Approvisionnement en terre pour le chauffage et la climatisation des habitations-news-337

Sue Butler a décidé qu'il était temps de couper les ponts avec les combustibles fossiles. Aussi, lorsque sa vieille chaudière à gaz a dû être remplacée, elle s'est tournée vers la Terre pour trouver une solution.

Elle a installé un système géothermique - également appelé pompe à chaleur géothermique, pompe à chaleur à eau ou système d'échange géothermique - qui a récemment commencé à chauffer et à refroidir sa maison de Cambridge, dans le Massachusetts. Mme Butler a expliqué qu'elle était motivée par des raisons environnementales et des inquiétudes concernant le monoxyde de carbone provenant de la combustion du gaz naturel.

"Ce n'est pas beaucoup plus cher et je pourrais y arriver. De plus, cela signifie qu'il n'y a plus de combustion et que le bâtiment est débarrassé du carbone, ce qui est urgent", a-t-elle déclaré.

Les pompes à chaleur géothermiques existent depuis des décennies, mais chaque année, elles semblent attirer de plus en plus de propriétaires et d'organisations qui cherchent des solutions de remplacement au chauffage et à la climatisation traditionnels. Elles peuvent être raccordées à des systèmes existants d'air chaud et d'eau chaude, mais pas à des systèmes de chauffage à la vapeur.

Depuis 2006, l'université de Harvard, située à proximité, a installé six pompes à chaleur géothermiques dans le cadre de son initiative Green Campus. Les bâtiments administratifs et les installations sportives sont déjà en service et deux autres bâtiments sont prévus.

La salle des pompes d'un immeuble d'habitation à Fitchburg, Massachusetts.

(Crédit : MassInnovation)

Un promoteur immobilier, MassInnovation, a fait de la géothermie une partie intégrante de ses logements et immeubles de bureaux à thème écologique. Après avoir équipé un centre de vie pour personnes âgées de la géothermie, il prévoit maintenant de convertir ce qui était autrefois une gigantesque usine du XIXe siècle en l'une des plus grandes installations géothermiques de la Nouvelle-Angleterre, selon son PDG Robert Ansin.

Les personnes qui optent pour la géothermie s'y intéressent généralement parce qu'il s'agit d'une technologie d'énergie propre ou parce qu'elles cherchent à échapper aux prix des combustibles fossiles, explique Diona Roberg, directrice des opérations chez Water Energy Distributors, qui distribue les systèmes géothermiques de ClimateMaster.

"Les affaires sont incontrôlables, nous avons du mal à suivre", a déclaré M. Roberg. Environ la moitié des clients optent pour la géothermie afin de réduire les coûts de chauffage et de climatisation. Mais l'autre moitié "ne se soucie pas de ce que cela coûte, ils veulent juste faire de l'écologie", a déclaré M. Roberg. L'entreprise familiale a doublé de taille au cours des quatre dernières années.

Boucle ouverte et boucle fermée
À proprement parler, ce que l'on appelle souvent un "système géothermique" est une appellation erronée, car elle implique d'exploiter la chaleur de la terre, ce qui se fait déjà à grande échelle pour fournir de l'électricité aux services publics. Cette énergie géothermique - et son dérivé, la géothermie améliorée - ne fonctionne que dans certaines régions et fait appel à des technologies différentes.

Plutôt que d'utiliser la chaleur du sous-sol, les pompes à chaleur géothermiques installées sur les bâtiments exploitent la température constante du sol ou des puits d'eau profonde. En fait, elles traitent la Terre comme une gigantesque banque d'épargne énergétique, déposant ou retirant de la chaleur en fonction de la période de l'année.

Deux pompes à chaleur géothermiques superposées. La chaleur est extraite ou ajoutée à l'eau qui est pompée sous terre.

(Crédit : Martin LaMonica/china-heatpump.com)

Pendant l'été, les systèmes pompent la chaleur intérieure sous terre et utilisent les températures plus basses de la terre pour refroidir un bâtiment. Pendant les mois plus froids, le même processus fonctionne en sens inverse, la chaleur du sol étant utilisée pour réchauffer l'air intérieur.

À l'intérieur, il s'agit de pompes à chaleur en forme de caisson qui aspirent et poussent de l'eau ou un fluide de travail, tel que l'antigel, dans le sol et hors du sol. En utilisant le même mécanisme de boucle de compresseur qu'un réfrigérateur, un échangeur de chaleur tire l'énergie du liquide en circulation pour chauffer ou refroidir un bâtiment.

