La Géothermie en France n°13

a
N°13
Géothermie
en rance
avril 2013
L’ É N E R G I E D U S O U S - S O L
S O M M A I R E
>>
É D I T O
>>
par
Philippe Vesseron,
Président du Comité National
de la Géothermie
Le rafraichissement
des datacenters :
nouvelles perspectives
pour la géothermie
>> p.2 à 7
Un green datacenter
qui se refroidit à la géothermie !
>> p.6 et 7
L’Hôtel de Ville de Beaumont
en Auvergne
>> p.8 et 9
Géothermie sur aquifère
superficiel : le siège social
de la Fédération du BTP à Valence, Drôme
>> p.10 et 11
La Charte Qualité des foreurs d’eau
et de géothermie
>> p.12
Un avenir vert et économiquement
intéressant pour les anciens
forages pétroliers
>> p.14 et 15
En bref
>> p.16
Agenda et formations
>> p.16
La place de la géothermie
dans le débat de la transition énergétique
Le débat sur la transition énergétique pointe deux des enjeux plaidant pour un développement significatif
de la géothermie :
• la chaleur, eau chaude sanitaire comprise, représente 50 % de l’énergie consommée en France (les
usages spécifiques de l’électricitié ne représentant que 15 % de celle-ci) ;
•
pétrole, gaz et charbon sont importés en quasi-totalité; au-delà des fluctuations, leurs prix vont
continuer à croître, or la géothermie peut se substituer à nombre de leurs usages actuels, qu’il s’agisse
de chauffage, ou de production d’électricité outre-mer.
Pour assurer le bon développement de toutes les géothermies, il faut améliorer l’information, généraliser
formations et certifications, moderniser les bases de données et référentiels utilisables par tous : bref,
amplifier avec ténacité les efforts engagés par l’AFPG, le SFEG, le SER, l’AFPAC, l’ADEME, le BRGM, les EIE…
Le débat engagé à l’initiative du Président de la République est une opportunité pour tous ceux qui
veulent porter les messages en faveur des géothermies, dans toutes les instances créées à Paris et dans
les Régions.
J’ai aussi alerté les membres du Comité National sur un impératif supplémentaire que nous devons avoir
à l’esprit : proposer des initiatives pour maîtriser les coûts, et se développer à l’export.
Les énergies renouvelables bénéficient d’une image positive : il est d’autant plus important de revisiter
toutes les pistes pour en améliorer la compétitivité, surtout dans une période où s’accroissent tant
les dépenses énergétiques que les contraintes sur les moyens des ménages, des entreprises et des
collectivités.
Cela souligne, en particulier, l’importance des chantiers comme les bifonctionnalités (puits canadiens et
VMC ; planchers chauffants / rafraîchissants et pompes à chaleur ; pieux et fondations géothermiques),
comme les sondes sèches à 250 m pour gagner en investissement et en fonctionnement, comme
l’évolution des réseaux de chaleur vers des températures plus basses pour l’insertion de la géothermie,
comme la maîtrise des forages profonds… L’économie porte aussi sur les dépenses mutualisées :
dans nos trois îles volcaniques, des centrales géothermiques évitant les coûts de l’électricité fossile
bénéficieraient tout de suite à la CSPE.
Parallèlement, la chasse aux délais administratifs est impérative : le temps gagné est essentiel pour
l’économie des projets. Réduire les coûts demain peut enfin appeler des dépenses de R&D, encore bien
trop faible en géothermie par rapport aux autres énergies.
Bref, il nous faut montrer clairement que l’augmentation générale des coûts de l’énergie n’est pas une
fatalité et qu’investir sur la géothermie offre une compétitivité claire sur la durée, et sans cesse améliorée.
Le rafraichissement des datacenters :
nouvelles perspectives pou
Avec la multiplication des données numériques et l’expansion des services fournis via
internet, le stockage des données en ligne s’avère une thématique importante, nécessitant
le développement de datacenters. Ces datacenters, énergivores, ont un fort besoin
en rafraîchissement pour leurs serveurs, tout en rejetant une forte quantité de chaleur.
Des conditions qui semblent bien coller avec les propriétés offertes par la géothermie !
de 10 000 m² a besoin d’une puissance électrique de 20 MW et consomme autant qu’une
ville de 50 000 habitants.
Un datacenter regroupe un nombre impressionnant de serveurs, nécessitant pour fonctionner
une énergie à la mesure des informations qui y
transitent : on estime ainsi qu’un datacenter
Ils doivent en effet être en permanence rafraîchis par des groupes de production de froid,
afin d’éviter toute surchauffe des circuits électroniques. Une étude de J. Koomey de l’université
de Stanford estime que la consommation mondiale des datacenters a augmenté de 56 % entre
2005 et 2010, pour atteindre 275 milliards de
kWh par an ; soit près de 1,4 % de la consommation électrique mondiale !
Notons toutefois que la mutualisation des installations informatiques par datacenter pour les
© Google
Un potentiel de chaleur
et des besoins de
refroidissements importants
Panaches de vapeur des tours de refroidissement d’un
des nombreux datacenter de Google. The Dalles, Oregon, USA
2
La géothermie en France > N°13
>> Par Guillaume Perrin
Avril 2013
>> A DEME Direction Régionale
Ingénieur Géothermie
[email protected]
Ile-de-France
6-8 rue Jean-Jaurès
92807 Puteaux Cedex
ur la géothermie
entreprises, plutôt que d’avoir son propre équipement, permet une économie de ressources ;
ainsi, TelecityGroup estime sont qu’1 kW mobilisé dans un datacenter équivaudrait ainsi à 10 kW
mobilisés autrement.
Sur le territoire français, on dénombre plus
d’une centaine de datacenters (alors qu’il en
existe plus de 2 000 dans le monde) dont 37 en
région parisienne, du fait de la densité des réseaux de télécommunications, de la qualité de
l’électricité et de la disponibilité de surfaces foncières. Au vu du développement des systèmes
d’information et des données disponibles, leur
nombre est amené à croître fortement.
