Géocooling

Géocooling

Solution grise
Utilise la fraîcheur du sol pour la diffuser dans les bâtiments

La géothermie, souvent utilisée pour le chauffage des bâtiments, constitue également une solution efficace pour les rafraîchir. Méthode de rafraîchissement naturel, le géocooling exploite la température constante du sous-sol (en France, 8°C à 16°C environ et stable à partir de 8-10 mètres de profondeur) en faisant circuler un fluide caloporteur dans un échangeur géothermique enterré relié aux émetteurs du bâtiment, sans utiliser de pompe à chaleur. Ce système a de multiples avantages : il peut répondre à l’intégralité des besoins de rafraîchissement des bâtiments pour des consignes à 26-28°C dans le cas de dimensionnement adapté, réduit la consommation d'électricité et permet de stocker la chaleur capturée en été dans le sous-sol pour une utilisation ultérieure en hiver. De plus, il est adaptable aux besoins en intersaison pour des rafraîchissements légers ou en complément d’une ventilation naturelle en été. Simple à mettre en œuvre dans les constructions neuves ou en rénovation (sous réserve d’émetteurs adaptés), le géocooling est une solution mature qui permet d’assurer le confort thermique des usagers en atténuant le phénomène d’îlot de chaleur urbain, la chaleur prélevée étant stockée dans le sous-sol.

Baisse médiane de la température intérieure
-4°C

Délai des travaux
de 6 à 12 mois

Coût
de 100 à 125 € HT / MWh

Réduire les consommations énergétiques
Réduire les consommations énergétiques
Améliorer le bien-être et la santé
Améliorer le bien-être et la santé
Réduire les nuisances sonores
Réduire les nuisances sonores

Pourquoi rafraîchir un bâtiment grâce au géocooling ?
  • Alternative viable aux systèmes de climatisation, le géocooling améliore le confort thermique des usagers avec une grande efficacité énergétique.
  • Le géocooling permet de réduire l’effet d’ICU car la chaleur est rejetée dans le sous-sol et non dans l’air. 
  • Ce système de rafraîchissement passif nécessite une consommation électrique minime qui se limite à l'alimentation d'une pompe de circulation d'eau à très faible consommation énergétique.

Rafraîchissement attendu
  • Une étude réalisée par l’Office fédéral de l’énergie suisse (OFEN) montre qu’il est possible de maintenir la température inférieure à 26.5°C à l’intérieur d’un bâtiment, exception faite des jours de canicules (2008). 
  • Pour 1 kWh d’électricité consommée (par le circulateur ou la pompe hydraulique), il est possible de produire jusqu'à 50 kWh de froid selon le guide Clés pour Agir consacré à la Géothermie publié par l’Ademe (2019).
  • Selon une étude conjointe de l’Ademe et du BRGM, le géocooling permet de maintenir une température de 26°C à l’intérieur des bâtiments quand la température extérieure est de 32°C. 

En savoir plus
  • Découvrir la plateforme dédiée aux géothermies proposée par l’Ademe et le BRGM 
  • Consulter l’ouvrage “Chauffer et rafraîchir avec une énergie renouvelable” dédié à la géothermie publié par l’Ademe (2017)
  • Découvrir la vidéo du retour d’expérience de la Communauté d'Agglomération de Haguenau (67) en matière de géocooling (2023)
  • Lire l’article “La géothermie, une solution à la hausse des températures” paru sur le site de Connaissance des énergies (2020) 
Découvrir les projets réalisés
Consultez les retours d’expériences de collectivités qui ont mis en place cette solution.

Crédits

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Matériaux et coûts

Sonde géothermique verticale
Sonde géothermique verticale

Échangeur de chaleur constitué de tubes de polyéthylène insérés verticalement dans un forage d’environ 150 mm de diamètre et à une profondeur pouvant atteindre 200 mètres. Chaque sonde est composée d’un tube en double U au sein duquel circule un fluide caloporteur (généralement de l’eau glycolée). Les tubes sont scellés par une cimentation pour optimiser les échanges thermiques entre le fluide caloporteur et le sous-sol. Lorsque plusieurs sondes sont mises en place, on parle de champ de sondes géothermiques.

70 - 140 € HT / mètre linéaire
(fourniture et pose)

Corbeille géothermique
Corbeille géothermique

Dispositif d'échange thermique compact qui adopte souvent une forme de ressort cylindrique ou conique. Situés entre 1 et 10 mètres sous la surface du sol, ces systèmes offrent une alternative aux capteurs horizontaux et verticaux. Leur installation ne requiert pas de forage et ils sont positionnés à des profondeurs où la température du sol reste relativement stable tout au long de l'année, permettant ainsi de maintenir une bonne efficacité de l'échange thermique.

