70 cm dans le Nord – Pas de Calais) et au maximum à 1,5 m de profondeur.
La surface nécessaire à la réalisation de ce procédé géothermique est d’environ 1,5 à 2 fois la surface à chauffer.
FIGURE 3 : SCHEMA D'UN CAPTEUR HORIZONTAL
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B.2. PUITS CANADIEN
Le puits canadien (Figure 4) permet un échange de calories entre le sous-sol et l’air extérieur par l’intermédiaire d’une canalisation enterrée ; couplet au système de ventilation du bâtiment (VMC simple ou double-flux), ce procédé permet de réguler la température de l’air entrant et donc de diminuer l’apport énergétique nécessaire au chauffage ou au rafraîchissement.
Le sol garde une température constante dès 2 m de profondeur (entre 10 et 18 °C selon les saisons, les régions, la nature du sol). C’est donc la profondeur idéale pour installer le tube.
Le but du puits canadien est que l’air sortant soit à la température du sol. Pour arriver à ce résultat, plusieurs paramètres sont déterminants :
o La masse volumique du sol o Les propriétés thermiques du sol (conductivité et capacité thermique) o Les dimensions du tube enterré (longueur, diamètre) o Le débit d’air circulant à l’intérieur du tube.
FIGURE 4 : SCHEMA D'UN PUITS CANADIEN
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B.3. CAPTEURS COMPACTS
Les capteurs compacts (Figure 5) sont des échangeurs à haute performance énergétique. Ces « corbeilles » sont constituées d’un tube de polyéthylène haute densité (PEHD) spiralé (conique ou cylindrique) dans lesquels circule un fluide caloporteur (eau glycolée) ; une Pompe A Chaleur (PAC) utilise les calories prisent au sous-sol pour subvenir aux besoins en chauffage du bâtiment cible. Les capteurs compacts sont installés sous la profondeur hors gel (variable d’une région à l’autre) et au minimum à 1 m de profondeur. Si les besoins nécessitent la mise en place de plusieurs capteurs compacts, il faut veiller à respecter une distance entre axes d’au moins 4 mètres.
Le nombre de capteurs à mettre en place est fonction:
Des besoins (puissance, heures de fonctionnement) De l’usage De la nature des terrains traversés.
FIGURE 5 : SCHEMA D'UN CAPTEUR COMPACT
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B.4. DOUBLET(S) DE FORAGES SUR NAPPE Ce procédé est généralement constitué d’un doublet de forages (Figure 6) composé d’un pompage et d’une réinjection8. Il consiste à exploiter en circuit ouvert les propriétés thermiques des eaux souterraines à l’aide d’une Pompe A Chaleur (PAC) ; celle-ci permet de transférer l’énergie extraite pour satisfaire le niveau de température nécessaire au chauffage (ou rafraîchissement) du bâtiment. L’eau prélevée est, de préférence, réinjectée dans la même nappe, ou rejetée dans un réseau superficiel (étang, rivière, réseau pluvial,…).
Le dimensionnement des ouvrages est fonction :
Des besoins (puissance, débit d’exploitation,…) De l’usage Des caractéristiques de l’aquifère exploité (profondeur, sens d’écoulement, productivité,…)
FIGURE 6 : SCHEMA D'UN DOUBLET DE FORAGES SUR NAPPE
8 En fonction des besoins du bâtiment et de la ressource disponible, le nombre de forages peut être plus important.
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B.5. SONDE GEOTHERMIQUE VERTICALE
Une sonde géothermique verticale9 (Figure 7) est généralement constituée de deux boucles (appelées ‘épingles’) en polyéthylène haute densité (PEHD) ; il y circule un fluide caloporteur (eau glycolée) en circuit fermé pour extraire l’énergie du sous-sol. Une Pompe A Chaleur (PAC) permet de transférer l’énergie extraite pour satisfaire le niveau de température nécessaire au chauffage (ou rafraîchissement) de l’habitation.
