Systèmes de chauffage géothermique pour une maison de campagne : particularités de l'aménagement par soi-même

Nous savons que la géothermie est la chaleur de la Terre, et le terme « géothermique » est souvent associé chez nous aux volcans et aux geysers. En Russie, l’énergie géothermique est utilisée principalement à l’échelle industrielle ; par exemple, il existe des centrales électriques en Extrême-Orient qui fonctionnent grâce à la chaleur de notre planète.

Beaucoup sont convaincus qu’installer un chauffage géothermique chez soi par ses propres moyens relève de la science-fiction. N’est-ce pas ? Mais c’est tout à fait faux ! Avec le développement des technologies modernes, l’utilisation domestique de l’“énergie verte” est devenue tout à fait réaliste.

Nous vous présenterons les principes de fonctionnement du chauffage alternatif, ses avantages et inconvénients, et le comparerons aux systèmes de chauffage traditionnels. Vous découvrirez également les méthodes de positionnement de l’échangeur de chaleur et comment installer un chauffage géothermique par vos propres moyens.

Quelques fails historiques

Lorsque la crise pétrolière a éclaté dans les années 70 du siècle dernier, un besoin pressant de sources d'énergie alternatives est apparu en Occident. C'est à cette époque que les premiers systèmes de chauffage géothermique ont été créés.

Aujourd'hui, ils sont largement répandus aux États-Unis, au Canada et dans les pays d'Europe occidentale.

Par exemple, en Suède, on utilise activement l'eau de la mer Baltique, dont la température est de + 4°C. En Allmagne, l'implémentation de systèmes de chauffage géothermique est même subventionnée au niveau de l'État.

Lorsque l'on évoque les sources d'énergie géothermique, on imagine toujours une vallée de geysers ou des volcans, mais les sources dont nous avons besoin sont bien plus proches. Et elles nous aideront à nous réchauffer en hiver et à nous rafraîchir en été.

En Russie, les centrales géothermiques de Paoujetskaïa, Verkhne-Moutnovskaïa, Okeanskaïa et d'autres sont en activité. Mais les exemples d'utilisation de l'énergie de la Terre dans notre secteur privé sont très rares.

Avantages et incovénients réels

Si le chauffage géothermique du secteur privé a connu une diffusion relativement faible en Russie, cela signifie-t-il que l'idée ne vaut pas l'investissement ? Peut-être ne vaut-il même pas la peine de s'en occuper ? Il s'avère que ce n'est pas le cas.

L'utilisation d'un système de chauffage géothermique pour une habitation est une solution avantageuse. Et il y a plusieurs raisons à cela. Parmi elles, l'installation rapide d'équipements capables de fonctionner longtemps sans aucune interruption.

Si l'on utilise dans le système de chauffage non pas de l'eau mais un antigel de qualité, il ne gèlera pas et son usure sera minimale.

Énumérons les autres avantages de ce type de chauffage.

• La procédure de combustion du combustible est exclue. Nous créons un système totalement ignifuge qui, pendant son fonctionnement, ne pourra causer aucun dommage au logement. De plus, un certain nombre d'autres aspects liés à la présence de combustible sont éliminés : il n'est plus nécessaire de chercher un endroit pour le stocker, de s'occuper de son approvisionnement ou de sa livraison.
• Avantage économique substantiel. Pendant l'exploitation du système, aucun investissement supplémentaire ne sera nécessaire. Le chauffage annuel est assuré par les forces de la nature, que nous n'achetons pas. Bien sûr, le fonctionnement de la pompe à chaleur consomme de l'énergie électrique, mais le volume d'énergie produite dépasse largement la consommation.
• Facteur écologique. Le chauffage géothermique d'une maison de campagne individuelle est une solution écologique et sûre. L'absence de processus de combustion empêche le rejet dans l'atmosphère de produits de combustion. Si beaucoup en prennent conscience et si un tel système de chauffage se répand largement comme il se doit, l'impact négatif des humains sur la nature sera considérablement réduit.
• Compacité du système. Vous n'aurez pas besoin d'aménager une pièce de chaufferie séparée dans votre maison. Tout ce dont vous aurez besoin sera une pompe à chaleur, que vous pourrez installer, par exemple, au sous-sol. Le circuit le plus volumineux du système sera situé sous terre ou sous l'eau, vous ne le verrez pas à la surface de votre terrain.
• Polyvalence. Le système peut fonctionner aussi bien pour le chauffage en hiver que pour le refroidissement pendant les chaleurs estivales. En d'autres termes, il vous remplacera non seulement le radiateur, mais aussi le climatiseur.
• Confort acoustique. La pompe à chaleur fonctionne presque silencieusement.