La nécessité d’avoir
une conception maîtrisée
du datacenter
Avant de penser production d’énergie renouvelable pour le refroidissement ou même réutilisation de la chaleur produite par les serveurs, il y a
lieu d’abord de s’intéresser à l’enveloppe du bâtiment et à son efficacité énergétique. Plusieurs
pistes s’offrent pour réaliser une enveloppe performante: du choix des équipements et matériaux à la conception de l’enveloppe elle-même.
en terme de conception d’espace (hauteur sous
plafond, épaisseur des dalles) et de son occupation (densité des serveurs, redondance des
serveurs, éclairage basse consommation). La
dynamique d’éco-conception se poursuit également dans les abords du centre, avec un choix
de toiture claire, végétalisation de la toiture, importance de la ventilation naturelle, récupération
des eaux de pluie, ainsi que dans l’anticipation
de la déconstruction.
L’intégration des énergies
renouvelables
Une fois la conception optimisée du bâtiment, la
question se pose du choix de l’énergie à utiliser
pour le rafraîchir. Le recours aux énergies renouvelables est une option intéressante.
C’est la solution qu’a retenue Eolas, avec un
Datacenter dont le refroidissement est assuré
par l’utilisation d’une nappe aquifère superficielle (voir article en pages suivantes). La température des aquifères à faible profondeur, de l’ordre
d’une dizaine de degrés ; est une température
idéale pour ce type d’application. En Finlande, à
Hamina, c’est le refroidissement par eau de mer
qui a été choisi par la firme Google, pour refroidir une ancienne papeterie transformée en datacenter. Avec ce watercooling naturel, l’eau est
transportée jusqu’à un échangeur thermique où
elle récupère les calories des installations, avant
d’être rejetée à la mer à une température acceptable pour le milieu marin.
La nécessité de refroidir les datacenters tout
au long de l’année offre ainsi aux techniques
de rafraîchissement naturel par eau de mer ou
par eau de nappe aquifère, une bonne possibilité de diffusion.
(Voir en p.6 l’article spécifique à la solution déve­
loppée par EOLAS pour plus d’informations).
Une autre possibilité existe : celle d’utiliser l’air
extérieur pour refroidir les serveurs, qui nécessite d’être pensé en amont pour une bonne intégration architecturale (passage des gaines) et
apporte des performances très sensibles. Le datacenter « Marylin », près de Champs-sur-Marne,
utilisant 80 % de l’année exclusivement l’air ambiant permet ainsi un écoulement de l’air suffisant
pour maintenir une température annuelle de 19° C.
Mais il y a également de nombreux facteurs dans
l’aménagement de l’espace à prendre en compte :
mise en place d’espaces froids en jouant sur une
alternance d’allée froides / allées chaudes, travail poussé sur l’aéraulique de la salle (en distribuant le courant par le haut plutôt qu’en faux
planchers), travail sur les onduleurs en énergie,
planchers étanches… les idées ne manquent
pas ! Et le bâtiment a lui aussi son importance,
© Eolas
Ainsi, le principal poste de dépense énergétique
reste le refroidissement des serveurs, d’où la
nécessité d’avoir une bonne inertie pour le bâtiment. Le maintien de la température entre 19° C
et 21° C est une nécessité pour ces centres,
mais aujourd’hui semble être remise en question au vu des progrès réalisés dans les composants électroniques. Ainsi, In tel propose, avec
ses processeurs, d’augmenter la température
jusqu’à 27° C, ce qui ferait économiser plusieurs
milliards de dollars à l’échelle internationale,
selon ses calculs.
Serveurs de données d’un Datacenter
3
Et la réutilisation
de la chaleur ?
Mais le développement de sources d’énergies
renouvelables peut aller plus loin, dans une démarche vertueuse de développement durable,
on peut aussi chercher à récupérer la chaleur
produite.
A mettre en avant également, une initiative suisse
à Uitikon consistant à chauffer une piscine grâce
à la récupération de la chaleur d’un datacenter
situé à proximité. Ce système fonctionne grâce
à la mise en place entre les deux installations
d’un circuit intermédiaire dans lequel circule un
fluide frigorigène. Cette réalisation permet ainsi une économie annuelle d’environ 5 000 l de
fioul, soit une économie de 130 tonnes de CO2,
et d’assurer le chauffage de la piscine à 30° C
toute l’année.
Et c’est du côté des pays nordiques, bien dotés
en réseaux de chaleur, que se profile l’avenir de
l’utilisation de la chaleur des datacenters, avec
un développement plus large de la récupération
thermique. Atos a ainsi annoncé, pour son datacenter, être capable de récupérer la chaleur pour
chauffer plus de 4 500 logements à Helsinki. Il
est vrai que ce développement n’aurait pas été
possible sans l’existence d’un important réseau
bien développé : 1 230 km, pour une alimentation thermique de la capitale à plus de 93 %...
A Aubervilliers, sur le site de Telecity, c’est une
utilisation différente qui en est faite : en s’appuyant sur un programme de recherche développé par l’INRA (Institut National de la Recherche
Agronomique), la chaleur récupérée sert à réchauffer un arboretum où poussent différentes
variétés de d’arbres et de plantes, dans un environnement maintenu à une température minimale de 10° C.
Une étude de Microsoft affirme qu’« en captu­
rant la moitié du marché américain du chauf­
fage résidentiel et de bureau, l’industrie hightech pourrait doubler de taille sans augmenter
son empreinte carbone ». Une vraie manne que
l’Ile-de-France a d’ailleurs identifiée, l’inscrivant
comme une des actions recommandées aux collectivités, sous l’onglet « Optimiser la valorisation des énergies de récupération », en conseillant aux collectivités de favoriser l’implantation
des datacenter proches de zones d’utilisation de
chaleur, pour les datacenter à venir, et d’étudier
la récupération sur les existants.
