Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur géothermique ?
La pompe à chaleur (PAC) géothermique est un appareil de chauffage, et éventuellement de production d’eau chaude sanitaire (ECS) et de climatisation.
Elle repose sur la géothermie, c’est-à-dire la chaleur de la terre. En effet, la terre emmagasine de la chaleur en surface (via le soleil, la pluie et le vent) et en profondeur (via les roches et le magma). Il s’agit d’une source d’énergie renouvelable, gratuite et locale.
La PAC géothermique puise les calories dans le sol à l’aide de capteurs et les transfère au circuit de chauffage central de la maison. Son fonctionnement repose sur un circuit fermé de fluide frigorigène, qui va traverser les 4 éléments suivants :
- L’évaporateur, qui utilise la chaleur du sol pour transformer le fluide frigorigène en gaz.
- Le compresseur, qui augmente la pression et la température du gaz.
- Le condenseur, qui transforme le gaz en liquide, et donc abaisse sa température. L’énergie libérée est transférée au circuit de chauffage.
- Le détendeur, qui réduit la pression du liquide pour favoriser son évaporation à venir.
Quels sont les avantages et les inconvénients d’une pompe à chaleur géothermique ?
Les avantages
Voici les avantages d’une PAC géothermique :
- il s’agit de la pompe à chaleur la plus performante du marché ;
- elle ne nécessite pas de chauffage d’appoint ;
- grâce à la température constante de la terre, elle est adaptée à tous les climats ;
- propre, elle émet peu de CO2 ;
- elle peut servir de climatisation et chauffer l’eau sanitaire ;
- elle n’encombre pas la maison et ne nécessite pas de stockage de combustible ;
- elle est éligible aux aides financières.
Les inconvénients
Et voici ses inconvénients :
- elle est coûteuse à l’achat ;
- elle est difficile à mettre en œuvre, notamment à cause du forage ;
- son installation nécessite des démarches administratives ;
- il existe peu d’entreprises spécialisées ;
- ses composants sont particulièrement sensibles aux coupures de courant et aux remises sous tension ;
- en cas de fuite, le fluide frigorigène devient un gaz à effet de serre nocif pour l’environnement.
Quels sont les différents types de captages ?
La pompe à chaleur géothermique repose sur un réseau de capteurs enterré dans le sol de votre jardin. Le captage peut être horizontal ou vertical.
Le captage horizontal
Le captage horizontal consiste en des tubes enterrés entre 60 et 120 cm de profondeur. Ils forment un circuit fermé dans lequel circule de l’eau glycolée ou du fluide frigorigène.
Il permet de capter 20 à 25 W de puissance par mètre carré. Pour le dimensionner, il faut compter 1,5 à 2 fois la surface à chauffer.
Moins onéreux et plus facile à mettre en place, le captage horizontal requiert beaucoup de surface de terrain et il est plus sensible à la météo.
Le captage vertical
Le captage vertical peut suivre deux principes différents :
- le captage vertical au sol : dans ce cas, la sonde géothermique est insérée dans un forage de 50 à 150 m de profondeur. Il faut compter 1 à 3 forages pour chauffer une maison individuelle. La puissance captée est de 45 W par mètre linéaire ;
- le captage vertical en eau : si le logement est situé à proximité d’une nappe phréatique, il est possible de capter les calories depuis cette dernière. Il faut alors prévoir un premier forage pour capter la chaleur de l’eau et un deuxième pour rejeter l’eau froide dans la nappe. La puissance dépend du débit prélevé (entre 1 à 3 m3/h).
Le captage vertical nécessite moins d’espace puisque chaque sonde géothermique occupe environ 1 m2. Il offre une température constante, et s’adapte donc aux régions plus froides.
En revanche, il est plus onéreux et requiert des démarches administratives assez conséquentes. De plus, les entreprises spécialisées sont plus rares.
À noter : vous pouvez également faire le choix des corbeilles géothermiques, à mi-chemin entre les capteurs horizontaux et les capteurs verticaux. Elles sont constituées de tubes en spirale enterrés à moins de 5 m de profondeur. Il faut prévoir 5 à 10 corbeilles pour chauffer une maison individuelle.
Quels sont les différents types de pompes à chaleur géothermiques ?