La sonde est scellée dans un forage de petit diamètre (inférieur à 200 mm) dont la profondeur est le plus souvent comprise entre 50 et 100 mètres.
Si plusieurs sondes sont nécessaires pour répondre aux besoins, un écartement de 8 à 12 mètres entre les forages doit être respecté.
La longueur totale nécessaire de sondes est fonction :
Des besoins (puissance, heures de fonctionnement) De l’usage De la nature des terrains traversés.
FIGURE 7 : SCHEMA D'UNE SONDE GEOTHERMIQUE VERTICALE
9 Appelée également capteur géothermique vertical, géosonde, ou encore sonde sèche
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B.6. CHAMP DE SONDES GEOTHERMIQUES VERTICALES
Un champ de sondes géothermiques verticales (au-delà de 5 sondes ; Figure 8) est constitué de tubes de polyéthylène haute densité (PEHD) dans lesquels circule un fluide caloporteur (eau glycolée), en circuit fermé, pour extraire l’énergie du sous-sol. Une Pompe A Chaleur (PAC) permet de transférer l’énergie extraite pour satisfaire le niveau de température nécessaire au chauffage (ou rafraîchissement) du bâtiment.
Les sondes sont : Scellées dans des forages verticaux de petits diamètres (inférieur à 200 mm) dont la
profondeur est généralement comprise entre 50 et 100 mètres. Raccordées entre elles par un réseau connecté à la PAC.
La longueur totale nécessaire de sondes est fonction :
Des besoins (puissance, heures de fonctionnement) De l’usage De la nature des terrains traversés.
FIGURE 8 : SCHEMA D'UN CHAMP DE SONDES GEOTHERMIQUES
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B.7. FONDATIONS THERMOACTIVES
Les fondations thermoactives (Figure 9) sont constituées de tubes de polyéthylène haute densité (PEHD) dans lesquels circule un fluide caloporteur (eau glycolée) utilisé comme vecteur de transfert des calories entre le sous-sol et la Pompe A Chaleur (PAC). Les tubes de PEHD (capteurs) sont directement installés dans les éléments de fondations nécessaires à la stabilité du bâtiment (Pieux, parois moulées, radiers…).
Les capteurs sont : Scellés dans les éléments de fondations, accrochés aux cages d’armatures. Raccordés entre eux par un réseau connecté à la PAC.
Le nombre total d’éléments porteurs à équiper est fonction :
Des besoins (puissance, heures de fonctionnement) De l’usage De la nature des terrains traversés.
FIGURE 9 : SCHEMA DE FONDATIONS THERMOACTIVES A l’heure actuelle, seul un avis technique délivré par le CSTB autorise la mise en œuvre des fondations thermoactives pour un projet défini.
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B.8. APPROCHE SUR LES PUISSANCES ET DIMENSIONNEMENTS
Devant la multiplicité des cas de figures qui peuvent être rencontrés, tant par les procédés utilisés, le taux de couverture assuré par la géothermie, ou encore le domaine d’application concerné, il est clair que la présentation de chiffres relatifs aux besoins et gammes de puissances n’est pas chose aisée ; de surcroit, une simplification excessive pourrait engendrer des approximations dangereuses.
Toutefois, pour disposer d’éléments d’orientation, nous présentons ci-après les bases indicatives relatives aux besoins à satisfaire :
Le Tableau 3 donne des ordres de grandeur des besoins à satisfaire par la source froide d’une PAC géothermique sur nappe ou sur sondes.
Le Tableau 4 présente les gammes de puissances les plus courantes par procédé et les secteurs d’activités où elles peuvent s’appliquer.