© Eolas
C’est le choix qu’a fait Dalkia, en développant un
réseau de chaleur à Val d’Europe, grâce au soutien de l’ADEME Ile-de-France. Ainsi, la chaleur
récupérée sur un datacenter d’environ 8 000 m²
permettrait de produire 26 000 MWh annuellement
et alimenter en chaleur 600 000 m² de bâtiments,
composés pour grande partie d’une pépinière
de près de 1 700 entreprises. Cette récupération de chaleur permettra ainsi d’éviter l’émission annuelle de 5 400 tonnes de CO2 ! Et le tout
pour un prix d’un peu moins de 8 c€/kWh, soit
actuellement légèrement plus cher que les énergies conventionnelles, mais avec l’assurance d’un
tarif stable dans le temps. « L’initiative est partie
de l’aménageur, EuroDisney SA, qui a souhaité
créer un parc d’activités. La position du datacen­
ter a été le déclencheur de l’idée de récupérer la
chaleur » précise Jean-Baptiste Sivery, chef de
projet chez Dalkia France. « Nous sommes ve­
nus après la mise en place du datacenter, si bien
qu’un travail de mise en place de la PAC de récu­
pération de chaleur s’est faite dans un deuxième
temps, en adaptant les installations existantes ».
S’il y a eu quelques difficultés dans la mise en
place juridique du contrat d’approvisionnement,
le fonctionnement du réseau est « très satisfai­
sant, pour toutes les parties, même si Natixis [le
propriétaire du datacenter] a dû faire face à un
léger surcoût par rapport aux régimes de tem­
pérature demandés ».
Serveurs de données d’Eolas
4
Avril 2013
Valorisation de la chaleur d’un datacenter pour le chauffage urbain,
principe de fonctionnement
© Dalkia
La géothermie en France > N°13
Trouver la bonne valorisation
On le voit, le potentiel est réel, et doit être pris en
compte dans les différents schémas régionaux
climat air énergie, il s’agit d’une vraie source pérenne de récupération.
La géothermie trouve quant à elle un nouveau
créneau pour l’utilisation en freecooling de la
ressource, permettant d’imaginer un couplage
avec des projets voisins de production de chaleur géothermique sur nappe, permettant ainsi
d’équilibrer le prélèvement énergétique à l’échelle
de la nappe.
Il est à noter qu’une démarche de développement des énergies renouvelables doit se concevoir après une optimisation de l’efficacité énergétique du bâti et des équipements. Enfin, un
article récent de Chaud / Froid Perfomance invite à la prudence sur le développement inopportun de la récupération de chaleur : en effet,
énergétiquement parlant, il conviendrait de privilégier un système de refroidissement économe
plutôt qu’un système de récupération de chaleur
potentiellement énergivore… affaire à suivre !
Allez plus loin…
• http://www.connaissancedesenergies.org/un-data-center-chauffe-une-pepiniered-entreprises-121128
• http://www.developpementdurable.com/insolite/2011/09/A6229/marne-la-valleela-chaleur-emise-par-un-data-center-recuperee-pour-alimenter-des-bureaux.html
• http://www.greenit.fr/article/bonnes-pratiques/un-data-center-de-google-refroidia-leau-de-mer-3710
• http://www.datacenterknowledge.com/archives/2011/03/18/energy-efficiencyguide-heat-recycling/
• « Chaud froid performance », janvier 2013, David Chénier et Lucie Dente.
5
Un green datacenter
qui se refroidit à la géothermie !
Devant la nécessité de rafraîchir les serveurs de son datacenter,
les ressources géothermiques ont été mobilisées. Et avec une conception amont
intelligente du bâtiment, on obtient un datacenter vertueux ;
c’est le cas d’EOLAS, sur Grenoble.
C
de 800 m², contenant à terme 10 000 serveurs,
avec une première tranche d’une puissance IT
de 110 kW !
La conception optimisée
du bâtiment et l’efficacité
énergétique du matériel
« La première étape a été de s’appuyer sur les
caractéristiques du bâtiment pour en faire un
atout, ce qu’a bien su montrer H3C. Au départ,
on visait même une labellisation HQE, mais les
trop grandes spécificités du projet ont empê­
ché celle-ci ». La réutilisation du bâtiment permet néanmoins d’éviter la destruction et le recyclage de 1 500 m3 de béton et l’économie de
100 t CO2. L’épaisseur des murs permet d’avoir
une excellente inertie thermique, et la façade Sud
a été dotée de panneaux brise-soleils.
© Eolas
’est en 2008 qu’Eolas Business & Decision,
expert en hébergement, a initié son projet
de construction d’un nouveau datacenter.
« Tout est parti d’ un bâtiment que l’on a repéré,
explique Gérald Dulac, fondateur d’Eolas. Il s’agis­
sait d’un ancien bâtiment industriel aux caracté­
ristiques bien particulières : des murs de 2,5 m
[d’épaisseur], l’ensemble étant situé au-dessus
d’un aquifère à une température qui nous inté­
ressait ». Et il en faut pour refroidir une surface
Le datacenter Eolas à Grenoble
6
Avril 2013
© Eolas
La géothermie en France > N°13
La géothermie :
un véritable atout !
L’ensemble a de plus été pensé pour fournir une
architecture évolutive pour le refroidissement et
l’alimentation des baies. « Avec la crise et la vir­
tualisation, au fort impact dans le monde des da­
tacenters, nous avons été obligé de repenser le
modèle économique ». Enfin, un système d’allées
chaudes et d’allées froides permet d’optimiser le
fonctionnement du système de refroidissement.
© Eolas
Mais l’intelligence de la conception se situe également dans le choix des équipements. Ainsi, Eolas
a bénéficié du soutien de ses partenaires, comme
Schneider Electric ou Intel développant des réseaux de fibre optique ou réduisant la consommation du réseau, avec des serveurs à processeurs
d’efficacité énergétique accrue et des onduleurs évolutifs évitant un surdimensionnement.
Système de refroidissement du datacenter Eolas
Bien entendu, il y a cette centrale photovoltaïque
de 72 kWc construite avec GDF Suez, permettant une revente de l’électricité à GEG, producteur local, en plus d’une souscription à son option Verte. Mais l’innovation, c’est l’utilisation
vertueuse d’une nappe à 13,5° C, pour assurer
le refroidissement du bâtiment, avant un rejet
à une température de 2 à 5° C supérieure ; un
système de watercooling qui a fait ses preuves !