PAC sol-sol ou système à détente directe
Dans la PAC sol-sol, le fluide frigorigène circule dans les capteurs et dans le chauffage.
Ce système est compatible avec les capteurs horizontaux. Il permet d’alimenter un plancher chauffant spécifique.
Avantages :
- moins onéreuse ;
- plus facile à mettre en œuvre.
Inconvénients :
- contient beaucoup de fluide frigorigène, peu respectueux de l’environnement ;
- permet uniquement d’alimenter un plancher chauffant ;
- non réversible ;
- requiert une grande surface de terrain.
PAC sol-eau ou système mixte
Dans la PAC sol-eau, le fluide frigorigène circule dans les capteurs, mais pas dans le circuit de chauffage et d’ECS. Il existe deux circuits différents.
Ce système est compatible avec les capteurs horizontaux. Il permet d’alimenter tout type d’émetteur : plancher chauffant, radiateur, ventilo-convecteur, ballon d’eau chaude, etc.
Avantages :
- moins onéreuse ;
- compatible avec tout type d’émetteur.
Inconvénients :
- contient beaucoup de fluide frigorigène ;
- non réversible ;
- requiert une grande surface de jardin.
À noter : les deux PAC précédentes sont de moins en moins commercialisées. Et pour cause, elles utilisent plus de fluide frigorigène, qui sont d’importants gaz à effet de serre en cas de fuite. Aujourd’hui, on privilégie les systèmes à fluide intermédiaire.
PAC eau-eau ou système à fluide intermédiaire
Ce type de pompe à chaleur géothermique est plus complexe, mais aussi plus efficace. Il comprend trois circuits distincts : un pour les capteurs, un pour la pompe et un pour le circuit de chauffage ou d’ECS. Il repose sur l’utilisation d’eau glycolée ou d’eau provenant d’une nappe phréatique, sans danger pour l’environnement. Le fluide frigorigène est limité à l’échange de chaleur.
La PAC eau-eau est parfois présentée comme un système aquathermique ou hydrothermique. Néanmoins, on peut également la classer parmi les pompes à chaleur géothermiques, car l’énergie provient bien de la terre.
La PAC eau glycolée-eau est compatible avec les capteurs horizontaux et les capteurs verticaux au sol. La PAC eau-eau (nappe phréatique) est compatible avec les capteurs verticaux en eau. Les deux systèmes permettent d’alimenter tout type d’émetteur.
Avantages :
- contient peu de fluide frigorigène ;
- est compatible avec tout type d’émetteur ;
- permet de rafraîchir le logement en été ;
- requiert peu de surface de terrain si le captage est vertical.
Inconvénients :
- plus onéreuse ;
- plus difficile à mettre en œuvre.
Comment évaluer les performances d’une pompe à chaleur géothermique ?
Un indicateur à connaître : le COP
Le COP (coefficient de performance) désigne le rapport entre l’énergie thermique produite et l’énergie électrique consommée. Il correspond à un rendement supérieur à 100 %, car les pompes à chaleur produisent plus d’énergie qu’elles n’en consomment.
Le COP est généralement compris entre 3 et 7. Par exemple, un COP de 5 signifie que la PAC consomme 1 kWh d’électricité pour restituer 5 kWh de chaleur. Plus cet indice est élevé, plus l’appareil est performant.
Le COP est indiqué sur l’étiquette énergie du produit.
Les spécificités de la PAC géothermique
Comme la température du sol varie peu, la pompe à chaleur géothermique offre des performances constantes sur l’année.
Par ailleurs, ses performances sont plus élevées lorsque la différence entre la température du sol et la température du chauffage est faible. Il faut donc privilégier les émetteurs de chaleur à basse température, comme les planchers chauffants et les radiateurs basse température.
Le confort thermique
Grâce à la constance de ses performances, la pompe à chaleur géothermique offre un confort thermique optimal tout au long de l’année. De plus, le plancher chauffant et les radiateurs basse température diffusent une chaleur douce et homogène.
Enfin, les PAC à fluides intermédiaires permettent également de rafraîchir votre logement en été. Comme cette énergie est presque gratuite, on parle de « freecooling ».
Comment installer et entretenir une pompe à chaleur géothermique ?