1 500 - 2 500 € HT / unité
(fourniture et pose)

Fluide caloporteur
Fluide caloporteur

Fluide spécialement conçu pour véhiculer efficacement l'énergie thermique depuis son point de production jusqu'à son point d'utilisation, ou pour évacuer la chaleur excédentaire. Si l’installation géothermique produit exclusivement du froid, il est possible d’utiliser simplement de l’eau, en la maintenant en profondeur hors gel.

Information de coût non disponible

Forage sur nappe
Forage sur nappe

Le géocooling sur nappe d’eau souterraine est possible. Sa réalisation doit mobiliser un bureau d’études sous-sol qui s’appuiera sur des données cartographiques précises (par exemple les bases de données proposée par le BRGM) pour évaluer la ressource et dimensionner l’ouvrage.

300 - 1 700 € HT / mètre linéaire
(fourniture et pose)

Pompe à chaleur
Pompe à chaleur

Même si elle n’est pas sollicitée, la mise en place d’une pompe à chaleur géothermique est souvent un préalable au déploiement de la solution géocooling, l’installation étant généralement conçue également pour chauffer en hiver. Le coût d'une pompe à chaleur géothermique varie en fonction de la gamme de puissance désirée. 

300 - 800 € HT / kW
(fourniture et pose)


Coût d'entretien
Coût d'entretien

Ceux-ci dépendent du type d’échangeur utilisé pour le rafraîchissement par géocooling (forage sur nappe d’eau souterraine, sondes géothermiques verticales ou corbeilles géothermiques).

8 - 10 € HT / MWh
par an

Mise en œuvre et travaux

Bilan thermique

Un bilan thermique est une évaluation complète visant à appréhender l'état énergétique d'un bâtiment. Cette étude fournit une vision claire des performances énergétiques actuelles, et guide les maîtres d'ouvrage vers des solutions prioritaires propices à des économies d'énergie substantielles. Cette démarche est essentielle avant d'installer des systèmes de géothermie et doit être réalisée avec l'accompagnement d'un professionnel indépendant. 

Dimensionnement du système

Pour garantir l'efficacité et la fiabilité d'un système de chauffage et de refroidissement géothermique, une étude de dimensionnement approfondie est essentielle. Il faut prendre en compte les conditions géologiques locales, déterminer les besoins thermiques spécifiques du bâtiment et les variations de température de fonctionnement (températures minimum et maximum permises dans les sondes géothermiques). L'optimisation du système nécessite un équilibre délicat entre efficacité et marge de sécurité, avec une conception flexible pour s'adapter aux variations des conditions d'exploitation. Les simulations sont importantes pour évaluer la sensibilité du système et concevoir des solutions offrant une meilleure flexibilité et un contrôle accru.

Rénovations préalables

Avant de remplacer le système de rafraîchissement ou de refroidissement existant, il est important de réduire les pertes d’énergie en isolant la toiture et les parois du bâtiment. Le traitement des ponts thermiques (zone de rupture de l’isolation) permet aussi de diminuer les besoins en froid. Pour la rénovation énergétique de leurs bâtiments, les collectivités peuvent faire appel aux spécialistes énergies renouvelables et bâtiments des directions régionales de l’Ademe qui peuvent aider au financement d’études. 

Mutualiser les besoins de plusieurs bâtiments

Pour les nouveaux aménagements urbains, il est intéressant d’étudier le recours au géocooling sous forme de réseaux de froid ou de boucle d’eau tempérée à énergie géothermique (BETEG). La mutualisation de la ressource géothermique et des besoins concomitants en froid des bâtiments raccordés via un réseau de distribution ou une boucle permet d’éviter de solliciter les machines de production et de limiter la consommation d’électricité à grande échelle.

Choisir le système géothermique adapté aux besoins du bâtiment

Lors de l'intégration d'un système de géocooling dans la conception énergétique d'un bâtiment, deux aspects majeurs doivent être considérés : son intégration et son dimensionnement. Une intégration optimale vise à utiliser des températures minimales pour le chauffage et des températures maximales pour le refroidissement. Quant au dimensionnement, il assure la viabilité technique à long terme en respectant les contraintes sur la température du fluide circulant dans les sondes. Si la totalité des besoins de refroidissement doit être couverte par le géocooling, il est très important de pouvoir refroidir le bâtiment avec une « haute température » (de préférence supérieure à 20 °C), et par conséquent de concevoir les équipements de refroidissement adaptés (Pahud, 2003 ; Pahud et Lachal, 2005). 