« Grâce à toute cette démarche intégrée, portée
également par nos partenaires, nous affichons
un PUE (Power Usage Effectiveness, indicateur
clef pour les datacenters, rapport entre l’énergie
consommée par le datacenter et celle consom­
mée par l’équipement informatique) de 1,35 »,
soit deux fois moins qu’un datacenter classique
de même catégorie (TIER IV). Certes, il faut tempérer cet indicateur, mais ces performances lui ont
d’ores et déjà permis de récolter nombre de certifications (Code of Conduct européen, GreenGrid,
Green ethiquette).
L’investissement ? « Rentable (6 M€ pour l’en­
semble, dont 3 M€ pour l’installation du Data­
center lui-même), et nous avons à présent un
fonctionnement optimisé, qui nous a permis de
lancer avec confiance la deuxième tranche du
projet en cours de réception ».
Cette deuxième tranche a étendu les principes
de la première tranche. Et la revente de chaleur
pour chauffer des bâtiments ? « L’eau en sortie
est trop froide, il faudrait la relever… mais on
y pense ! ». Il paraîtrait d’ailleurs que le tuyau
serait déjà prêt !
7
L’Hôtel de Ville de Beaumont
© Ville de Beaumont
« Le retour sur investissement pour ce bâtiment étant inférieur à la durée de vie
probable d’un bâtiment public, ce type d’installation était viable ».
Pourquoi agir ?
L’
hôtel de ville actuel est une ancienne
« maison de maître » qui a été construite
en 1884. Dans le cadre d’une restructuration et extension de ce dernier, la volonté du
maître d’ouvrage a été de conserver ce bâtiment
historique et de créer une extension qui s’intègre
naturellement à son environnement et dont l’ensemble soit exemplaire du point de vue du développement durable.
Le bâtiment de plus d’une centaine d’années, qui
a été transformé au fur et à mesure des besoins
sans réelle restructuration, avec les simples vitra­
ges des menuiseries et les murs non isolés, ne
présentait aucun confort thermique. La consommation énergivore de ce bâtiment était incompatible avec les exigences environnementales d’un
écoquartier. De plus, en l’état actuel, sans ascenseur ni rampe d’accès, la mairie ne permettait
pas l’accès aux personnes à mobilité réduite qui
est obligatoire dans les établissements recevant
8
du public. En effet, l’entrée de la mairie était accessible via un haut escalier en pierre d’un demi-étage qui donnait sur l’accueil et la salle des
mariages se situait à l’étage supérieur. En terme
de surface, la moitié des services étaient hébergés dans deux bâtiments préfabriqués d’environ 300 m² à l’arrière du bâtiment principal et
d’autres étaient délocalisés ailleurs.
La rénovation de la Mairie (715 m²) ainsi que la
construction de la partie neuve (1 107 m²) vise
un niveau de performance énergétique BBC (respectivement BBC Effinergie Rénovation et BBC
Effinergie). L’extension sera principalement composée de verre et de bois avec une toiture végé­
talisée qui permettra d’atteindre de telles performances. L’utilisation de la géothermie pour
le chauffage et le rafraîchissement des locaux a
été retenue. La production de chaud / froid se fera
grâce à un système de PAC sur champ de sondes
qui alimentera les radiateurs du bâtiment existant (uniquement pour le chauffage) et le plancher chauffant basse température présent dans
l’extension (qui diffusera la chaleur et le froid). Les
besoins d’eau chaude sanitaire, très faibles, seront assurés par des ballons électriques existants.
L’ADEME a soutenu ce projet dans le cadre du
Fonds Chaleur, engagement majeur du Grenelle
Environnement ayant pour objectif de développer
la production de chaleur à partir des énergies renouvelables (biomasse, géothermie, solaire thermique, méthanisation…). Ce fonds est destiné
à l’habitat collectif, aux collectivités et à toutes
les entreprises (agriculture, industrie, tertiaire).
Présentation et résultats
La solution technique retenue se compose de
11 sondes géothermiques en double U qui seront installées à 100 m de profondeur. Elles
serviront à extraire les calories, ou frigories, du
sous-sol qui constitueront la source de chaleur,
ou de froid.
La puissance de la pompe à chaleur (PAC) prévue
est de 80 kW, son coefficient de performance (COP)
La géothermie en France > N°13
Avril 2013
>> A DEME Direction régionale Rhône-Alpes
10, rue des Emeraudes 69006 Lyon
Tél. : 04 72 83 46 00
[email protected]
Maître d’ouvrage :
Commune de Beaumont
en Auvergne
est de 3,85 pour le chauffage. Cette dernière ne
fonctionnera qu’en période de chauffe. Pour la
production de rafraîchissement, la PAC sera bipassée pour un échange direct entre le sous-sol
et le réseau de distribution (géocooling). La PAC
pourra être utilisée pour la production de froid en
cas de forte chaleur estivale (production active).
Les émetteurs de chaleur dans le bâtiment existant de la Mairie, grâce à l’amélioration de l’isolation, peuvent être conservés (radiateurs à eau)
en diminuant le régime de température. Un plancher chauffant basse température a été installé
dans le bâtiment neuf.
Une ventilation double flux permettra d’assurer le
renouvellement d’air et le rafraîchissement des
bâtiments en complément du plancher chauffant.
Au vu de la surface vitrée présente dans le bâtiment existant, la ventilation double flux est suffisante pour rafraîchir les locaux.
Partenaires :
• ADEME : 10 352 e • FEDER : 20 720 e
alimenter la PAC en électricité.
Ce mode de fonctionnement permettra de garantir un confort optimal l’été tout en limitant les
consommations électriques.
Facteurs de reproductibilité
Le système de chauffage et de rafraîchissement
décrit ici peut être aisément mis en œuvre dans
tous les bâtiments, collectifs ou particuliers, ayant
des besoins de chaud et de froid. Y compris dans
les bâtiments existants où un remplacement des
émetteurs n’est pas nécessaire.
