Géothermie de surface

 

Géothermie de surface ou géothermie solaire.

Avant de voir comment exploiter cette ressource énergétique gratuite, il convient de préciser ce que l’on entend par géothermie de surface pour ne pas la confondre avec la géothermie profonde, que nous aborderons dans un prochain article.

1 – Une source solaire

La géothermie de surface est une énergie d’origine solaire.

Pendant la journée le sol absorbe une partie du rayonnement solaire, ce qui a pour effet d’élever la température de surface. À son tour, la Terre se refroidit par rayonnement infrarouge vers l’espace, en fonction de la température du sol.

La rotation de la Terre sur elle-même crée une alternance quotidienne de périodes de réchauffement et de refroidissement, qui limite le réchauffement du sol sur une faible profondeur : quinze à vingt mètres en moyenne, plus à l’équateur et nulle aux pôles.

Le rayonnement terrestre sera plus intense à l’équateur qu’aux pôles, plus important le jour que la nuit (question d’inertie thermique). Mais c’est la nuit que la Terre se refroidit le plus, son rayonnement n’étant pas surpassé par celui provenant du Soleil.

L’inclinaison de la Terre sur son axe procure une alternance de fortes et de faibles expositions saisonnières au soleil, d’autant plus prononcées que la latitude est élevée. Là, pas moyen d’orienter le sol face au soleil, comme pour certaines installations photovoltaïques. L’on est strictement tributaire de sa localisation géographique…

Alors que globalement l’équilibre thermique est respecté (interaction spatiale entre la planète avec son étoile), l’inertie thermique des sols induit un déséquilibre permanent au sein du biotope.

Les techniques géothermiques mettent à profit l’inertie thermique du sol pour puiser la chaleur emmagasinée à faible profondeur durant la journée. Celle-ci dépend localement de facteurs comme la nature du sol, l’avancement de la journée, de la saison, de la latitude, de l’orientation cardinale…

Quelle que soit la saison, le rayonnement terrestre conduit à des températures du sol trop basses pour faire fonctionner un générateur thermoélectrique, mais l’on peut récupérer la chaleur contenue dans le sol pour chauffer les habitats…

Malheureusement, l’énergie solaire absorbée est beaucoup moins importante l’hiver que l’été, tant par l’intensité du flux solaire que par sa durée. Et c’est pourtant l’hiver où l’on a le plus besoin de chaleur…

 

2 – Comment exploiter cette ressource thermique ?

Deux grandes techniques sont utilisées.

La plus ancienne est le puits provençal (ou son équivalent canadien). Il consiste à puiser la chaleur du sol par un réseau de canalisations, dans lequel l’air circule par convection naturelle, pour tempérer les habitations : les réchauffer l’hiver et les rafraîchir l’hiver. Ce procédé statique ne consomme aucune énergie pour fonctionner. L’apport calorique est appréciable, mais il ne suffit pas à fournir un confort thermique en hiver. Toutefois, il réduira notablement les besoins de chauffage d’appoint.

La seconde consiste à coupler une pompe à chaleur à un réseau de captage, semblable dans le principe au puits provençal. Celle-ci permet d’atteindre la température souhaitée.

L’attrait de la pompe à chaleur est sa consommation d’énergie environ 3 fois plus faible qu’un convecteur électrique, pour la même température d’usage…

Toutefois, le bilan énergétique est moins intéressant qu’il paraît. Sauf (rare) exception, la pompe à chaleur est alimentée par le réseau électrique. Que ce soit les centrales thermiques ou nucléaires le rendement des générateurs électriques est au mieux de l’ordre de 30 à 35 %…

La pompe à chaleur ne fait que récupérer plus ou moins l’énergie perdue en amont pour la faire fonctionner…

On a donc une chaîne énergétique complexe [centrale électrique + captage géothermique + pompe à chaleur] qui présente un bilan énergétique similaire à celui d’une simple chaudière à condensation…

La fiscalité différente entre le kilowatt-heure électrique et son équivalent en carburant (fuel ou gaz) et les aides de l’État en faveur de certaines solutions technologiques innovantes conduisent à un bilan financier différent…

L’utilisation de ces leviers incitatifs conduit souvent à des choix individuels qui ne correspondent pas à une optimisation du bilan énergétique global. Elle occasionne des dépenses d’investissement, sans réel gain énergétique en retour, qui seraient mieux employées ailleurs.