Engager les démarches nécessaires (réglementations)

Pour planifier au mieux une installation géothermique, il est essentiel de comprendre les réglementations entourant les travaux de forage et de terrassement. Les forages géothermiques sont soumis à des réglementations nationales et locales, et doivent être réalisés par des entreprises  qualifiées. Les codes minier et de l'environnement régissent la réalisation des forages, exigeant des déclarations ou des autorisations en fonction de la profondeur des forages, de la puissance prélevée dans le sous sol et/ou du volume d'eau prélevé. La Géothermie de Minime Importance (GMI) offre une réglementation simplifiée pour certains ouvrages, excluant du code minier ceux de moins de 10 mètres de profondeur et instituant un régime déclaratif allégé. Depuis 2017, le géocooling est pris en compte dans la réglementation thermique de 2012 (RT 2012) via la procédure dite de Titre V.

Solliciter une aide financière

Le Fonds chaleur renouvelable accompagne financièrement la réalisation d’installations de pompes à chaleur géothermiques et la production de rafraîchissement par géocooling (voir la fiche Conditions d'Éligibilité et de Financement : Géothermie de surface). L’aide du Fonds chaleur au rafraîchissement par géocooling est de 260 € / MWh (pour les installations inférieures à 2 000 MWh d’EnR / an). En amont des aides aux investissements, le Fonds chaleur peut être également mobilisé pour financer les études d’accompagnement de projet de géothermie. Des aides locales sont disponibles, notamment au niveau régional.

Installer le système de géocooling

Il est impératif de confier la conception et la réalisation de l’installation des systèmes géothermiques à des professionnels spécialisés et qualifiés RGE Etudes et Travaux qui les mettront en œuvre selon les normes en vigueur.

Maintenance

Dans le cas d'un système de géocooling utilisant des sondes géothermiques, l'entretien est limité, tandis que pour ceux exploitant des nappes phréatiques, il est nécessaire de vérifier régulièrement l’état des forages d'eau et de leur équipement. 

Bien que le système de rafraîchissement par géocooling requiert peu de maintenance, il est recommandé de souscrire à un contrat de surveillance annuelle de l'installation géothermique, assuré par un professionnel qualifié.

Points de vigilance
  • Pour que le géocooling fonctionne efficacement, la température du sol doit être plus basse que la température nécessaire pour le refroidissement du bâtiment. Par exemple, si la température du sol est de 10 °C, un bâtiment qui nécessite un refroidissement entre 12 °C et 7 °C ne pourra pas utiliser le géocooling. En revanche, un bâtiment qui nécessite un refroidissement entre 18 °C et 13 °C pourra en bénéficier.
  • L’utilisation de la fraîcheur (ou de la chaleur) du sous-sol varie en fonction de la saison. Il est donc fréquent que le géocooling ne couvre qu'une partie des besoins en climatisation, le plus souvent en intersaison. Lors de fortes chaleurs, lorsque le géocooling seul ne suffit plus, une pompe à chaleur géothermique (PAC) fonctionnant en mode réversible peut prendre le relais pour fournir la puissance de refroidissement nécessaire. Lorsque le géocooling est couplé à une PAC, la production de froid n’est requise qu’en cas de besoin exceptionnel. La climatisation via une PAC géothermique ne contribue pas aux îlots de chaleur urbain.
  • Les coûts d’installation et de maintenance sont étroitement déterminés par le choix des matériaux et des sources de fraîcheur choisies, qu'il s'agisse de sondes, de nappes phréatiques, de corbeilles géothermiques, etc. 
  • Le recours au géocooling ne dispense pas le gestionnaire du bâtiment de combiner cette solution avec d'autres mesures : cela peut inclure l'utilisation de brasseurs d’air, de dispositifs d'occultation comme les brise-soleil, entre autres exemples.
Financements
Aides-territoires
Consulter toutes les aides disponibles liées à cette solution sur Aides-territoires
Aides spécifiques par régions
Île-de-France

Consulter l’aide Chaleur et froid renouvelable 

Grand Est
Bourgogne-Franche-Comté

Consulter l’aide Bâtiment exemplaire (clôture 31/08/2024)

Provence-Alpes-Côte d'Azur
Guadeloupe
Nouvelle-Aquitaine
Oups !
Oups ! La solution que vous avez déployée ne fonctionne pas comme prévu ? Pas de panique !

Vous avez déployé une solution de géocooling mais elle ne suffit pas à rafraîchir suffisamment votre bâtiment lors de fortes chaleurs ?

Pas de panique !

Avant d’activer la pompe à chaleur en mode réversible pour produire du froid, il est possible d’améliorer la situation grâce à d’autres solutions passives. La combinaison du géocooling avec une ventilation naturelle optimisée ou la mise en place de brasseurs d’air, par exemple, permettent d’en renforcer le potentiel rafraîchissant immédiatement.

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