Quand nous pensons aux énergies alternatives, nous les associons presque automatiquement à des techniques destinées à produire de l'électricité d'une manière naturelle. Rares sont les personnes en Belgique qui sont au courant de l'existence de méthodes de production de chaleur et de froid renouvelables. Pourtant, ces solutions pourraient précisément avoir un impact énorme sur la consommation de combustibles fossiles au cours des prochaines années. La géothermie, surtout, s'avère une solution parfaitement adéquate et rentable pour chauffer et climatiser les immeubles les plus variés. Malheureusement, la technique n'est pas encore bien connue et n'est donc pas appréciée à sa juste valeur. Mais, un changement s'est amorcé...

Au fil des années, de nombreuses techniques ont été développées pour améliorer le rendement des applications énergétiques. Pourtant, une grande quantité de l'énergie thermique est toujours perdue parce que l'offre et la demande d'énergie ne coïncident pas toujours. Les collecteurs solaires qui assurent surtout un apport de chaleur en été, alors que la demande de chaleur est limitée, en sont bien la preuve. La géothermie exclut ce problème. En effet, l'énergie peut être conservée dans le sous-sol pendant une période prolongée. Le sol s'avère un milieu de stockage idéal pour toutes les températures, qu'elles soient basses ou élevées. En principe, il existe deux types de systèmes qui fonctionnent de cette manière: le système profond et le système peu profond. Le premier utilise la température du sol plus élevée à une plus grande profondeur. Le but de cette technique consiste à soutirer la chaleur à température élevée (> 120°C) à de grandes profondeurs pour la production d'électricité (applications d'enthalpie élevée) ou la chaleur à température moyenne (< 120°C) pour le chauffage direct (applications d'enthalpie faible). Toutefois, la géothermie profonde exige encore pour le moment des investissements élevés sans garantie de succès. Mais il ne faudra probablement plus attendre longtemps avant que la technique ne soit exploitée. C'est ainsi que Terra Energy a récemment mis en place un siège en Chine qui se chargera notamment du développement pratique de telles solutions (lire notre article en page 28).

Géothermie peu profonde?

Jusqu'à présent, la géothermie est surtout associée à des systèmes peu profonds (limités à une profondeur de 200 mètres). Ceux-ci se répartissent en trois catégories: les systèmes d'extraction de la chaleur, les systèmes de stockage de l'énergie et les échangeurs thermiques sol/air. Dans le premier cas, la température naturelle et constante du sol est utilisée pour le chauffage. Les systèmes les plus connus sont les pompes à chaleur reliées au sol qui soutirent la chaleur du sol. En l'occurrence, une pompe à chaleur "pompe" la chaleur d'un niveau inférieur (12°C) à un niveau supérieur (35 à 45°C.). Cette opération est effectuée à un rendement élevé: l'apport thermique s'élève à quatre fois la consommation d'électricité de la pompe à chaleur en moyenne. Dans ce système, il existe deux solutions: les solutions ouvertes (à l'aide de l'eau souterraine disponible) et fermées (boucles verticales ou horizontales). En cas de stockage de l'énergie, l'énergie thermique est stockée en saison dans le but de la récupérer au moment souhaité. Enfin, il faut également ajouter les échangeurs thermiques sol/air, aussi appelés "conduites de sol". Dans ce système, une buse (d'égout) en béton ou en plastique est placée à quelques mètres de profondeur dans le sol. Ce système est typiquement associé au système de ventilation d'un bâtiment dans le but d'assurer le préchauffage de l'air extérieur froid (en hiver) et le prérefroidissement de l'air de ventilation (en été). Dans ce dossier, nous nous concentrons sur les systèmes de soutirage de chaleur et de stockage d'énergie. Tous deux utilisent en effet plus ou moins la même technique et sont souvent combinés.