Il existe un certain nombre de configurations différentes pour les boucles de transfert de liquide : soit des puits d'eau de plusieurs centaines de pieds de profondeur, qui sont réputés être les plus efficaces, soit des serpentins qui peuvent être creusés à seulement quelques mètres sous terre. D'autres utilisent un plan d'eau, comme un étang, comme puits de chaleur.

Quel que soit le type, les pompes à chaleur géothermiques sont considérées comme l'un des modes de chauffage et de refroidissement les plus efficaces.

L'International Ground Source Heat Pump Association, basée à Stillwater, Oklahoma, affirme que la géothermie est de 50 à 70 % plus efficace pour le chauffage que les autres systèmes. Le ministère américain de l'énergie indique qu'une pompe à chaleur géothermique consomme de 25 à 50 % d'électricité en moins que les systèmes de chauffage et de refroidissement conventionnels.

Selon Mme Roberg, les coûts d'entretien des systèmes géothermiques sont deux fois moins élevés que ceux des systèmes de chauffage et de refroidissement traditionnels. Le retour sur investissement des systèmes géothermiques, qui était d'environ sept ans, est aujourd'hui généralement de quatre ans. Les mesures d'incitation fédérales en faveur des énergies renouvelables récemment adoptées comprennent désormais un crédit d'impôt de $2 000 par an.

Bord vert
Malgré ces avantages, le chauffage et le refroidissement géothermiques restent un produit de niche, avec environ 50 000 unités installées par an aux États-Unis, selon le ministère de l'énergie.

L'une des raisons est le coût initial. Au total, l'installation d'un système de chauffage et de refroidissement géothermique, y compris les conduits, est environ 50 % plus chère qu'un système à base de combustibles fossiles, a déclaré M. Roberg.

Le forage représente généralement la part la plus importante de la facture, car il peut coûter à lui seul des dizaines de milliers de dollars. Les pompes géothermiques elles-mêmes peuvent coûter entre $17 000 et $30 000, selon Butler.

Les experts avertissent que l'installation de ces systèmes est très spécifique à chaque site - une mauvaise installation des conduits, par exemple, peut conduire à un appareil peu performant.

En outre, certaines régions semblent mieux adaptées à la technologie de l'échange géothermique ; certains promoteurs ont signalé que les pompes qui passent la majeure partie de l'année à pomper la chaleur sous terre, et peu de temps à l'extraire, ne fonctionnent pas aussi bien au fil du temps.

Dans son analyse des six premiers systèmes géothermiques (cliquez pour le PDF), Harvard a identifié un certain nombre de difficultés d'installation liées à la conception des puits et à la compréhension des ressources en eau souterraines.

Le statu quo constitue un défi plus subtil. Les propriétaires qui ne connaissent pas les systèmes géothermiques installent ce que les entrepreneurs - qui ne connaissent pas non plus la technologie - leur recommandent.

M. Ansin, du promoteur MassInnovation, a été confronté à ce scepticisme institutionnel lors de la rénovation d'une usine de chaussures abandonnée à Fitchburg, dans le Massachusetts.

Il envisageait de consacrer une part importante de son budget global - environ $500 000 - à l'achat d'un four industriel standard et d'un refroidisseur lorsqu'il a rencontré par hasard un ami foreur qui lui a suggéré que les pompes à chaleur géothermiques pourraient être moins chères.

M. Ansin n'avait jamais entendu parler de la géothermie, mais une fois qu'il s'y est intéressé, il s'est rendu compte qu'elle pouvait être à la fois rentable et lui permettre de différencier ses bâtiments autrement que par leur emplacement. L'installation, appelée Anwelt Heritage Apartments, est présentée comme un bâtiment écologique qui utilise une pompe à chaleur géothermique et un panneau solaire.

Le système est environ deux fois moins cher que l'installation traditionnelle, a déclaré M. Ansin, qui est maintenant copropriétaire d'une entreprise de forage. Il répercute la baisse des coûts des services publics sur les habitants des 86 résidences, qui paient moins de la moitié de ce qu'ils payaient auparavant.

Il est très enthousiaste à l'égard de la technologie, mais admet que le secteur de la géothermie est immature par rapport au secteur traditionnel du chauffage et de la climatisation.

"Même si les pompes à chaleur et la climatisation géothermique existent depuis un certain temps, elles sont encore considérées comme un nouveau marché et, à ce titre, il n'y a pas assez d'entrepreneurs et d'ingénieurs", a-t-il déclaré, ajoutant qu'une installation peut nécessiter la coordination de différents entrepreneurs. "Malheureusement, tant qu'il n'y aura pas de solution à guichet unique, la climatisation ne sera pas aussi répandue qu'elle pourrait l'être.