Puissance chaud[kW]
Débit sur nappe[m3/h]
Sondes de 100 mètres
5 0,8 1
20 3 3 à 4
100 15 15 à 20
200 30 30 à 40
500 75
TABLEAU 3 : ORDRES DE GRANDEUR DES BESOINS EN DEBIT OU EN NOMBRE DE SONDES POUR DES PUISSANCES CHAUD A FOURNIR
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Capteur horizontal10 20
Capteurs compacts5 50
Sonde géothermique verticale5 25
Champ de sondes géothermique verticales25 200
Fondations thermoactives70 200
Doublet(s) de forages sur nappe10 1 000
TABLEAU 4 : GAMMES DE PUISSANCES INDICATIVES DES PROCEDES POUR LE CHAUFFAGEDANS LES SECTEURS HABITATS, TERTIAIRE, COMPLEXE SOCIO-CULTUREL OU SPORTIF
Nota : Les nombres présentent les puissances chaud fournies par une PAC Eau / Eau (sur nappe) ou PAC Eau glycolée / Eau (pour les autres procédés)
SECTEUR D'APPLICATION
PROCEDEParticulier
Tertiaire
Résidentiel collectif
Complexe socio-culturel ou sportif
Annexes
C. INVENTAIRE DES INSTALLATIONS SUR UNE ZONE TEST : LE BASSIN MINIER
C.1. CREATION D’UNE BASE DE DONNEES DES PROFESSIONNELS DE LA FILIERE
Pour l’élaboration du projet ciblé et pour permettre la plus large utilisation des outils que mettra à disposition le pôle démonstrateur créé, nous avons engagé l’élaboration d’une base de données des principaux secteurs professionnels de la filière qui peut être résumée par la liste suivante :
Maîtres d’œuvres et architectes Bureaux d’études (BE sous-sol, BE thermiques,…) Entreprises de forage Fabricants de PAC Installateurs
Compte tenu des objectifs recherchés, et des sources principales de données, cette liste a été complétée par les quatre structures d’échelon régional :
o Le Service Géologique Régional du BRGM (gestionnaire de la Banque des Données du Sous-Sol [B.S.S.])
o L’ADEME Nord-Pas de Calais
o La Direction Départementale des Territoires et de la Mer du Département du Nord
o La Direction Départementale des Territoires et de la Mer du Département du Pas-de-Calais
C.2. DEFINITION D’UNE ZONE TEST : LE BASSIN MINIER
Avant de procéder, en seconde phase, à un inventaire des installations GTBE sur l’ensemble de la région Nord – Pas de Calais, une première approche a été décidée sur le domaine géographique correspondant au Bassin Minier. Elle nous permettra de tester, d’adapter et de retenir la meilleure méthodologie à employer de manière à acquérir les données les plus représentatives possible.
Précisons ici que l’objectif n’est pas de disposer d’un inventaire parfaitement exhaustif, mais bien d’identifier un nombre suffisant d’opérations pour disposer de retours d’expériences afin :
1. D’en extraire les paramètres qui seront utiles pour le suivi d’opérations de références dans chacun des secteurs d’utilisations, et pour les différents procédés.
2. A terme, d’en sélectionner un nombre limité d’opérations pouvant, soit être visitables, soit adaptées à un transfert d’informations en ‘temps réel’ renseignant un terminal interrogeable sur le site du pôle.
Toutefois, nous nous sommes attachés à récolter un nombre suffisant d’opérations de manière à réaliser une analyse significative de la répartition statistique et cartographique des différents procédés existants ou en projet.
Annexes
Dans ce cadre, le Bassin Minier (Figure 10) a été proposé en tant que zone test pour les atouts suivants :
une diversité de l’aménagement du territoire : grands ensembles urbains, vastes secteurs ruraux et nombreuses zones industrielles
un contexte géologique et environnemental à l’image de la diversité régionale
un domaine géographique conséquent, avec ses 364 communes : 2 590 km², soit 21% de la superficie totale de la région 1 367 000 habitants, soit 33% de la population régionale
l’implantation même du Cd2e au sein de cette zone test.
Ainsi, le Bassin Minier représente une zone géographique bien adaptée pour mettre au point une méthodologie transposable à l’échelle régionale.