Du pain sur la planche

Le développement de la géothermie peu profonde, tout comme de nombreuses autres techniques énergétiques alternatives, s'est accéléré au cours de la crise pétrolière des années 70. "Les premières pompes à chaleur couplées au sol ont été mises en œuvre durant cette période", explique Nico Robeyn, Project Development Manager de Terra Energy. "Seulement, la technologie en était encore à ses balbutiements et les résultats ont débouché sur de sérieuses désillusions. Dès lors, la géothermie a rapidement disparu de la scène après la crise pétrolière. Ce n'est qu'au début de ce siècle, lorsque les prix énergétiques ont recommencé à flamber, que la technique est ressortie des tiroirs. Cette fois, son développement a été couronné de succès car, aujourd'hui, nous disposons de systèmes qui, s'ils sont mis en place dans les règles de l'art, garantissent un rendement considérable." L'Ing. Pedro Pattijn, Business Unit Manager Ingenium Energie, ajoute à ce sujet: "Le rendement du système complet dépend d'une conception bien intégrée dans laquelle le système de soutirage, le réseau de distribution, le système de production et le réglage sont parfaitement harmonisés. Dans ce cadre, les connaissances en matière de géothermie sont l'un des éléments de base d'une bonne conception. Par ailleurs, la simulation des besoins de refroidissement et de chauffage et l'intégration dans l'ensemble du concept énergétique sont également des éléments importants de la conception pour parvenir à un bon rendement. De surcroît, il est important que les parties qui exécutent le projet – entrepreneurs de forage des puits, fournisseurs de pompes à chaleur, installateurs de chauffage et de climatisation, installateurs du réglage automatique, etc. - disposent des connaissances nécessaires en la matière. Enfin, il faut prêter suffisamment attention à un suivi et un contrôle de qualité après la réalisation. Lors de l'exécution de nos missions de 'commissioning', nous constatons parfois que les composants ne sont pas suffisamment bien adaptés ou que la commande n'a pas été programmée de manière optimale, ce qui empêche souvent d'atteindre le rendement attendu. Dès lors, nous plaidons en faveur d'une plus grande diffusion des connaissances des différents sous-aspects de la technique. Car c'est alors seulement que la géothermie pourra atteindre le niveau de mise en œuvre qu'elle mérite." Pieter Maerien, Responsable Qualité chez Grontmij, est également d'avis qu'il y a encore du pain sur la planche: "les systèmes actuels offrent certes une bonne fiabilité mais nous remarquons que les rendements calculés ne sont pas toujours atteints en pratique. Nous sommes donc favorables à un système de certification qui ne garantit pas seulement une qualité et une adaptation optimale des composants entre eux, mais qui exige également un contrôle des résultats. C'est uniquement de cette manière que les parties concernées seront en mesure de vérifier quels concepts sont les mieux adaptés aux différents types de construction." Mais selon Jos Van Steenwinkel, administrateur délégué d'Iftech, la réponse est déjà en cours de préparation: "L'European Geothermal Energy Council a déjà lancé de nombreuses initiatives dans ce domaine. De même, en Flandre, les autorités publiques commencent à réaliser qu'il est grand temps de prendre des actions dans le domaine de la géothermie. C'est ainsi qu'elles ont récemment lancé, en collaboration avec le CSTC, Vito, la Confédération flamande de la construction et la K.U.Leuven, un projet de recherche étalé sur six ans dans le but de dresser un inventaire et de et rationaliser l'ensemble des aspects de cette solution d'énergie alternative – et donc aussi bien sur le plan technique que commercial. Le but consiste à assurer à la géothermie une pénétration accrue du marché et à instaurer une standardisation qui permettra un meilleur niveau de qualité, d'intégration et de performance des systèmes."

