Les échangeurs géothermiques fermés
Les sondes géothermiques verticales (SGV), sont des échangeurs thermiques verticaux qui prélèvent par conduction thermique de la chaleur emmagasinée dans le sol le long d’un ou plusieurs forages. L’ouvrage souterrain constitue l’échangeur thermique où cet échange énergétique avec le sous-sol s’effectue au niveau du forage et de son équipement qui forment un système géothermique. Celui-ci est constitué des éléments de l’espace annulaire, de la sonde permettant la circulation du fluide caloporteur et du fluide en lui-même. Le fluide caloporteur, de composition variable, circule au sein d’une(de) boucle(s) de la sonde (en U ou double U) disposée(s) dans un forage dont l’espace annulaire est comblé par un coulis spécifique (norme NF X-10-970).
- Échangeur géothermique fermé (sondes géothermiques verticales)
Les échangeurs géothermiques ouverts
Cette géothermie est aussi appelée géothermie sur aquifère ou doublet géothermique.
Au fluide caloporteur cité précédemment est substituée l’eau pompée dans un aquifère souterrain. Cette eau, prélevée d’une nappe souterraine à partir du puits de prélèvement , circule dans un échangeur thermique en surface, passe ainsi à travers la pompe à chaleur (PAC), puis est réinjectée dans un second puits appelé « puits de réinjection ». Cet échangeur, composé d’un puits de prélèvement et d’un puits de réinjection, suppose des conditions de productivité (puits de production, d’exhaure) et de rejet (réinjection), dans le milieu souterrain, à des débits fonction de la productivité de l’aquifère exploité.
- Schéma d’un doublet, puits de production et puits d’injection et échangeur en surface
Enfin, la réalisation d’un doublet n’est possible qu’en l’absence de recyclage important des eaux réinjectées jusqu’au puits de production :
- soit parce que les deux ouvrages sont suffisamment éloignés pour que le recyclage ne se produise qu’une fois l’installation rentabilisée ;
- soit parce que l’écoulement régional est assez puissant (vitesse d’écoulement de l’ordre de plusieurs mètres par an) pour entraîner par advection les eaux froides (ou chaudes) réinjectées, hors de portée du puits de production. C’est souvent le cas des nappes d’accompagnement des cours d’eau.
- L’activité géothermique à l’aide d’un échangeur ouvert induit une variation thermique locale sur la nappe au point de rejet de l’eau dont une part de la « chaleur » a été « pompée » ou « relevée » par la PAC.