Le choix d'un système de chauffage géothermique est économiquement avantageux, malgré le fait que vous devrez dépenser pour l'achat et l'installation de l'équipement.

D'ailleurs, l'inconvénient du système est précisément les coûts auxquels vous devrez faire face pour installer le système et le préparer à fonctionner. Vous devrez acheter la pompe elle-même et certains matériaux, effectuer les travaux de montage du capteur extérieur et du circuit intérieur.

Il n'est pas un secret que les ressources deviennent plus chères d'année en année, donc un système de chauffage autonome qui peut être rentabilisé en quelques années sera toujours économiquement avantageux pour son propriétaire.

Cependant, ces dépenses sont amorties en seulement quelques premières années d'exploitation. L'utilisation ultérieure du capteur enterré dans le sol ou immergé dans l'eau permet d'économiser des sommes considérables.

De plus, le processus d'installation lui-même n'est pas assez complexe pour faire appel à des spécialistes externes. Si vous ne faites pas de forage, tout le reste peut être fait par vous-même.

Il faut noter que certains bricoleurs, dans leur volonté d'économiser, ont appris à assembler eux-mêmes une pompe à chaleur géothermique.

A propos des sources de chauffage géothermique

Pour le chauffage géothermique, vous pouvez utiliser les sources suivantes d'énergie thermique terrestre :

• à haute température ;
• à basse température.

Les sources à haute température comprennent, par exemple, les sources thermales. On peut les utiliser, mais leur champ d'application est limité à l'emplacement réel de ces sources.

Si en Islande ce type d'énergie est activement utilisé, en Russie les eaux thermales se trouvent loin des zones peuplées. Elles sont concentrées au maximum au Kamtchatka, où l'eau souterraine est utilisée comme caloporteur et fournie aux systèmes d'eau chaude sanitaire (ECS).

Pour une utilisation efficace de l'énergie thermique de la terre, vous n'avez pas besoin d'un volcan. Il suffit d'utiliser les ressources qui se trouvent à seulement 200 mètres de la surface terrestre.

En revanche, pour utiliser des sources à basse température, nous disposons de toutes les conditions nécessaires. Les masses d'air ambiant, la terre ou l'eau conviennent à cet effet.

Pour extraire l'énergie nécessaire, on utilise une pompe à chaleur. Avec elle, la température ambiante est convertie en énergie thermique non seulement pour le chauffage, mais aussi pour l'eau chaude sanitaire de la maison individuelle.

Principe de fonctionnement de ce chauffage

Si vous êtes familier avec le fonctionnement d'un climatiseur ou d'un réfrigérateur, la similitude de ces processus avec le principe de fonctionnement du chauffage géothermique est évidente. La base du système est une pompe à chaleur, qui s'intègre dans deux circuits – externe et interne.

Pour organiser un système de chauffage traditionnel dans une maison, il faut y installer des tuyaux pour le transport du fluide caloporteur, et des radiateurs, dont la chaleur sera diffusée dans les pièces lorsqu'ils chauffent. Dans notre cas, les tuyaux et les radiateurs sont également nécessaires. Ils forment le circuit interne du système. Des planchers chauffants peuvent être ajoutés au schéma.

Le circuit extérieur semble beaucoup plus vaste que le circuit intérieur, bien que ses dimensions ne puissent être évaluées que pendant la phase de planification et d'installation. En fonctionnement, il est invisible car il se trouve sous terre ou sous l'eau. À l'intérieur de ce circuit circule de l'eau ordinaire ou un antigel à base d'éthylène glycol, ce qui est bien préférable.

