Principe

Le choix de la pompe à chaleur sur sondes géothermiques a été dicté par une double contrainte :

• performance énergétique maximale
• possibilité de réversibilité pour un apport de fraîcheur en période chaude, sans installer un second système

L’émission par le plancher est en parfaite cohérence avec ce choix :

• les températures d’eau chaude pour le chauffage peu élevées favorisent un coefficient de performance élevé pour la pompe à chaleur
• en été le rafraîchissement apporté par le plancher est suffisant dans les bureaux, et un fonctionnement en « geocooling », sans fonctionnement de la pompe à chaleur peut être envisagé

Seule la salle de formation, qui nécessite un apport de froid plus important, a été équipée de ventilo-convecteurs.

Modes de fonctionnement

Fonctionnement hiver

En hiver, les planchers chauffants sont alimentés en eau chaude produite par la pompe à chaleur à partir de l’énergie puisée dans les sondes géothermiques. Le régime de température est le suivant : départ à 30°C, retour 20°C.

Fonctionnement été géocooling

En été, dès que les températures intérieurs le nécessitent, les sondes géothermiques alimentent le réseau plancher et les ventilo-convecteurs via un échangeur thermique, le « kit passif », sans fonctionnement de la pompe à chaleur. Le régime de température envisagé du plancher rafraîchissant est le suivant : départ à 18°C, retour à 23°C.

Fonctionnement été actif

Si un apport de fraîcheur supplémentaire est nécessaire pour la salle de formation, la pompe à chaleur se met en route pour produire de l’eau glacée, envoyée vers les circuits planchers et ventilo-convecteurs.

Dimensionnement et matériel retenu

La pompe à chaleur retenue est de marque Weishaupt, de type WWP S 11 IBER, utilisant le fluide frigorigène R407C. Ses caractéristiques principales sont :

Une fois les besoins diminués par une conception adéquate, la mise en œuvre d’équipements à haut rendement permet de fournir chaque service énergétique (chaleur, rafraîchissement, éclairage) avec une consommation minimale :

• le chauffage est assuré par un plancher chauffant alimenté pompe à chaleur sur 2 pieux géothermiques de 100 m de profondeur
• le rafraîchissement utilise le plancher à eau, alimenté directement par les pieux géothermiques (sans utilisation de la pompe à chaleur)

• une ventilation double flux à haut rendement maintient un renouvellement de l’air pendant les périodes d’occupation
• l’éclairage est de type lampes à basse consommation
• tous les organes techniques (pompes, ventilateurs) sont sélectionnés pour leur performances énergétiques

Puiser dans une source d’énergie à température stable

Les sondes géothermiques verticales sont constituées de quatre tubes formant un double circuit en U, installés dans un forage et scellés dans celui-ci par un coulis de scellement spécialement adapté à la géothermie. Ils vont puiser l’énergie en profondeur à un niveau de température quasi-stable toute l’année, aux alentours de 18°C. Cette source d’énergie est utilisée par la pompe à chaleur pour la production de chaleur en hiver et de froid en été.
La réversibilité est ici un atout : la chaleur injectée dans le sol en été est récupérée en hiver et vice-versa !
A ce niveau de température, la fraîcheur peut même être utilisée directement pour rafraîchir le bâtiment via un échangeur entre le fluide caloporteur des sondes et le circuit du plancher rafraîchissant, sans fonctionnement de la pompe à chaleur.

Matériaux

Dans les sondes en PEHD (polyéthylène haute densité) circule un fluide caloporteur composé d’eau et d’un antigel biodégradable de qualité alimentaire.
Le coulis de scellement est un ciment bentonitique qui optimise l’échange thermique entre les sondes et le terrain en offrant une faible résistance thermique.

Dimensionnement

La puissance extraite des capteurs varie selon la nature du sol : de 30 W/m linéaire de forage, pour un terrain plutôt sablonneux et sec à 60 W/m, dans des sédiments saturés d’eau. Sur le terrain du bâtiment, le coefficient d’échange retenu dans le dimensionnement est de 50 W/m.
Le captage a été effectué sur 2 forages de 100 mètres de profondeur, soit 200 m au total.

Le chantier

Les forages ont été réalisés par la société Roussillon Forage, en sous-traitance de l’entreprise Hervé Thermique, en charge du lot CVC.  Ils ont été effectués dès les premières semaines du chantier avant le coulage de la dalle intermédiaire.

Besoins réduits, équipements à haut rendement, il reste cependant un minimum d’énergie à puiser dans l’environnement pour assurer les consommations du bâtiment. Pour cela, le bâtiment tire parti des énergies renouvelables disponibles sur le site :

• les sondes géothermiques utilisent l’énergie emmagasinée dans le sol

• l’énergie solaire est utilisée :
  • pour la production d’eau chaude sanitaire via un chauffe-eau solaire

• pour la production d’électricité via une centrale photovoltaïque intégrée à la toiture de 28.8 kWc

Le bâtiment n’est toutefois pas totalement autonome, il connecté au réseau électrique pour la consommation d’électricité d’une part et pour y injecter l’énergie produite par la centrale photovoltaïque d’autre part.