La solution de la géothermie sur champ de sondes
est particulièrement appropriée pour une rénovation en toute discrétion.
Pour en savoir
+
 Sur le site internet de l’ADEME :
Focus : Le geocooling
www.ademe.fr/emr
 L e site de l’ADEME en Auvergne :
http://auvergne.ademe.fr/
Bilan Environnemental :
6 tonnes de CO2 évitées par an
Date de lancement Réception :
Mise en service de l’installation prévue
pour fin 2013
Enseignements :
Pourquoi le choix de la géothermie ?
M. François Saint-André,
Maire de Beaumont et Vice-Président
de Clermont-Communauté :
« Nous avons fait le choix de la géothermie
pour les raisons suivantes :
• le bâtiment se devait exemplaire par
la qualité de son enveloppe thermique
et l’opportunité d’avoir de la chaleur et du
rafraîchissement en anticipation de chan­
gements climatiques prévisibles,
• la volonté d’une recherche d’énergie
renouvelable et avec une empreinte
carbone et environnementale la plus faible
possible,
• le retour sur investissement pour
ce bâtiment étant inférieur à la durée
de vie probable d’un bâtiment public,
ce type d’installation était viable ».
© Ville de Beaumont
Le système de chauffage est « réversible » et
sert en été au rafraîchissement par « géocooling » appelé aussi « rafraîchissement passif » :
on utilise ainsi la fraîcheur naturelle du sol sans
Coût :
Investissement : 114 519 eHT
Dont :
• Pompe à chaleur et accessoires :
14 973 eHT
• Circuit condenseur et accessoires :
10 122 eHT
• Equipements de captage géothermique
(sondes): 79 490 eHT
• Accessoire captage : 2 934 eHT
• Suivi et régulation : 7 000 eHT
Nouvel Hôtel de ville de Beaumont, vue d’architecte
9
Géothermie sur aquifère
le siège social de la Fédération du BTP à Valence, © Enertech
Dans ce projet de rénovation, l’isolation thermique des bâtiments
et le dimensionnement intelligent du système ont permis
de conserver une partie des émetteurs existants,
en baissant sa température de fonctionnement.
Pourquoi agir ?
La Fédération du BTP est propriétaire (via la SCI
ESPACE BTP) d’un bâtiment tertiaire abritant son
siège social. Sous l’impulsion de son Président,
la fédération a souhaité rénover ce bâtiment
pour en faire une vitrine de la profession.
Selon le communiqué de presse de la fédération, les mesures ambitieuses définies par le
« Grenelle de l’environnement » placent la profession du bâtiment devant un véritable défi.
Les objectifs de performances énergétiques retenus constituent en effet une véritable rupture
tant au niveau :
• des techniques à mettre en œuvre ;
• de l’organisation des chantiers ;
• de la collaboration entre les entreprises ;
• et plus largement entre les différents acteurs
de la construction.
L’implication des acteurs de la construction, pour
très encourageante qu’elle soit, est cependant
axée quasi exclusivement sur la construction
neuve. Les bâtiments existants ne bénéficient
pour l’instant que de peu d’engagement en
faveur du renforcement de leur efficacité
énergétique.
Le siège social de la fédération du BTP, construit
en 1995 représente 1 741 m² SHON, et comprend des bureaux individuels, collectifs et plusieurs salles de réunion.
Le maître d’ouvrage a visé un bâtiment à énergie positive tous usages et fut lauréat de l’appel
à projet PREBAT en 2009. La consommation en
énergie primaire prévue est de 23,59 kWh / m² / an,
pour une production en électricité photovoltaïque
envisagée de 86,71 kWh / m² / an. A cette occasion la SCI Espace BTP a étudié l’option géothermique pour remplacer la chaudière à gaz existante et le groupe froid électrique.
© Enertech
L’ADEME a soutenu ce projet dans le cadre du
Fonds Chaleur 2011, engagement majeur du
Grenelle Environnement ayant pour objectif de
développer la production de chaleur à partir des
énergies renouvelables (biomasse, géothermie,
solaire thermique, méthanisation…). Ce fonds
d’aide est destiné à l’habitat collectif, aux collectivités et à toutes les entreprises (agriculture, industrie, tertiaire).
Forage de pompage et forage d’évacuation
10
La géothermie en France > N°13
Avril 2013
>> A DEME Direction régionale Rhône-Alpes
superficiel :
10, rue des Emeraudes
69006 Lyon
Tél. : 04 72 83 46 00
[email protected]
Drôme
Présentation
de la solution technique
La pompe à chaleur est composée de deux PACs
Viessmann Vitocal 300G BW121 en cascade. La
nappe phréatique passant à proximité du bâtiment à 46 m de profondeur constitue la source
géothermale. Un circuit intermédiaire est utilisé
pour la protection de l’évaporateur de la PAC et
un échangeur est présent entre le circuit nappe
et le circuit intermédiaire.
La pompe à chaleur ne fonctionne qu’en saison de chauffage. Pour le rafraîchissement, la
pompe à chaleur est bipassée pour un échange
direct entre le réseau nappe et le réseau de distribution (géocooling).
Les besoins thermiques du bâtiment rénové ont
été calculés par simulation dynamique (logiciel
TRNSYS 16.1). Les besoins d’eau chaude sanitaire, très faibles, sont assurés par des ballons
électriques existants.
« La forte réduction
des besoins permet
de fonctionner à des
régimes de températures
assez proches de la
température ambiante »
Focus : Intégration
architecturale
La géothermie sur nappe est une solution discrète, qui s’intègre parfaitement à l’architecture existante, en particulier en remplacement
d’une chaudière gaz. L’espace dédié aux locaux
techniques est équivalent voire moindre et le forage une fois effectué, la sonde mise en place,
la solution géothermique est invisible. L’eau
utilisée est réinjectée dans la nappe, il n’y a
aucun rejet de fumée, aucune nuisance visuelle ou acoustique.
