Plate-forme expérimentale en géothermie à Orléans

01.01.2012
Dans le cadre du Contrat de projet État-région Centre 2007-2013, le BRGM a pour mission la réalisation d’une plate-forme expérimentale pour les échangeurs enterrés des pompes à chaleur géothermiques. L’objectif est, par une meilleure compréhension des phénomènes impliqués, d’optimiser les performances énergétiques et environnementales de ces échangeurs.

Généraliser la géothermie superficielle, sur pompes à chaleur ou non, requiert d’améliorer la performance technique et économique des sous-ensembles (échangeurs souterrains, pompes à chaleur…). Il faut donc apprendre à mieux connaître, en fonction du contexte (milieu géologique, zones rurales ou urbaines…), les interactions à court ou à plus long terme de ces installations avec le sous-sol : réchauffement ou refroidissement, impacts mécaniques, biologiques ou géochimiques sur le milieu, etc.

Bien qu’ancien, le domaine des échangeurs souterrains reste assez méconnu. La création de cette plate-forme présente donc un intérêt primordial. Elle va permettre de caractériser, dans différentes conditions, tous types d’échangeurs - ceux du commerce ou d’autres plus innovants - et de déduire les critères de dimensionnement et d’exploitation durable de la géothermie superficielle en fonction du contexte.

Des échangeurs horizontaux aux champs de sondes

C’est au sein même du campus du BRGM à Orléans que les premières expérimentations de la plate-forme ont été implantées. Sur 400 m2 de clairière, un échangeur horizontal a été installé à 1 m de profondeur et entièrement instrumenté (mesures de température du sous-sol par fibre optique à différents niveaux, mesures d’humidité, mesures météo…). L’échangeur est divisé en quatre secteurs correspondant à quatre configurations d’exposition climatique et de nature du sol. L’ensemble est relié à une machinerie thermodynamique permettant de reproduire les sollicitations énergétiques (en froid ou en chaud) de tout ensemble (pompe à chaleur + bâtiment).

Deux sondes géothermiques (échangeurs verticaux) à 50 m de profondeur et une sonde à 100 m sont également implantées en sous-bois, et associées à trois piézomètres de contrôle pour, notamment, mesurer les flux de chaleur dans le sol et suivre les interactions avec le milieu (équilibres physico-chimiques, micro-organismes…).

Cette plate-forme est équipée d’échangeurs compacts installés et testés dans le cadre du projet ANR-ECLIPSE, mené de 2008 à 2011 par le CEA-INES en partenariat avec le Centre scientifique et technique du bâtiment, Polytech' Savoie, CIAT et Francenergies.

Un objectif de développement durable

Une telle plate-forme répond à une large demande de toute la filière professionnelle, à commencer par l’ADEME. Elle vient en appui d’actions de R&D déjà engagées par le BRGM comme, par exemple, le stockage en aquifère de la chaleur estivale excédentaire des serres agricole pour réchauffer les serres ellesmêmes ou des bâtiments en hiver.

A tous les niveaux de cette démarche expérimentale sont pris en compte les éventuels impacts de la géothermie superficielle. Objectif : la gestion raisonnée de cette ressource. Les possibilités de régénération, de recharge thermique ou de stockage d’énergie, accessibles aux champs de sondes ou aux aquifères sont une voie prometteuse dans la perspective du développement sur le long terme de la géothermie, notamment couplée avec d’autres énergies renouvelables.

La plate-forme Géothermie du BRGM

La plate-forme expérimentale en géothermie du BRGM

La plate-forme expérimentale pour pompes à chaleur géothermiques vise à étudier les échangeurs de chaleur souterrains. Située à Orléans sur le site du BRGM, elle a été co-financée par la région Centre (Orléans, France, 2010). © BRGM