Zoom sur la géothermie et l'aérothermie
La géothermie et l’aérothermie sont des procédés faisant appel au principe de la pompe à chaleur. Ils offrent des solutions performantes pour produire de la chaleur à partir de l’énergie gratuite puisée dans l’environnement. L'air, l'eau ou encore la terre emmagasinent ainsi une grande quantité de chaleur, inépuisable et propre, sans cesse renouvelée par le soleil et l'eau de pluie. C'est cette énergie, prélevée gratuitement dans la nature, qui sert à chauffer votre logement à un coût très avantageux !
La pompe à chaleur capte pour vous cette énergie, sans altérer ni polluer votre environnement, et la redistribue dans votre maison pour maintenir une température constante, été comme hiver, d’environ 21°C selon votre choix et votre confort personnel.
Les différents principes de captage :
Captage horizontal
Le capteur horizontal, disposé en serpentin, est enterré entre 60 cm et 80 cm de profondeur suivant la situation géographique. Il est composé de tubes sous pression en polyéthylène ou en cuivre gainé de PVC dans lesquels circulent de l'eau glycolée ou du fluide frigorigène. Ce système nécessite une surface de terrain de 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer.
Captage vertical par sondes géothermiques
Le principe consiste à récupérer la chaleur en profondeur par l'intermédiaire d'une ou plusieurs sondes géothermiques. Les sondes géothermiques sont des capteurs installés dans des forages de 80 à 100 m de profondeur. Ce sont des tubes sous pression en polyéthylène haute densité dans lesquels circule de l'eau glycolée.
Captage sur nappe phréatique
Le circuit capte la chaleur de l'eau de la nappe phréatique grâce à un puits ou un forage d'une profondeur de 6 à 30 m en général. La température de l'eau de nappe étant constante et relativement élevée (en général entre 9 et 12°C), c'est le système le plus performant avec des COP importants. C'est également le système qui nécessite le plus de précautions avant réalisation et présente toujours une part d'incertitude quant à la présence d'eau en débit et en qualité suffisants. Afin de respecter la réglementation sur l'eau, un deuxième puits doit être réalisé en aval de l'écoulement de la nappe phréatique, pour le rejet de l'eau après captage des calories.
Captage aérien
Le captage aérien est assuré par un groupe situé à l'extérieur de l'habitation, composé d'un compresseur frigorifique, d'un échangeur à tubes ailetés et de ventilateur(s). Ce groupe peut être relié à un module intérieur hydraulique alimentant les émetteurs de chaleur (plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs). On parle alors d'aérothermie air/eau. Il peut également être relié directement par liaisons frigorifiques à des unités intérieures ventilées dans chaque pièce : il s'agit alors d'aérothermie air/air.
Fonctionnement de la pompe à chaleur
Le procédé de la pompe à chaleur a fait l'objet d'un brevet déposé en 1913 par un ingénieur suisse, M. Zoelly. La pompe à chaleur fonctionne sur le même principe qu'un réfrigérateur, mais produit l'effet inverse : de la chaleur ! Cette production de chaleur nécessite très peu d'énergie électrique et l'utilisation d'un fluide frigorigène dont le changement d'état permet de transférer les calories du milieu extérieur vers votre logement.
Le circuit frigorifique de la pompe à chaleur est composé de 4 éléments principaux :
- L’évaporateur : c’est l’échangeur qui permet de capter les calories dans le milieu extérieur (sol, air, eau).
- Le compresseur : il permet de comprimer et de faire circuler le fluide frigorigène dans le circuit.
- Le condenseur : c’est un échangeur permettant de restituer l'énergie prélevée au niveau de l’évaporateur et du compresseur, vers le circuit d’émission de chaleur (plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs).
- Le détendeur : il fait chuter la pression du fluide frigorigène après le condenseur pour le ramener à l’état initial avant d’entrer dans l’évaporateur.
C’est grâce aux propriétés thermodynamiques exceptionnelles du fluide frigorigène que d’importants échanges de chaleurs sont mis en jeu, assurant à la pompe à chaleur ses performances si intéressantes. En effet, lorsqu’il traverse l’évaporateur, le fluide frigorigène se trouve dans des conditions de pression et de température lui permettant de s’évaporer au contact du milieu extérieur. L’évaporation de ce fluide donne lieu à un transfert d’énergie (Q1) très important, et totalement gratuit.
Lorsqu’il traverse le compresseur, le fluide frigorigène subit une élévation de pression et de température, lui permettant de modifier ses propriétés thermodynamiques avant d’entrer dans le condenseur.
Le compresseur a besoin d’énergie électrique pour fonctionner. Cette quantité d’énergie électrique (Q2), est la seule part d’énergie payante nécessaire au fonctionnement du système.
En traversant le condenseur, le fluide frigorigène se retrouve au contact du circuit des émetteurs de chauffage. Ses nouvelles propriétés thermodynamiques obtenues après le passage dans le compresseur lui permettent de se condenser au contact du circuit d’eau de chauffage. La condensation de ce fluide donne lieu à un transfert d’énergie (Q3) vers le circuit de chauffage.
Le fluide frigorigène circule ensuite à travers le détendeur, qui joue le rôle inverse du compresseur, en faisant chuter sa pression et sa température pour le ramener à l’état initial avant d’entrer dans l’évaporateur.
Un bilan énergétique du système permet d’obtenir la formule suivante : Q3 = Q1 + Q2
Ainsi la pompe à chaleur permet de couvrir 100 % des besoins de chauffage d'un logement en consommant seulement 25% d'énergie électrique, les 75% restants étant puisés gratuitement dans l'environnement tout en le préservant. Bien sûr, ces données peuvent varier selon la source d'énergie extérieure (sol, air ou eau) et les conditions de fonctionnement.
La notion de Coefficient de Performance (COP) permet de mesurer l’efficacité de la pompe à chaleur. C’est le rapport entre la quantité d’énergie restituée sur le circuit de chauffage (Q3), et la quantité d’énergie payante consommée par le compresseur (Q2). COP = Q3 / Q2. Plus le COP est élevé, plus la consommation est faible.