FIGURE 10 : CARTE DE SITUATION DU BASSIN MINIER NORD-PAS DE CALAIS
Annexes
C.3. METHODOLOGIE APPLIQUEE
La mise en œuvre du programme passe par une meilleure connaissance des installations existantes : pour ce volet d’inventaire, nous considérons important de ne pas se limiter aux seules installations de géothermie verticale10, mais de l’étendre à l’ensemble des procédés qui sont préalablement décrits. Afin d’obtenir les informations nécessaires à l’analyse des différents procédés de géothermie, nous avons, par courriels, contacté les principaux acteurs de la filière (foreurs, bureaux d’études, installateurs, fabricants, constructeurs…) ; ces demandes ont été, bien évidemment complétées par la consultation du BRGM - acteur majeur dans le domaine des géosciences et du développement de la géothermie -, de l’ADEME – interlocuteur incontournable des projets faisant appel au ‘Fonds Chaleur’-, et des services préfectoraux – DDT instructeurs des dossiers au titre du Code de l’environnement. Par contre, cette première phase ne pouvait déployer une consultation de l’ensemble des maîtres d’œuvres et architectes ; elle a toutefois porté sur l’interrogation d’acteurs pré identifiés à partir d’opérations qui nous étaient connues. Les résultats acquis ont été enregistrés et traités, d’une part pour une analyse statistique et d’autre part pour des représentations cartographiques. Observons ici que la méthode utilisée a permis de disposer d’informations au-delà du territoire du seul Bassin Minier.
C.4. RECUEIL DE DONNEES : SYNTHESE ET CRITIQUES
C.4.1. SYNTHESE A la date d’établissement du présent rapport, peuvent être résumés les démarches et les principaux résultats obtenus : Professionnels contactés :
o 18 Entreprises de forages o 32 Bureaux d’études o 20 Installateurs o 8 Constructeurs de PAC o 10 Cabinets d’architecture
Retours d’informations : o 5 Entreprises de forages o 4 Bureaux d’études o 3 Installateurs o 2 Constructeur de PAC o 2 Cabinets d’architecture
Ce taux de réponses faible de la part des professionnels est heureusement largement compensé par la densité des informations que nous avons pu obtenir et préciser grâce aux
10 Opérations sur nappe et sur sondes
Annexes
extractions de la B.S.S. et aux indications complémentaires apportées par l’ADEME et les DDTM. Par ailleurs, un grand nombre d’entreprises nous ont assuré de la communication d’informations qui permettront d’enrichir la base de données ; à ce titre, nous tenons à souligner que pour éviter une redondance de nos demandes, les entreprises préparent une synthèse de leurs données à l’échelon régional. En conséquence, nous pourront bénéficier d’un acquis important dès le démarrage de la phase 2.
Globalement, 109 opérations ont été recensées sur le territoire prédéfini du Bassin Minier.
Il est également intéressant d’indiquer qu’un certain nombre d’acteurs ont été particulièrement intéressés par le projet, et se sont positionnés dès à présent pour participer activement à son élaboration ; à titre d’exemples, et en sus de l’ADEME et du BRGM, nous pouvons mentionner :
Des constructeurs ou installateurs (tels les Sociétés Kbane, Réhau, RYB, Viessmann, Weishaupt), pour lesquels le pôle constituerait un très utile outil pour mieux faire connaître les procédés et contribuer au développement de leurs activités.
Des Maîtres d’Ouvrages et maîtres d’œuvres, pour lesquels le pôle serait une aide à la prise de décision face à la multiplicité, voire la complexité, des cas de figures qui se présentent.
C.4.2. CRITIQUE
L’examen des résultats obtenus montre une densité d’informations nettement plus importante pour les opérations comprenant des procédés encadrés réglementairement, à savoir ceux faisant appel à des travaux de forages ; par contre, il est clair que la connaissance reste actuellement parcellaire en ce qui concerne les autres procédés ; de fait, le croisement des sources d’informations a largement démontré que bon nombre d’opérations réalisées ne sont pas répertoriées…hormis au sein des entreprises qui les ont réalisés ; tel est notamment le cas des procédés ‘superficiels’ que sont les capteurs horizontaux et les puits Canadien.