(Climat & Avenir : 30 novembre 2017)

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3 réponses à Géothermie de surface

  1. Gaston Marguerite dit :

    Au vu de cette étude approfondie je constate que ce soit par l’utilisation de la géothermie tellurique ou de surface, par des centrales nucléaires , au gaz ou à la biomasse, c’est toujours réchauffer notre atmosphère… Mais comment produire l’énergie dont on a tant besoin sans produire aussi des calories ?
    Je penche pour l’utilisation massive des marées et le photovoltaïque et à l’éolien en attendant ….
    Je pense aux gaspillages d’énergie qui restent à estimer…

    • Climat & Avenir dit :

      C’est une bonne question. Le problème du réchauffement climatique pose en effet la question de l’exploitation des sources de chaleur au sein de notre biotope. Il est important de bien poser les bases du problème pour chercher des solutions pertinentes. Il y a malheureusement une forte propension à vouloir brûler les étapes. En quoi la voiture électrique apporte-t-elle une réponse au réchauffement climatique, par exemple ? Cela ne fait que repousser le problème. Et nous n’avons plus de temps à perdre.
      Les prochains articles répondront en partie à votre question, qui reste hélas encore ouverte…

      Pour faire court, il ne faut rien ajouter au flux thermique de refroidissement de la Terre !
      Cela ne nous donne qu’une alternative : exploiter l’énergie reçue du Soleil. Hélas, il y a trop peu de travaux en ce sens.

      L’éolien n’a rien de nouveau. C’est la composante mécanique de l’énergie solaire, qui a permis les grandes découvertes des navigateurs du XV° siècle ou de moudre le blé de nos campagnes pendant des millénaires.

      La biomasse est également exploitée de tout temps pour le chauffage des habitats. Elle est la composante chimique de l’énergie solaire. Se pose la question de l’équilibre entre la consommation et sa régénération, d’une part, et entre l’exploitation des sols agraires et les besoins énergétiques… Pour cette raison, il faut être extrêmement prudent et parcimonieux vis-à-vis de cette ressource.

      Outre le problème structurel limitant du photovoltaïque, l’énergie nécessaire pour la fabrication des panneaux solaires est encore beaucoup trop importante par rapport à l’énergie produite en retour. Développer cette technologie de façon massive, en l’état actuel, conduit à une surexploitation de ressources endogènes (de ressources terrestres). Cette technologie devrait donc être réservée à des utilisations isolées et marginales…

      Il y a quelques (trop rares) travaux sur la photosynthèse et la production de carburants de synthèse (nous y reviendrons dans un futur article).

      Quant à l’énergie des marées que vous évoquez, elle ne provient pas du Soleil, mais de l’interaction gravitationnelle de la Terre, du Soleil et de la Lune. Exploiter cette énergie revient donc à déséquilibrer le bilan thermique de la planète au même titre que l’exploitation de la géothermie tellurique…

      Il pourrait être intéressant d’utiliser la chaleur des centrales électriques pour le chauffage urbain. Malheureusement, cette cogénération est rendue difficile par la concentration et la délocalisation de ces centrales par rapport aux habitats… Il faudrait peut-être repenser le développement urbain actuel.

  2. Erik dit :

    Le puits Canadien est très intéressant pour une construction neuve réellement conçue pour cela.
    En revanche, rien de convaincant ne semble exister pour le bâti ancien.

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