Les avantages en question

Mais quels sont précisément les avantages de la géothermie. Dans un bâtiment bien isolé, la chaleur gratuite du sol peut pourvoir pour partie aux besoins de chauffage. Concernant le pourcentage réel de la demande de chauffage qui peut être satisfaite via la géothermie, les opinions divergent. Certains annoncent une couverture supérieure à 80% et même 100%, tandis que d'autres annoncent des chiffres plus modestes, de 20 à 50%. Mais tout dépend naturellement de la taille du bâtiment, des solutions techniques choisies (système ouvert ou fermé) et du système de distribution de chaleur (chauffage par le sol, activation thermique du béton,...), et même du nombre d'occupants et des équipements rayonnant de la chaleur dans le bâtiment. Le plus grand avantage de la technique reste qu'elle produit du froid de façon performante et gratuite. Pieter Marien: "Si la chaleur géothermique du sol est déjà exploitée pour le chauffage, l'extraction de froid se fait à coût nul, simplement via débranchement ou un bypass de la pompe à chaleur, pour refroidir directement le bâtiment. Selon la capacité nécessaire, cette production gratuite de froid ne sera peut-être pas suffisante, mais quand il s'agit de refroidir activement un bâtiment, le rendement énergétique est très élevé"

Une solution populaire à l'étranger

La popularité de la technique en Suisse, en Autriche, en Scandinavie, en Allemagne et aux Pays-Bas démontre que la géothermie offre effectivement des atouts énormes. Elle s'est à ce point imposée dans ces pays qu'elle est presque automatiquement appliquée comme solution de chauffage et de climatisation dans les nouvelles constructions. Ce n'est pas un hasard si ces pays, précisément, ont recours à la géothermie. Hans Hoes, Business Development Manager de Terra Energy: "La distribution traditionnelle de gaz dans ces régions, en raison de leur étendue ou de leur sous-sol, n'est généralement pas évidente. C'est la raison pour laquelle les pouvoirs publics ont stimulé la recherche d'alternatives. Et il est apparu que la géothermie était souvent la solution la plus rentable. En Europe du Nord et Europe centrale, près de la moitié de la consommation d'énergie est consacrée au chauffage. Il est donc logique que les solutions thermiques vertes soient plus intéressantes que la production d'électricité alternative. Malheureusement, l'offre dans ce segment est assez limitée: les collecteurs solaires n'ont qu'un champ d'application limité et les systèmes de biomasse ne sont rentables que pour de très grands volumes. La géothermie, en revanche, est intéressante pour n'importe quelle application de chauffage. Par ailleurs, la technique offre le gros avantage qu'elle peut assurer simultanément une climatisation très bon marché. Enfin, c'est une solution très peu polluante en CO2: sur le plan de la climatisation, elle assure, par rapport à des systèmes classiques, une réduction de 80 % des émissions CO2 tandis que ce taux est de 50 % pour le chauffage!" Jan Liefooghe, directeur de projet de Technum-Tractebel Engineering: "Le succès que rencontre la géothermie aux Pays-Bas tient également beaucoup aux connaissances locales du sous-sol et à des années de politique de gestion des eaux souterraines. Par ailleurs, les pouvoirs publics utilisent depuis longtemps des exigences très strictes en matière de prestations énergétiques et stimulent, plus qu'en Belgique, l'application de systèmes énergétiques alternatifs. Ainsi, la pompe à chaleur sera-t-elle obligatoire dans quelques années dans les nouvelles constructions résidentielles pour satisfaire aux exigences en matière de prestations énergétiques. Mais je tiens à souligner qu'une tendance similaire se manifeste également dans notre pays, fût-ce avec un peu de retard."