Facteurs de reproductibilité
Chiffres-clés
Organisme Maître d’ouvrage
SCI Espace BTP- FFB AMO énergétique :
Cabinet ENERTECH
Partenaires • ADEME PREBAT : 168 475 e • ADEME : Fonds Chaleur 2011 : 10 000 e
Financement : 16 % des dépenses
éligibles, 80 % du surcoût
• Conseil Régional : 43 525 e
Coût Total opération
• 1,2 Me
Dont Géothermie :
• Investissement : 69 114 eHT
• Ingénierie : 7 840 eHT
(Subvention ADEME : 12 247,20 eHT)
Bilan Environnemental
Géothermie : 3 tonnes équivalents
pétrole produites par an ;
6 tonnes de CO2 évitées par an
Date de lancement Réception
décembre 2011
Bien dimensionnée, une installation de géothermie assistée par pompe à chaleur assure
une maîtrise de l’évolution future des coûts
de l’énergie et une réduction de la dépendance aux énergies fossiles.
© Enertech
Pompes à chaleur installées
dans le bâtiment de la FFB-Drôme
Les émetteurs de chaleur et froid existants dans
les bureaux ont été conservés mais de nouveaux
ont été mis dans les salles de réunion. Ces derniers appareils sont équipés de ventilateurs de
type Brushless HEE 40 à haute efficacité énergétique, ce qui permet une réduction sensible
des consommations électriques.
La rénovation du parc bâti est un enjeu majeur en France, où le renouvellement du parc
par la construction ne dépasse pas les 1 % par
an. Associée à des travaux d’amélioration de la
performance énergétique des bâtiments, permettant de diminuer la puissance thermique
nécessaire, la géothermie sur aquifère superficiel est une solution d’optimisation des investissements en rénovation. Elle permet souvent,
comme dans le cas présenté, de conserver les
émetteurs existants en diminuant leur température de fonctionnement. On peut également
conserver l’ancien chauffage en appoint.
11
>> Par Jean-Pierre Cuny
Vauthrin Forages
Tél. : 03 25 88 86 01
www.vauthrin-forages.fr
La Charte Qualité
des foreurs d’eau et de géothermie
Un puits ou un forage d’eau est un ouvrage complexe
dont le bon fonctionnement dans la durée dépend de la conception,
de son execution et de ses conditions d’exploitation.
De plus, sa réalisation doit être respectueuse de l’environnement.
P
our l’eau potable, qui provient en France
aux deux tiers du sous sol, ou pour l’eau
industrielle, les maîtres d’ouvrages
confient généralement l’implantation de l’ouvrage, sa conception, son suivi administratif,
le suivi de sa réalisation, et la fixation de ses
conditions d’exploitation à un hydrogéologue.
Dans ce cas, le rôle du foreur est de déclarer
les travaux à l’administration, de réaliser l’ouvrage dans les règles de l’art, de le développer
et de tester son débit.
Pour les particuliers ou les petits ouvrages, le
foreur assume lui-même les responsabilités du
maître d’œuvre.
Pour permettre aux clients d’identifier les entreprises compétentes et limiter les risques de
non-qualité technique et environnementale, le
SFEG a créé en 1997 la Charte de Qualité des
Foreurs d’Eau. Cette charte engage ses signataires à construire des forages de qualité et
fiables, dans le respect de l’environnement. Elle
s’appuie sur la norme NF X-10-999, actuellement en cours de révision.
12
Cette Charte a été conçue en étroite collaboration avec la
Direction de l’Eau et de la Biodiversité du Ministère de l’Ecologie,
du Développement Durable et de l’Energie, les Agences de l’Eau
et le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières).
Ses signataires s’engagent à :
a
ssister le maître d’ouvrage dans la définition de ses besoins
et fournir une offre structurée ;
 respecter les règles de l’art et les normes en vigueur ; en par-
ticulier, prévenir les risques de pollution et les nuisances (un
seul aquifère capté, cimentations/protection des aquifères…) ;
 mettre en œuvre une procédure qualité, consigner les travaux
réalisés et prendre des échantillons de terrain et d’eau ;
 déclarer les travaux et transmettre un rapport de travaux
à l’administration.
La géothermie en France > N°13
Une commission paritaire, composée de professionnels du forage, de maîtres d’œuvre publics et privés, instruit les dossiers d’adhésion
et de renouvellement annuel.
Elle établit la liste des entreprises autorisées
chaque année à afficher leur adhésion à la
Charte. Elle se prononce sur la base d’un dossier comprenant la liste des travaux réalisés par
le candidat l’année précédente, des rapports de
chantier, et les factures de ciment.
La Charte regroupe
actuellement une
quarantaine d’entreprises
qui représentent deux tiers
environ du marché.
Avril 2013
réalisant les travaux disposent d’une qualification délivrée par un organisme accrédité par le
Cofrac* et respectant une charte commune à
toutes les énergies intitulée « Reconnu Grenelle
Environnement », le SFEG étudie actuellement
le transfert total ou partiel de la gestion de la
Charte à une organisation spécialisée dans le
suivi et l’administration de systèmes de qualité.
Dans ce nouveau contexte, le SFEG restera particulièrement vigilant sur le maintien d’un niveau d’exigence élevé, esprit qui a prévalu depuis la création de la charte de Qualité des
Foreurs d’Eau il y maintenant plus de 15 ans.
* Cofrac : comité français d’accréditation
© BRGM
Dans le cadre de l’éco-conditionnalité des aides
aux énergies nouvelles qui devrait exiger, à
partir du 1er janvier 2014, que les entreprises
Un forage d’eau thermale (Aix-les-Bains, Savoie, France, 1989)
13
>> Par Charles Maragna
Un avenir vert
Ingénieur de recherche
Division Géothermie BRGM
[email protected]
et économiquement intéressant
pour les anciens forages pétroliers
La reconversion de forages profonds en échangeurs géothermiques en boucle
fermée peut constituer une alternative à la fermeture de nombreux forages
profonds d’exploration pétrolière (ou géothermique), dont la profondeur
est comprise entre 1 000 m et 2 000 m.
Comment cela fonctionne ?
La reconversion consiste à mettre en place un
tubage thermiquement isolé au centre du forage.