Le système de chauffage géothermique comprend deux circuits – intérieur et extérieur – ainsi que le cœur du système de chauffage : la pompe à chaleur qui, en comprimant le fluide caloporteur, augmente sa température (+).

Ainsi, l'élément clé qui anime tout le système est la pompe à chaleur. Si vous avez une machine à laver ordinaire chez vous, sachez que cette pompe occupera une surface à peu près similaire.

Pour fonctionner, elle a besoin d'électricité, mais en consommant seulement 1 kW, elle produit 4 à 5 kW de chaleur. Et ce n'est pas un miracle, car la source d'énergie « supplémentaire » est connue : l'environnement.

Deux types de placement de l'échangeur de chaleur

Il existe deux options de chauffage pour une maison individuelle utilisant l'énergie à basse température des éléments environnementaux. Dans les trois cas, la base du système est une pompe géothermique.

Le circuit intérieur reste inchangé pour toute méthode de chauffage, la principale différence résidant dans l'emplacement du circuit extérieur.

Le chauffage géothermique peut être avec un échangeur de chaleur situé :

• verticalement – placé dans des puits forés, traversant ou non une nappe phréatique ;
• horizontalement – les échangeurs de chaleur des systèmes sont posés dans une tranchée ou un plan d'eau ouvert, en forme de serpentin.

Chacun des types de chauffage présentés ici possède ses propres caractéristiques, inconvénients et avantages.

Si vous avez l'intention de créer un tel système de chauffage de vos propres mains, vous serez intéressé d'en savoir plus sur chaque type.

Option n°1 : placement vertical du collecteur extérieur

Ce type de chauffage repose sur un phénomène naturel intéressant : à une profondeur de 50 à 100 mètres ou plus de sa surface, la terre a toute l'année une température constante et identique de 10 à 12 °C.

Pour pouvoir utiliser cette énergie de la terre, il faut forer des puits verticaux. La technologie est pratiquement analogue à la préparation d'une source de captage d'eau.

Afin de préserver au maximum le paysage, vous pouvez forer plusieurs tuyaux à partir d'un même point de départ, mais sous des angles différents.

Le circuit extérieur du système sera monté directement dans ces puits. Cela permettra d'extraire efficacement la chaleur de la terre. Bien entendu, cette méthode ne peut pas être qualifiée de simple et peu coûteuse.

Pour créer un système de chauffage géothermique vertical, vous devez utiliser un équipement de forage de puits. Sans utiliser d'appareil de forage, résoudre les tâches d'installation du système sera assez laborieux (+).

Il est pertinent dans le cas où le terrain attenant à la maison est déjà aménagé et qu'il n'est pas souhaitable d'en perturber le paysage. La profondeur de forage du puits peut atteindre de 50 à 200 mètres.

Les paramètres spécifiques du puits dépendent de la situation géologique du terrain et des caractéristiques de la future construction. La durée de vie d'une telle structure est d'environ 100 ans.

Pour installer la variante verticale du système avec un échangeur de chaleur extrayant l'énergie de l'eau souterraine, vous devrez forer deux puits aquifères.

De l'un d'eux, appelé le puits producteur, l'eau est prélevée à l'aide d'une pompe, puis après avoir cédé sa chaleur, elle est rejetée dans le second, le puits récepteur.

L'inconvénient du système géothermique à deux puits réside dans son efficacité insuffisante pour chauffer une maison de campagne. La pompe de circulation consomme trop d'énergie. En revanche, l'énergie thermique obtenue est tout à fait suffisante pour alimenter le circuit de plancher chauffant.

Option n°2 : placement horizontal du collecteur au sol

Pour installer le circuit extérieur dans le cadre d'un chauffage horizontal, il est nécessaire de connaître la profondeur de gel du sol dans votre région.

Les tuyaux sont posés en dessous du niveau de gel dans des tranchées préparées à l'avance, occupant ainsi un espace assez vaste : pour chauffer une maison d'une superficie de 200 à 250 m², il faut utiliser environ 600 m² d'échangeur de chaleur. Soit six ares.

