Les deux techniques géothermiques les plus fréquemment appliquées sont le "Aquifer Thermal Energy Storage" et le "Borehole Thermal Energy Storage". Bien que toutes deux reposent sur le même principe, elles diffèrent fortement l'une de l'autre. Elles présentent en outre des avantages et des inconvénients spécifiques. Mais voyons d'un peu plus près en quoi consistent exactement ces techniques...

"Aquifer Thermal Energy Storage" (ATES) - SCF (stockage chaud/froid) – "Système ouvert"

Pour réaliser le stockage chaud/froid (SCF), on fore dans une couche aquifère deux ou plusieurs puits d'une profondeur de 50 à 150 mètres situés à des intervalles de 100 à 150 mètres. On introduit ensuite dans ces puits un tube percé de fentes et fermé dans le bas, qui sert de filtre. On y place également un tube en PVC fermé en haut. Le filtre est entouré d'une grille au travers de laquelle s'écoule l'eau phréatique. Cette couche est surmontée d'environ deux mètres d'argile. Ce qui empêche l'eau phréatique de remonter à la surface. L'eau phréatique (à une température de ± 12 °C) coule vers le filtre et est ensuite refoulée vers le haut à l'aide d'une pompe. En été, la fraîcheur est diffusée dans le bâtiment au moyen d'un échangeur thermique. Pour ce faire, on prélève via l'échangeur thermique la fraîcheur de l'eau, qui s'échauffe et est ensuite réinjectée dans le sol via le deuxième puit (réalisé suivant le même principe, mais avec une soupape d'injection juste au-dessus de la pompe), où elle est "stockée".

Pendant l'hiver, lorsqu'il faut de la chaleur, cette eau phréatique chaude est de nouveau pompée. Une pompe à chaleur en extrait alors de la chaleur et un échangeur thermique porte la température à ± 45 °C qui est alors diffusée dans le bâtiment. L'eau dont on a prélevé de la chaleur (± 18 °C) est ensuite réinjectée dans le premier puit, la "source froide", à ± 6 °C, où elle est stockée jusqu'à ce que l'on ait à nouveau besoin de fraîcheur l'été suivant.

Avantages:

• Tant la chaleur que le froid stockés peuvent être valorisés. Mais c'est surtout l'utilisation du froid qui s'avère intéressante: comme il s'agit de "free cooling", l'économie d'énergie réalisée est considérable.
• Il est possible de réaliser de très grandes puissances par paire source (jusqu'à 1 MW).
• Rendement élevé, surtout s'il est mis à profit pour la production de chaleur comme de froid (économie de 50 % sur le chauffage et jusqu'à 80 % sur la climatisation). Si la demande de froid est suffisamment élevée, le rendement est jusqu'à 30 % plus important que dans le cas d'un système géothermique fermé.

Inconvénients:

• Si les demandes de chaleur et de froid ne sont pas proportionnelles, il en résultera à terme soit un refroidissement excessif de la "source froide", soit un excès de réchauffement de la "source chaude". Une telle situation peut aussi bien compromettre l'aquifère dans son ensemble que le rendement du système géothermique.
• Ce système ne peut être implanté qu'aux endroits où se trouve une couche aquifère adéquate à faible profondeur dans le sous-sol peu profond. En Belgique, son application s'en trouve par conséquent essentiellement concentrée dans la Campine; dans d'autres régions, son applicabilité reste incertaine.
• En raison du fait que l'on travaille avec de l'eau phréatique, une procédure d'autorisation est indispensable.
• Ce système nécessite un projet soigneusement étudié ainsi que quelques étapes d'entretien préventif afin d'en garantir la sécurité d'utilisation à long terme.

"Borehole Thermal Energy Storage" (BTES) - SGT (stockage géothermique) - "Système fermé"

Dans le cas du SGT, la chaleur est amenée dans le sous-sol à l'aide d'un circuit hydraulique fermé et de plusieurs échangeurs thermiques verticaux. Ceux-ci sont constitués de deux tubes en matière plastique qui sont introduits verticalement en forme de boucle dans un trou de forage à une profondeur de 20 à 150 m. Selon l'application, on réalise jusqu'à cent trous de forage (à des intervalles de 2 à 8 mètres) et les boucles en U sont reliées les unes aux autres. Cela se fait en général via un collecteur qui est relié à un échangeur thermique via une conduite à l'intérieur du bâtiment. Le champ SGT fonctionne comme une sorte de thermos: on fait circuler de l'eau dans les conduites, grâce à quoi elle prend la température du sol. La pompe à chaleur en extrait la chaleur ou le froid pour ensuite la/le restituer dans le bâtiment via l'échangeur thermique. L'eau ainsi réchauffée ou refroidie, selon le cas, recircule dans le sol via le circuit fermé, où elle est de nouveau réchauffée ou refroidie. Le rendement qu'il est possible d'atteindre avec ce système dépend de la nature du sous-sol, du volume et du niveau de température de stockage. La technique offre des atouts notables pour la conservation de l'énergie thermique (chaleur ou froid) pendant de longues périodes dans le sous-sol.

Avantages:

• Applicable pratiquement partout, même dans les centres urbains densément peuplés. Car les systèmes fermés ne produisent généralement presque pas d'impact sur les autres champs SGT à proximité: une distance de 12 à 15 mètres serait suffisante pour éviter toute influence.
• La technique nécessite très peu de place: elle peut en principe même être aménagée sous le bâtiment, pour autant qu'il y ait un accès au sol.
• La procédure d'autorisation est moins stricte parce que l'eau phréatique proprement dite n'est pas directement utilisée pour le transport de l'énergie.
• Capacité de stockage pratiquement illimitée.
• Peut également être utilisé pour le stockage de chaleur à haute température.
• Ne requiert que peu d'entretien.

Inconvénients:

• Rendement moins élevé que le SCF en raison de l'investissement plus important (forage de plusieurs puits).
• Flexibilité de puissance moins élevée.