Annexes
C.5. TRAITEMENT DES DONNEES
Les données acquises ont été enregistrées aux fins d’effectuer des traitements cartographiques et statistiques. Ces données sont reportées au tableau de l’Annexe 4 dans lequel chaque ligne correspond à une opération identifiée.
C.5.1. Traitement Cartographique
Les informations récoltées à l’aide de l’enquête auprès des acteurs de la filières, nous ont permis de réaliser des cartes de localisation et de répartitions des différents procédés de géothermie très basse énergie (voir l’Annexe 6)11 :
Une carte de toutes les opérations (Annexe 6a)
Une carte de répartition des opérations sur nappe (Annexe 6b)
Une carte de répartition des opérations sur sondes géothermiques verticales (Annexe 6c)
Une carte de répartition des opérations avec puits canadien (Annexe 6d)
Une carte de répartition des opérations sur capteur horizontal (Annexe 6e)
11 Nota : pour ces travaux nous avons utilisés le logiciel de SIG ‘QGIS’ ainsi que la base de données cartographique détaillée acquises à l’IGN, spécifiquement pour le présent contrat
Annexes
C.5.2. ANALYSES STATISTIQUES
L’enquête effectuée par EGEE Développement, sur l’ensemble du Bassin Minier, a permis de mettre en évidence (à la date du 12/06/2013) 109 opérations de géothermie très basse énergie.
GRAPHIQUE 1: REPARTITION DES OPERATIONS DE GTBE DANS LE BASSIN MINIER Sur le Graphique 1 est reporté le nombre d’opérations par procédé. Nous constatons une nette dominance du procédé sur Nappe qui représente 84 opérations, soit 78 % du total. En second lieu, 14 opérations sur sondes géothermiques verticales, correspondent à 13 % du total.
Sur ce territoire, on constate le faible taux relatif aux capteurs horizontaux et puits Canadien (des données sont toutefois en cours de transmission), et l’absence de Fondations Thermoactives et de Capteurs Compacts, dont, il est vrai, le développement en est encore naissant à l’échelle nationale.
A titre indicatif, la collecte de données réalisée nous permet d’indiquer que cette répartition à l’échelon du Bassin Minier est tout à fait significative au regard des quelques 300 opérations déjà identifiées à l’échelle de la région Nord-Pas de Calais. Par ailleurs, le questionnaire nous a également permis de sectoriser les Maîtres d’ouvrages en trois catégories :
Particuliers
78%
13%
4%5%
Répartition des opérations de GTBE dans le Bassin Minier
Doublet(s) de forages
Sondes géothermiquesverticales
Capteur Horizontal
Puits canadien
14
4
84
5
Annexes
Entreprises Privées Opérateurs Publics
GRAPHIQUE 2: REPARTITION PAR MAITRE D'OUVRAGE
Le Graphique 2 montre que la majeure partie des opérations sont réalisées par des particuliers, ce qui en fait, implicitement, une cible importante dans le cadre du projet.
Le Graphique 3, souligne la distribution des procédés en montrant que celui sur nappe est prépondérant chez les particuliers ; à ce titre, il ne fait que confirmer le fort intérêt qui doit être porté à la diffusion des outils d’aides à la décision, tel l’Atlas géothermie.