Mais encore assez inconnue en Belgique

La Belgique affiche donc un sérieux retard par rapport à ces pays. Hans Hoes: "Certes, le nombre d'applications double chaque année mais étant donné que le premier projet n'a été réalisé qu'il y a une quinzaine d'années, il faudra encore un certain temps à ce rythme avant d'atteindre notre vitesse de croisière." Néanmoins, toutes les personnes interrogées se sont montrées très positives à propos de l'avenir de la géothermie dans notre pays. Pieter Maerien: "Alors qu'il y a cinq ans, quasiment personne ne pensait à cette solution, nous remarquons depuis deux ans que la géothermie est devenue pratiquement une condition sine qua non dans les appels d'offres pour les grands immeubles. Selon nous, la technique représentera un tiers, voire la moitié des énergies alternatives en Belgique d'ici quelques années." Jan Liefooghe: "Par rapport aux Pays-Bas où des centaines d'entrepreneurs se spécialisent dans cette technique et où près de 7.500 forages environ sont effectués chaque année, la géothermie n'en est qu'à ses débuts en Belgique. En effet, une quarantaine d'entrepreneurs à peine se spécialisent activement dans cette branche et quelques dizaines de projets seulement sont réalisés par an. Mais cela ne signifie pas que nous ne pouvons pas rattraper notre retard car la solution offre une plus-value énergétique éprouvée par rapport aux chaudières à gaz à condensation, surtout pour les grands immeubles. Ma conclusion est donc que nous sommes dans les starting blocks. Une preuve évidente est qu'Eandis (ndlr: gestionnaire du réseau de distribution d'électricité en Flandre), depuis cette année, octroie une prime d'environnement d'environ 5 à 10 %, ce qui prouve que les pouvoirs publics sont favorables à cette technique durable." L'Ing. Pedro Pattijn, Business Unit Manager d'Ingenium Energie: "Il ne fait aucun doute que la géothermie est promise à un bel avenir. En effet, c'est l'une des techniques qui permettra de satisfaire à la directive européenne fixant l'objectif de bâtiments à consommation d'énergie quasi nulle. La consommation électrique des pompes à chaleur et à circulation peut en l'occurrence être complétée par la production d'électricité verte. Dans la situation actuelle, l'application de systèmes couplés au sol est économiquement intéressante pour les bâtiments qui présentent une demande suffisante de climatisation. Pour les immeubles qui présentent surtout une demande de chaleur comme les habitations, l'investissement n'est pas encore suffisamment rentable pour le moment. La géothermie ne pourra réellement s'imposer dans de tels domaines d'application qu'avec des mesures de subventions suffisantes." L'Ing. Jos Van Steenwinkel estime toutefois que ce sont surtout les grands projets qui ont besoin d'une aide publique. "Un nombre assez important de particuliers ont déjà investi dans cette technique. Les grands bâtiments, surtout, affichent du retard. A ma connaissance, à peine une vingtaine de projets de stockage de chaleur et de froid et une cinquantaine de projets géothermiques ont été réalisés en Flandre. En Wallonie, il n'est carrément pas question de technique géothermique parce que les pouvoirs publics wallons affirment que la géothermie interfère négativement avec sa politique de gestion des eaux souterraines. Sur le plan du stockage de chaleur et de froid, nous ne recensons que quelques projets de moindre envergure. La véritable percée des deux techniques se fait donc encore attendre, ce qui, selon moi, tient beaucoup à la politique brouillonne sur ce plan en Belgique. Des aides sont accordées lorsqu'il y a de l'argent et encore, une fraction de ce que les investisseurs reçoivent en panneaux solaires photovoltaïques. En effet, de quoi s'agit-il? Une prime écologique et une déduction pour investissement accélérée. Les pouvoirs publics devraient prendre plus d'initiatives car la géothermie est réellement une technique énergétique alternative qui offre d'énormes perspectives." Hans Hoes ajoute encore à propos de l'avenir: "Pour le moment, il semble que le marché de la géothermie va considérablement se développer au cours des 10 à 15 prochaines années. Mais ce scénario est basé sur l'idée que les prix pétroliers vont continuer à augmenter. Si ceux-ci devaient amorcer une baisse - ce qui est assez improbable mais quand même, ... - on peut se demander si la conscience écologique sera suffisante pour confirmer la croissance de la technique. C'est la raison pour laquelle nous sommes enthousiaste quant aux intentions des pouvoirs publics en Flandre d'instaurer un mécanisme de soutien sous la forme d'un certificat de chaleur verte, par analogie aux certificats verts pour les panneaux solaires photovoltaïques. Ceux-ci, associés à une obligation d'atteindre un rendement minimal des producteurs d'énergie, permettront que la chaudière à condensation traditionnelle cède, à terme, la place à des systèmes plus rentables. Et dans ce cas, la géothermie s'appropriera certainement une grande part du marché."