L'inconvénient de cette conception est la grande surface qu'elle occupe. Si vous souhaitez une pelouse couverte d'herbe et de fleurs sur votre terrain, c'est l'option qu'il vous faut. En revanche, il est préférable de tenir les tuyaux du collecteur à l'écart des arbres fruitiers (+).

Il est évident que, dans ces conditions, le volume des travaux de terrassement sera important. De plus, il faut prendre en compte l'emplacement des arbres et autres végétaux sur le terrain pour ne pas les geler. Par exemple, les tuyaux du collecteur ne doivent pas être placés à moins d'un mètre et demi des arbres.

Cette méthode d'installation est généralement utilisée lorsque le terrain est en cours d'aménagement pour la construction. Il est préférable d'effectuer tous les calculs et plans relatifs à la construction de la maison, à l'organisation de son chauffage et à l'aménagement du terrain en même temps.

Immersion d'un échangeur de chaleur horizontal dans un plan d'eau

Cette méthode nécessite que la propriété soit située à une distance d'environ 100 mètres d'un plan d'eau suffisamment profond. De plus, ce plan d'eau ne doit pas geler jusqu'au fond, car c'est là que sera placé le circuit extérieur du système. Pour cela, la surface du plan d'eau ne doit pas être inférieure à 200 m².

Cette option de placement de l'échangeur de chaleur est considérée comme la moins coûteuse, mais une telle situation de la propriété reste rare. De plus, des difficultés peuvent survenir si le plan d'eau fait partie du domaine public.

L'avantage évident de cette méthode est l'absence de travaux de terrassement exigeants, même s'il faudra tout de même s'occuper de l'installation sous-marine du collecteur. Une autorisation spéciale pour ces travaux sera également nécessaire.

Cependant, l'installation géothermique utilisant l'énergie de l'eau reste la plus économique.

Faire soi-même : quoi et comment

Si vous décidez d'installer vous-même le chauffage géothermique, il est préférable d'acheter le circuit extérieur prêt à l'emploi. Bien sûr, nous ne considérons que les méthodes de placement horizontal de l'échangeur de chaleur extérieur : sous la surface du sol ou sous l'eau.

Installer soi-même un collecteur vertical en forage est bien plus difficile si vous ne disposez pas de l'équipement et des compétences de forage.

La pompe à chaleur n'est pas un équipement trop volumineux. Dans votre maison, elle ne prendra pas beaucoup de place. En effet, sa taille est comparable, par exemple, à celle d'une chaudière à combustible solide classique. Raccorder le circuit intérieur de votre maison à cette pompe est une tâche simple.

En fait, tout se fait exactement comme pour l'organisation et la distribution du chauffage utilisant des sources de chaleur traditionnelles. La principale difficulté est la mise en place du circuit externe.

Cette situation de la maison par rapport à l'étang est plus courante. L'essentiel est que le plan d'eau ne soit pas à plus de 100 mètres de la maison.

La meilleure option est d'utiliser un plan d'eau, si vous en trouvez un à moins de 100 mètres. Il faut que sa surface dépasse 200 m² et sa profondeur 3 m (paramètre moyen de gel). Si ce plan d'eau ne vous appartient pas, l'obtention d'une autorisation d'utilisation peut devenir problématique.

Si le plan d'eau est un étang qui vous appartient, les choses se simplifient. L'eau de l'étang peut être temporairement pompée. Ainsi, les travaux au fond pourront être effectués facilement : il faudra disposer les tuyaux en spirale et les fixer dans cette position.

Des travaux de terrassement ne seront nécessaires que pour creuser la tranchée qui servira à raccorder le circuit extérieur à la pompe à chaleur.

Après l'achèvement de tous les travaux, l'étang peut être à nouveau rempli d'eau. Dans les cent prochaines années, l'échangeur de chaleur externe devrait fonctionner correctement et ne pas causer de soucis à son propriétaire.

Si vous disposez d'un terrain sur lequel vous devez encore construire une maison et cultiver un jardin, il est judicieux de planifier un échangeur de chaleur horizontal de type souterrain.

Pour cela, il convient de faire un calcul préliminaire de la surface du futur collecteur, en fonction des paramètres déjà indiqués ci-dessus : 250-300 m² de collecteur pour 100 m² de surface chauffée de la maison.