Un liquide caloporteur, généralement de l’eau,
descend dans l’espace entre ce tubage central
et le casing du forage. Il se réchauffe au contact
de la roche, puis remonte dans le tubage central. La température en sortie d’échangeur géothermique est d’autant plus élevée que le tubage
central est bien isolé thermiquement. La température de l’eau évolue sur de courtes durées en
fonction de la puissance prélevée en surface à
un instant donné, comme pour une sonde géothermique verticale de profondeur plus « classique » (100 à 200 m). Une valorisation avec ou
sans pompe à chaleur (PAC) peut être envisagée :
• pour des puissances prélevées faibles, la température de sortie peut être assez élevée pour
alimenter directement des émetteurs de chaleur à basse température ;
• pour des puissances plus importantes, la température de sortie est plus faible et une PAC
devient nécessaire.
Retour d’expérience
en Europe
L’étude technico-économique
de la reconversion
Quelques échangeurs géothermiques profonds
issus de la reconversion de forages profonds
sont actuellement exploités en Europe, principalement en Suisse et en Allemagne. Les
données technico-économiques relatives à ces
opérations sont assez rares.
Bénéficiant du soutien de l’ADEME, une étude
comprenant le développement d’un modèle numérique a été réalisée par le BRGM. Ce modèle
a permis de calculer :
• l’évolution de la température en sortie d’échangeur géothermique ;
• l’électricité consommée par la PAC et les
auxiliaires ;
• l’énergie « gratuite » prélevée au terrain.
L’installation de Weggis, en Suisse, fait figure
d’ex­ception. Mise en service en 1994, issue de la
reconversion d’un forage d’exploitation géo­ther­
mi­que d’un aquifère profond, elle a fait l’objet
d’un long programme d’instrumentation, financé
par l’Office fédéral de l’énergie (Suisse).
L’échan­geur est exploité sans problèmes techniques majeurs. Les températures en entrée et
en sortie d’échangeur géothermique, ainsi que le
cœfficient de performance global de l’installation,
ont été mesurées pendant près de 10 ans (cf. tableau). Toutefois, les bilans énergétiques établis
sont spécifiques à cette opération, et peu d’éléments sur le bilan économique sont disponibles.
Le bilan énergétique annuel est ensuite valorisé
dans le modèle économique. Un bâtiment de la
zone climatique d’Orléans a été retenu. La PAC est
reliée à un émetteur de chaleur à basse température et a un temps de fonctionnement équivalent à
pleine charge de 1 800 h / an. Plusieurs scénarios
ont été étudiés en termes de profondeur de forage
(1 000 à 2 000 m), de matériaux de tubage central
(polymère ou tube super-isolant) et de taille de bâtiment, correspondant à des puissances crête appelées comprises entre 50 et 500 kW.
Retour d’expérience de la sonde profonde de Weggis
© C. Maragna - BRGM
Date de mise en service : 1994
14
Forage : Profondeur de 2 302 m.
Tubage super-isolé jusque 1 700 m
puis tubage acier
Température initiale au fonds du puits : 73°C
Date de lancement Réception :
décembre 2011
Utilisation : Chauffage et production d’ECS
Schéma de principe
d’un échangeur géothermique
profond en boucle
Bilan énergétique :
Chaleur consommée sur un an :
500 à 550 MWh.
•
•
•
Départ du circuit de chauffage : 37 °C
Retour à la sonde : 25 à 30 °C
•
COP global de l’installation : 4 à 4,5
La géothermie en France > N°13
Avril 2013
Hypothèses
de la modélisation
technico-économique
Caractéristiques du forage :
• Profondeur : 2 000 m
• Gradient géothermique : 3 °C / 100 m.
© C. Maragna - BRGM
Puissance totale installée :
500 kW pour la solution Géothermie,
taux de couverture de 90 % + appoint
au gaz dimensionné à 50 %
Augmentation du prix du gaz : + 9 % / an
Résultat de l’étude: modélisation de l’ Evolution sur un an de la
puissance de chauffage et des températures d’entrée et de sortie de
sonde géothermique, avec les hypothèses données dans le tableau
Augmentation du prix de l’électricité :
+ 5 % / an
Actualisation : + 4 % / an
Le coût de production de la chaleur a été calculé pour deux solutions de chauffage :
• chaufferie au gaz ;
• pompe à chaleur sur échangeur géothermique
profond.
Le coût du micro-réseau de chaleur en surface
n’est pas pris en compte dans cette étude.
Le recours à la géothermie au lieu d’une chaudière gaz constitue un surinvestissement,
mais présente l’avantage de coûts d’exploitation inférieurs.
Avec les hypothèses présentées dans le tableau ci-contre, pour une production annuelle
de 920 MWh, le coût de production global de la
chaleur sur 25 ans est de 7,8 ce/kWh par géothermie contre 10,3 ce/kWh par une chaufferie gaz.
Le temps de retour sur investissement est de
17 ans. Les indicateurs économiques présentent
une forte sensibilité à la variation du prix du gaz.
La géothermie est compétitive par rapport au
gaz dès que l’augmentation du prix du gaz
est supérieure à + 6 % / an. Le COP en énergie
primaire de la solution géothermie est compris
entre 1,9 et 2,0 (avec un facteur de conversion
énergie primaire / énergie secondaire de 2,58).
© M. Bouzit et C. Maragna - BRGM
Aucune subvention ou aide publique n’a été
prise en compte pour la solution géothermie.
Pour la solution géothermie, les coûts initiaux
incluent :
• la PAC ;
• la chaufferie gaz en appoint ;
• l’inspection du forage et la mise en place du
tubage central, dans le cas où le forage ne nécessite pas de remise en état.
Résultat de l’étude: évolution du coût de production
de la chaleur (€/kWh) sur 25 ans
Perspectives
Avec les hypothèses retenues pour l’étude, la reconversion de forages profonds en échangeurs
géothermiques en boucle fermée semble économiquement viable, avec des performances énergétiques intéressantes. Dans les zones avec un
gradient géothermique élevé, la puissance soutirée par mètre de forage pourrait être plus importante raccourcissant ainsi le temps de retour
sur investissement. Prochaine étape : étudier
le vieillissement des matériaux constitutifs de
l’échangeur soumis à une variation cyclique de
température.
