Forage géothermique : quelle profondeur ?

A quelle profondeur creuser pour de la géothermie ? Quelle est la profondeur idéale d’une sonde géothermique pour chauffer un logement ? La géothermie, littéralement chaleur de la terre, valorise l’énergie thermique du sous-sol ou d’une nappe d’eau souterraine. Plus on descend, plus la chaleur du sol ou de l’eau augmente.

Les profondeurs de forage en géothermie

Le système de géothermie valorise l’énergie thermique du sous-sol ou des nappes d’eau souterraines à différentes profondeurs :

• Géothermie très basse température : jusqu’à 200 m de profondeur avec des températures inférieures à 30 °. Elle est aussi appelée géothermie de minime importance (GMI) et c’est elle qui est exploitée dans l’habitat individuel ou collectif et le tertiaire par le biais de pompes à chaleur (PAC).
• Géothermie basse température : entre 1 000 et 2 500 m de profondeurs avec des températures comprises entre 30 et 90°. Utilisation directe de la chaleur pour alimenter un réseau de chauffage urbain, le chauffage de serre, de piscine, l’aquaculture, etc.
• Géothermie moyenne température : températures au-delà de 90°. Utilisations identiques à celles de la géothermie basse température.
• Géothermie haute température : température au-delà de 150° pour produire de l’électricité.

Quelle est la profondeur d’une sonde géothermique verticale (SGV) ?

La sonde géothermique (tube en U ou double U, spirale, sonde coaxiale) est implantée dans un forage. Dans la sonde circule un fluide caloporteur (généralement de l’eau glycolée) qui va récupérer l’énergie thermique contenue dans le sol pour la transmettre à une pompe à chaleur (PAC géothermique). Le puits de forage est rebouché, à partir du bas, grâce à l’injection d’un coulis de bentonite (une argile plastique étanche) ou d’un coulis amélioré. Il ne doit pas rester de poche d’air dans le puits pour éviter toute perte thermique.

La longueur de la sonde et donc la profondeur du forage dépendent de 2 facteurs :

• Les besoins énergétiques du logement. Ceux-ci dépendent de la surface à chauffer et du niveau d’isolement (moins l’habitation est isolée, plus le besoin en chauffage est important). Si la PAC géothermique doit assurer la production d’eau chaude sanitaire (ECS) et/ou chauffer une piscine, il faut en tenir compte dans son dimensionnement.
• La capacité thermique du sous-sol. Elle dépend de sa nature géologique.

Sachant que la puissance moyenne d’extraction de chaleur pour un capteur vertical est de 45 W par mètre linéaire, dans un forage de 100 m de profondeur, la sonde va extraire 4.5 kW. Cette moyenne vaut pour un fonctionnement de 1 800 h par an de la PAC. Si la PAC fonctionne plus, le terrain sera plus sollicité et la puissance extraite sera moindre.

Comment se calcule la profondeur d’un forage pour une SGV ?

La profondeur plus ou moins importante du forage doit permettre de récupérer suffisamment d’énergie thermique pour faire fonctionner la PAC de manière optimale. Lorsqu’il faut creuser trop profondément ou pour chauffer un bâtiment de grande superficie, plusieurs SGV sont mises en place (champs de sonde pour chauffer ou rafraichir des logements collectifs ou des bâtiments du tertiaire).

Le calcul de la profondeur idéale se fait à l’aide de diagramme de profondeur pour la géothermie qui donne la puissance spécifique maximale extractible dans le sol en Watt par mètre (W/m) et de feuilles de calcul ou de logiciels spécifiques.

Toutes ces méthodes tiennent compte :

• Des propriétés du sous-sol : tous les sols n’ont pas la même conductivité thermique,
• De la sollicitation thermique du sous-sol c’est-à-dire du nombre d’heures annuelles d’utilisation de la PAC en chauffage et en rafraichissement,
• Des caractéristiques du forage (type de sonde, propriété du fluide caloporteur, conductivité du coulis de remplissage du puits, etc),
• Des caractéristiques du champ de sondes : nombre de sondes et espacement.

En fonction des caractéristiques propres à chaque terrain, la profondeur du forage peut varier du simple au double pour les mêmes besoins en chauffage et en rafraichissement. C’est pourquoi, il est très important que ces calculs soient réalisés par des professionnels spécialisés en forage et en installation géothermique. La réglementation actuelle impose au foreur une qualification comme RGE Quali’Forage.

Capteur de géothermie enterré : forage sous-évalué ou surévaluer

Sous-évaluer la profondeur d’un forage géothermique entraine une surexploitation du sous-sol qui n’aura pas le temps de se régénérer. Le rendement du forage sera de moins en moins bon, la PAC va surconsommer et peut même se mettre en sécurité, si la température de retour d’eau est trop basse.

Surévaluer la profondeur du forage, ne fera qu’augmenter la facture de l’installation sans rien apporter de plus en matière de performance.

Quelle est la profondeur d’une sonde géothermique sur nappe ?

Le principe de fonctionnement de la géothermie sur aquifère ou sur nappe d’eau souterraine est identique à celui de la GSV sauf qu’elle exploite l’énergie thermique non du sous-sol mais de l’eau qu’il contient. Par contre, elle nécessite le forage de 2 puits : un puits de captage et un puits de restitution par lequel l’eau est renvoyée dans la nappe.

La profondeur du forage est fonction de la profondeur de la nappe : généralement entre 10 et 30 m. Au-delà de 30 m, la consommation énergétique de la pompe de puisage, impacte les performances du système.

Pour aller plus loin : Connaître le prix d'un forage géothermique.