Si vous avez obtenu un terrain sans constructions ni végétation que vous souhaiteriez préserver, le sol lors de la construction du circuit extérieur horizontal enterré peut simplement être enlevé : c'est plus facile que de creuser des tranchées.

Les tranchées dans lesquelles les tuyaux du circuit doivent être posés doivent être creusées en dessous du niveau de gel du sol.

Et encore mieux : enlever simplement le sol à la profondeur de gel, poser les tuyaux, puis remettre le sol en place. C'est un travail laborieux et difficile, mais avec une grande volonté et de la détermination, vous pourrez le réaliser.

Coûts et perpectives de rentabilité

Les dépenses liées à l'équipement et à son installation lors de la construction d'un chauffage géothermique dépendent de la puissance de l'appareil et du fabricant.

Chacun choisit le fabricant en fonction de ses propres considérations et des informations sur la réputation et la fiabilité de telle ou telle marque. Quant à la puissance, elle dépend de la superficie de la pièce à desservir.

Ce dessin résume brièvement toute l'essence de l'avantage obtenu par l'utilisation d'un système de chauffage géothermique. C'est ce rapport entre l'énergie entrante et sortante qui permet au système de d'abord s'amortir rapidement, puis d'économiser les ressources de son propriétaire (+)

Si l'on considère précisément la puissance, le coût des pompes à chaleur varie dans les fourchettes suivantes :

• 4-5 kW – 3 000-7 000 unités conventionnelles ;
• 5-10 kW – 4 000-8 000 unités conventionnelles ;
• 10-15 kW – 5 000-10 000 unités conventionnelles.

Si à ce montant nous ajoutons les coûts nécessaires à la réalisation des travaux d'installation (20-40 %), nous obtenons une somme qui semblera absolument irréaliste pour beaucoup.

Mais tous ces coûts seront amortis dans des délais tout à fait acceptables. Par la suite, vous n'aurez à payer que des dépenses minimes en électricité, nécessaire au fonctionnement de la pompe. Et c'est tout !

En raison de l'efficacité insuffisante des systèmes géothermiques pour le chauffage des bâtiments résidentiels, ils sont utilisés en complément des réseaux de chauffage principaux ou sont construits avec deux échangeurs de chaleur ou plus.

Comme le montre la pratique, le chauffage géothermique est particulièrement avantageux pour les maisons dont la surface chauffée totale est de 150 m². En cinq à huit ans, tous les coûts d'installation des systèmes de chauffage dans ces maisons sont entièrement amortis.

Si le chauffage géothermique n'est pas particulièrement demandé parmi les propriétaires de maisons individuelles, les habitants des régions du sud ont déjà apprécié l'efficacité des systèmes héliothermiques. La technologie de construction de chauffage solaire est assez simple, et son économie et sa praticité sont confirmées par des années d'expérience d'utilisation des pays occidentaux et de nos compatriotes.

Des informations supplémentaires sur les sources d'énergie alternatives sont présentées dans cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Si vous préférez les informations visuelles, cette vidéo vous permettra de voir de vos propres yeux comment fonctionne exactement un système géothermique, et d'en apprendre davantage sur qui et pourquoi ce type de chauffage est avantageux.

Nous vous proposons de regarder une courte vidéo dans laquelle le propriétaire d'un collecteur horizontal souterrain partagera ses impressions sur son utilisation. De plus, en regardant cette vidéo, vous découvrirez les coûts courants liés à l'exploitation d'un système de chauffage géothermique.

Chaque propriétaire de maison individuelle choisit lui-même s'il doit acheter les services des organisations d'approvisionnement en ressources ou compter uniquement sur lui-même. Ce faisant, il est guidé par toute une série de considérations.

L'objectif que nous nous sommes fixé n'est pas de vous pousser vers une conclusion toute faite, mais de partager des informations sur les options pour résoudre le problème qui se pose à vous.

Avez-vous quelque chose à ajouter ou des questions sur le thème du chauffage géothermique pour une maison individuelle ? Vous pouvez laisser des commentaires sur la publication. Le formulaire de contact se trouve dans le bloc inférieur.