72%
19%
9%
Répartition en fonction du maître d'ouvrage
Particuliers
Publics
Tertiaire
Annexes
GRAPHIQUE 3: REPARTITION DES OPERATION PAR PROCEDES ET PAR MAITRE D'OUVRAGE
D. CONCLUSIONS ET PRECONISATIONS
ARGUMENTAIRE POUR LE DEPLOIEMENT DU PROJET Chacune des formes et des procédés de la géothermie à son créneau de pertinence : la diversité et la large gamme de puissances des procédés en Géothermie Très Basse Energie (G.T.B.E.), permettent d’envisager de nombreux déploiements pour satisfaire les besoins en chauffage dans la majeure partie des secteurs de l’habitat et de l’activité économique. La stabilité en température du sous-sol est l’atout fondamental de la G.T.B.E. par Pompe A Chaleur (P.A.C.) aboutissant à des économies d’exploitation très conséquentes, mais aussi contribuant à une diminution importante des Gaz à Effet de Serre (G.E.S.) en comparaison avec l’utilisation des énergies fossiles conventionnelles ; des arguments fondamentaux peuvent être soulignés :
1. La durée de vie, de plusieurs dizaines d’années, des ouvrages créés en sous-sol (forages, sondes,…) permet d’amortir sans conteste le surcoût des investissements.
2. Dans la plupart des opérations, la G.T.B.E. peut être une solution de base très efficiente en couvrant les besoins 80 % du temps pour une puissance installée de 50 % la puissance maximale. En ce sens, la G.T.B.E. ne doit pas être considérée comme une solution concurrente, mais complémentaire des autres ENR, permettant d’optimiser et de sécuriser la fourniture de chaleur.
3. La réponse aux besoins de rafraîchissement peut également être apportée par les 7 différents procédés de G.T.B.E. qu’il s’agisse de répondre à la nécessité de
0
10
20
30
40
50
60
CapteurHorizontal
Doublet(s) deforages
Sondesgéothermiques
verticales
Puits Canadien
Particulier 3 54 6 0Public 0 14 0 4Tertiaire 0 8 1 1
Nom
bres
d'o
péra
tions
Répartition des opérations par procédé et par Maître d'Ouvrage
Annexes
refroidir des process industriels ou tertiaires (tels les Data Center), ou encore d’apporter un confort en demande croissante, en particulier du fait de l’isolation accrue qu’amèneront les labels BBC et BEPOS pour les locaux d’habitations ou les bâtiments tertiaires.
4. L’application dans le secteur de l’habitat individuel a été majoritaire et va rester d’autant plus importante qu’au-delà d’une réelle demande devrait se développer l’application de Sondes Géothermiques Verticales, mais aussi des procédés novateurs (tels les capteurs compacts) de moindre coût et bien adaptés aux petites puissances.
5. Les opérations concernant des projets d’habitations groupés, en neuf ou en réhabilitation, peuvent être l’opportunité de mutualisation des moyens techniques et financiers à engager (études et travaux). A noter que ce schéma pourrait s’appliquer dans la région Nord-Pas-de-Calais, notamment dans les anciens ‘Corons’, structures adaptées à la mise en place de micro-réseaux de distribution de chaleur.
6. Dans ce même Bassin Minier, il y aurait certainement à étudier la possibilité de valoriser énergétiquement des pompages d’exhaure imposés par de nécessaires rabattements de nappe ; en ce sens, il s’agit d’une application particulière de G.T.B.E. de PAC sur nappe.
7. Bien que les améliorations dans la qualité d’isolation des constructions vont aller en s’accroissant, notamment par l’application de la RT 2012, il est absolument évident que les besoins énergétiques resteront importants dans les constructions anciennes, même avec des travaux de rénovation ; en ce sens la G.T.B.E. restera un ‘outil’ attractif, notamment dans les secteurs où l’adéquation besoins / ressources est avérée.
Les arguments majeurs montrent que le développement de la Géothermie Très Basse Energie pourrait s’appuyer, d’une part sur l’accompagnement d’une politique régionale incitative, et, d’autre part, sur l’accessibilité offerte, à tous les publics, aux informations que fournirait le Pôle de démonstration et de promotion envisagé.
Annexes
CARTES DE LOCALISATION DES OPERATIONS DE
GTBE DANS LE BASSIN MINIER
6A : Cartes des opérations de GTBE 6B : Carte des opérations sur nappe 6C : Carte des opérations sur SGV 6D : Carte des opérations sur puits canadiens 6E : Carte des opérations sur capteurs horizontaux
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Annexes
6B
6C
Annexes
6D
Annexes
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