Installation
Pour installer une PAC géothermique, il faut faire appel à une entreprise spécialisée. L’installateur doit être labellisé RGE QualiPAC afin de bénéficier des aides financières. N’hésitez pas à demander plusieurs devis pour obtenir une offre intéressante.
Le dimensionnement de votre PAC est réalisé par le professionnel. Il réalisera un bilan thermique de votre logement, en prenant en compte différents paramètres :
- le volume à chauffer ;
- la qualité de l’isolation ;
- la différence entre la température souhaitée à l’intérieur et la température extérieure (sur les jours les plus froids de l’année).
Il vérifiera aussi la faisabilité de votre projet, notamment en vérifiant la compatibilité avec votre chauffage central et vos émetteurs de chaleur. Notez qu'en rénovation, l'installation d'une PAC géothermique peut entraîner des coûts importants, en particulier pour le forage et l'aménagement extérieur.
Entretien
Une PAC géothermique doit être contrôlée :
- tous les 2 ans si sa puissance est comprise entre 4 et 70 kW ;
- tous les 5 ans si sa puissance est supérieure à 70 kW.
Ce contrôle doit être confié à un artisan qualifié. Vous pouvez souscrire un contrat d’entretien auprès de votre installateur.
Le coût de l’intervention est généralement compris entre 150 et 250 €.
Un point sur la réglementation
Si vous souhaitez installer un système de captage horizontal, il vous suffit d’obtenir une autorisation auprès de votre mairie.
En revanche, un système à captage vertical nécessite une démarche auprès de la DRIRE (direction régionale de l’industrie, de la recherche et de l’environnement).
Quel est le coût d’une pompe à chaleur géothermique ?
Le prix de la fourniture et de la pose
Le prix d’une pompe à chaleur géothermique dépend de plusieurs critères, en particulier :
- le type de PAC ;
- le nombre et la profondeur des forages ;
- le sol de votre terrain ;
- l’état et la nature de vos émetteurs.
En général, le prix d’une PAC avec captage horizontal est compris entre 10 000 et 20 000 € et le prix d’une PAC avec captage vertical est compris entre 15 000 et 25 000 € (fourniture et pose comprises).
Il s’agit d’un investissement important, mais il peut être amorti grâce aux aides financières et aux économies sur la facture d’énergie.
Les aides financières
La pompe à chaleur géothermique étant un système écologique, le gouvernement incite son installation. Ce type de système est donc éligible aux aides financières à la rénovation énergétique :
- MaPrimeRénov’ : attribuée par l’Anah, elle permet de recevoir jusqu’à 10 000 € en fonction de la catégorie de revenus ;
- la prime CEE : elle est attribuée par les fournisseurs d’énergie dans le cadre du dispositif des CEE (certificats d’économie d’énergie). Elle est complémentée par la prime Coup de pouce chauffage du gouvernement, dont le montant passe à 5 000 € en 2023 pour toutes les catégories de revenus ;
- l’éco-PTZ : il permet d’emprunter jusqu’à 30 000 € sans intérêt et sans avance de trésorerie ;
- la TVA à taux réduit à 10 % ;
- éventuellement, les aides locales (à consulter sur le site de l’Anil).
Le retour sur investissement
La PAC géothermique permet de réaliser jusqu’à 70 % d’économies sur la facture annuelle de chauffage.
Selon le ministère de la Transition écologique, elle permet d’économiser 500 €/an par rapport au chauffage à gaz et 800 €/an par rapport au chauffage au fioul.
Pourquoi les pompes à chaleur géothermiques sont-elles rares ?
Très performantes, écologiques et polyvalentes, les pompes à chaleur géothermiques sont soutenues par les aides financières. Pourtant, elles sont beaucoup plus rares que les pompes à chaleur aérothermique (PAC air-air et PAC air-eau).
Pourquoi ? C’est qu’il s’agit d’un système complexe qui requiert une certaine surface de jardin. Les travaux doivent être confiés à des installateurs spécialisés, peu disponibles, et ils peuvent faire peur, notamment à cause du forage.
Les professionnels proposent donc rarement cette solution : elle doit être réalisée à l’initiative du particulier ! Si son habitation le permet, ce dernier profitera d’un système de chauffage, de climatisation et de production d’ECS particulièrement performant.
