Association Belge des Hôpitaux
La géothermie (du grec géo «terre» et thermos «chaleur») regroupe l’ensemble des applications permettant de récupérer la chaleur contenue dans le sous-sol ou dans les nappes d’eau souterraines. Cette ressource est exploitée pour la production de chaleur ou de froid et d’électricité, distribuée ensuite par des réseaux. Encore peu répandue aujourd’hui au regard du potentiel exploitable, la géothermie est une énergie renouvelable, locale et respectueuse de l’environnement. Le recours aux PAC (pompes à chaleur) pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire (ECS) connaît un regain d’intérêt. Mais ces systèmes ne font pas, à proprement parler, partie de la gamme de solutions dites de géothermie vu la très faible profondeur utilisée.
La filière privilégiée
Les solutions de géothermie commencent plus profondément, là où le réchauffement de la croûte terrestre connaît un gradient de température relativement constant d’environ 3,3°C par 100 mètres de profondeur. Il existe un nombre assez important de filières géothermiques et les applications ou les débouchés énergétiques varient en fonction de la filière choisie. Toutes ne s’appliquent pas au secteur tertiaire.
Une première segmentation importante sépare la filière à haute enthalpie de celle à basse enthalpie. Dans le secteur tertiaire, les investissements à consentir pour la filière à haute enthalpie sont tels que la viabilité financière est à trop longue échéance. C’est pourquoi la filière à basse enthalpie est la filière privilégiée. Cette filière implique des forages de profondeur moyenne, dans une gamme de profondeurs allant de 50 à 200 mètres mais guère davantage, surtout si on veut rafraîchir en été. Les débouchés énergétiques se limitent donc au chauffage, à la production d’eau chaude sanitaire, mais aussi au refroidissement, ce qui présente un intérêt particulier pour le secteur tertiaire.
Boucle ouverte ou boucle fermée
Deux technologies se distinguent: les technologies ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) et BTES (Borehole Thermal Energy Storage), selon que le captage se fait en nappes aquifères ou directement dans le sous-sol.
La différence technique majeure entre ces deux filières tient au fait que la technique ATES est dite en boucle ouverte tandis que la technique BTES est en boucle fermée. Cela signifie qu’en ATES on va directement puiser de l’eau à un endroit de la nappe et qu’on va rejeter cette eau à un autre endroit de la nappe, suffisamment éloignés l’un de l’autre pour éviter toute interférence thermique. Dans le cas du BTES, le fluide caloporteur circule en boucle fermée dans des sondes géothermiques enfouies dans des puits [Figure 1].
Cette dernière a l’avantage de présenter beaucoup moins de limites géographiques, elle peut donc être appliquée partout en Belgique. L'énergie thermique est introduite dans le sous-sol à l'aide d'un circuit hydraulique fermé et d'un certain nombre d'échangeurs de chaleur verticaux. La technologie BTES semble offrir de belles perspectives dans le tertiaire, vu la faible profondeur de forage requise, sa relative compacité et son coût abordable
Un tel système permet un fonctionnement hivernal, destiné à la chauffe, mais aussi un fonctionnement estival, destiné, quant à lui, au rafraîchissement. Ce type de fonctionnement est particulièrement intéressant sur le plan du rendement global annuel de l’installation. En effet, en mode de fonctionnement estival, on «recharge» le sous-sol en calories évacuées du bâtiment. Ces calories seront ensuite réutilisées dans une certaine mesure lors du fonctionnement hivernal où une température de sous-sol moins froide améliorera sensiblement le rendement (on parle de COP : coefficient de performance) de l’installation.
Le site des Viviers du Grand Hôpital de Charleroi veut offrir aux patients et aux visiteurs tout le bénéfice d’un environnement naturel. | Photo © GHdC
Le choix de la technique
Les principaux avantages qui ont séduit le GHdC pour son projet de géothermie sont :
elle est disponible en permanence dans tout le sous-sol,peu importe les conditions météo ;
elle émet peu de CO2 ;
elle peut fournir chauffage, refroidissement et stockage de chaleur et de froid.
Au GHdC, en tant que gros consommateurs d’énergie par définition, nous sommes conscients du rôle que nous avons à jouer en termes de développement durable. Notre bâtiment sera chauffé au gaz, mais sera surtout parfaitement isolé afin de maîtriser au maximum les coûts énergétiques. La géothermie ne sera donc pas notre source principale d’énergie car il est toujours préférable de ne pas tout miser sur une seule source. La crise du gaz russe de 2022 en est le parfait exemple.
Le choix de la technique de géothermie est lié aux différentes contraintes étudiées. Nous avons privilégié la géothermie de moyenne profondeur car la géothermie de grande profondeur était trop coûteuse et le volume de chaleur aurait été trop important pour nos seuls besoins. Malgré les moyens considérables consentis pour financer ce projet de géothermie, nous estimons que grâce aux subsides et vu l’augmentation des prix de l’énergie, notre investissement sera rentable après 10 ans.
La quantité de tonnes de CO2-eq économisées grâce au projet de géothermie est estimée à 148,2 tonnes, soit 89,27 g CO2/an/€ investi
Hiver comme été
Le champ de géothermie a été conçu pour une puissance en chauffage de 625 kW et une puissance en refroidissement de 200 kW. Afin de fournir les puissances demandées, il est estimé qu’environ 35 forages de 120 mètres de profondeur vont devoir être réalisés. La technique utilisée sera la BTES. Il s'agit de tubes en plastique insérés en boucle, verticalement, dans un forage de 20 à 150 mètres de profondeur.
Dans notre cas, une profondeur de 120 mètres est réaliste. En installant plusieurs échangeurs à intervalles rapprochés, on crée un certain volume de stockage. Cette technologie nous permet de réaliser une installation avec une pompe à chaleur couplée au sol avec la possibilité d'un «refroidissement naturel» en été. Le champ géothermique BTES sera couplé à une pompe à chaleur qui extrait la chaleur du sol pendant la saison de chauffage. Ce processus conduira à un refroidissement global du sous-sol à la fin de la saison de chauffe. S'il est correctement dimensionné, ce système peut utiliser librement le froid du sol (sans refroidisseur) pendant l'été. Cela permet de garantir un refroidissement durable et d'éviter l'épuisement des sols par la régénération.
Au GHdC, en tant que gros consommateurs d’énergie par définition, nous sommes conscients du rôle que nous avons à jouer en termes de développement durable
Coût versus gain en CO2
Pour le projet, le subside se monte à 579.433,55 euros HTVA, pour un investissement de 1.660.019 € HTVA (frais d’études compris). Nous avons 3 ans (objectif janvier 2026) pour réaliser le projet et le rendre fonctionnel. La quantité de tonnes de CO2 -eq économisées grâce au projet de géothermie est estimée à 148,2 tonnes CO2 -eq soit 89,27 g CO2 /an/€ investi.