Allez plus loin…
• Rapport BRGM/RP-60685-FR
Etude technico-économique
de la reconversion de forages
profonds en échangeurs
géothermiques en boucle fermée.
C. MARAGNA, M. BOUZIT,
J.-C. MARTIN, 2012
 T éléchargeable gratuitement
sur infoterre.brgm.fr
15
en ref
>> Cette déclaration de Delphine Batho, ministre de l’Écologie, du
Développement durable et de l’Énergie (MEDDE), a accompagné la
signature, le 28 février dernier, de deux nouveaux permis exclusifs de
recherches de gîte géothermique haute température à des fins de production d’électricité ou de cogénération :
• le premier dit « Permis de Chaudes Aigues-Coren » dont le périmètre
se situe dans les départements du Cantal et de la Lozère a été délivré
à la société Electerre de France SAS,
• l e second dit « Permis de Pau-Tarbes » situé dans les départements
des Pyrénées-Atlantiques et des Hautes-Pyrénées a été délivré à la
société Fonroche Géothermie SAS.
C’est un soutien politique fort à la filière de la géothermie et qui devrait
se poursuivre. En effet, dix-huit autres demandes de permis exclusifs de
recherches sont actuellement en cours d’instruction au Ministère. Parmi
celles-ci, quatre demandes font actuellement l’objet d’une mise à disposition du public par voie électronique sur le site web du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie depuis le 7 mars 2013.
http://www.developpement-durable.gouv.fr/Instruction-de-demandes-de-permis,31794.html
formations
Introduction et sensibilisation à la géothermie - ADEME/
BRGM formation
Objectifs :
• Acquérir un vocabulaire et des connaissances de base
•C
onnaître les acteurs et les métiers impliqués dans la réalisation de
projets de géothermie.
•D
écouvrir le cadre règlementaire et administratif.
• E nvisager la géothermie comme source d’énergie renouvelable.
Public : tout public
Prochaines sessions 2013 : > 19 & 20 mars (Paris)
> 2 & 3 juillet (Orléans) > 3 & 4 déc. (Paris).
Contact : [email protected]
Pompes à chaleur géothermiques en collectif et tertiaire :
montage de projet - ADEME/BRGM formation
Objectifs :
• Assurer le montage d’un projet de mise en œuvre de PAC géothermiques
en collectif et tertiaire.
• Appréhender toutes les solutions notamment les PAC géothermiques.
• Utiliser les outils et intégrer le développement durable dans tous les aspects
du montage de projet.
Public : tous les professionnels de la filière des pompes à chaleur géothermiques.
Prochaines sessions 2013 : > 28 au 30 mai (Paris)
> 24 au 26 sept. (Angers) > 5 au 7 nov. (Paris).
Contact : [email protected] et [email protected]
16
>> Le projet REGEOCITIES traite des freins non techniques (au niveau
local et régional) pour atteindre les objectifs 2020 donnés à la géothermie par pompes à chaleur dans le cadre des plans d’action nationaux d’énergie renouvelables (NREAP).
Le projet vise à :
• Identifier et évaluer les obstacles liés à la réglementation ainsi que
les procédures administratives locales ou nationales.
•T
ransférer les meilleures pratiques des pays matures vers pour les
régions en émergence pour ce type d’énergie.
• Proposer des recommandations pour élaborer un pré-cadre normatif commun.
• Encourager l’engagement de l’administration locale pour la mise en
œuvre des résultats du projet.
Développer un programme de formation destiné au personnel administratif des villes et des régions,
• Insérer la géothermie superficielle dans le concept « smart-cities ».
•
Vous faites partie d’une administration locale et régionale ?
Prenez quelques minutes et aidez le projet !
https://www.surveymonkey.com/s/Regeocities_FR
V I E N T D E PA R A Î T R E
L’énergie à découvert
CNRS Editions http://www.cnrseditions.fr/
Parution : 21/03/2013
Auteur(s) : Sous la direction de Rémy
Mosseri et Catherine Jeandel
350 pages, 39 e ttc
Alors que se tient le grand débat national
sur la transition énergétique, comment
se forger une opinion objective sans
connaître les données scientifiques les plus complètes sur les
potentiels et les limites de chaque source d’énergie ? Ce livre les
met enfin à la disposition du public.
L’énergie, qu’est-ce que c’est ? Quelles sont les grandes lois physiques qui la gouvernent ? Comment la produire, la transporter, la
stocker ? Le solaire, la biomasse, l’éolien, l’hydraulique sont-ils des
solutions alternatives suffisantes ? Et quelle part leur réserver à
l’avenir ? Les nombreux articles de ce livre (près de 130) proposent
au citoyen des outils pour se faire une opinion face à ces questions.
Vous souhaitez réagir à nos articles,
vous voulez annoncer des évènements en rapport avec la géothermie,
vous avez des informations ou vous souhaitez écrire un article,
contactez Cécile Chery, e-mail : [email protected] - Tél. : 02 38 64 34 34
DIRECTEUR DE PUBLICATION : P. Laplaige / ADEME
RÉDACTEUR EN CHEF : A. Desplan / BRGM
COMITÉ DE RÉDACTION : C. Mayot /DRIRE Ile-de-France, C. Brun / Conseil Régional
Ile-de-France, A. Cardona-Maestro et N. Bommensatt / Ademe, G. Perrin / Ademe IDF,
V. Schmidlé /AFPG
SECRÉTAIRE DE RÉDACTION : C. Chery
ÉDITION / RÉALISATION : CONNEXITÉS 02 38 55 32 70
DIFFUSION : BRGM/DÉPARTEMENT GÉOTHERMIE - BP 36009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2
ISSN : 1629 - 887X
« La géothermie permet
de produire de l’énergie à partir
de ressources renouvelables
et sans aucune émission. C’est une filière qui doit
être encouragée et soutenue ».