La géothermie en maison individuelle, c’est l’association de capteurs, de pompes à chaleur géothermiques, de régulation et d’émetteurs différents selon que l’on souhaite chauffer seulement ou bien rafraîchir aussi. Voici une petite revue des solutions que nous avons pu rassembler.
Commençons par les capteurs adaptés à la géothermie en maison individuelle ? L’AFPG, l’ADEME et le Ministère de la Transition Energétique ont publié une plaquette sur la géothermie de surface (https://www.afpg.asso.fr/wp-content/uploads/2023/08/GeothermieDeSurface-20230711-012221-1-1.pdf) qui cite les pac sur nappe phréatique, les pac sur corbeilles et murs géothermiques, les pac sur capteurs horizontaux enterrés, les pacs sur sondes géothermiques et les pac sur géostructures énergétiques. Nous réservons les géostructures à notre prochain article, consacré à la géothermique en collectif et en tertiaire. Doc Weishaupt
La GMI Géothermie de Minime Importance
Nous restons donc fermement dans le cadre réglementaire de la GMI ou Géothermie de Minime Importance. Elle organise les projets entre 10 m et 200 m de profondeur et qui prélèvent une puissance inférieure à 500 kW. Ce qui pour une maison individuelle ou du petit tertiaire est largement suffisant. Les forages verticaux pour une maison individuelle descendent en général à 100 m. S’il faut forer, une simple déclaration administrative suffit et l’entreprise de forage doit être qualifiée. Il n’existe qu’une seule qualification : Qualiforage gérée par Qualit’ENR.
Selon l’AFPG, un sonde géothermique fermée, chargée en eau glycolée, récolte environ 50 W pour 1 mètre linéaire de forage. La puissance augmente avec la profondeur de la sonde ou avec le nombre de sondes. Doc. AFPG
Le SFEG, Syndicat des Foreurs pour l’Eau et la Géothermie (https://www.sfeg-forages.fr/nos-atouts/), rassemble 66 membres, répartis sur tout le territoire. Tous sont qualifiés pour des forages géothermiques et détiennent les qualifications Qualiforage Sonde et Qualiforage Nappe. Doc. PP
Un fois terminé, un forage géothermique en maison individuelle laisse extrêmement peu de traces. Doc. PP
En réalité, en maison individuelle, deux solutions géosondes à faible profondeur sont particulièrement bien adaptées : la corbeille géothermique et le mur géothermique. Les corbeilles géothermiques Terre Spiral-Néo d’Elydan sont installées à 3,5 m de profondeur seulement, la puissance captée varie de 0,7 à 1,2 kW par corbeille. Il faut conserver un entraxe de 4,5 m entre les corbeilles. Doc. AFPG
Le mur géothermique, pour sa part, est un échangeur géothermique de 1,8 m de hauteur qui s’installe dans le sol entre 1 et 4 m de profondeurs, dans une tranchée creusée par une mini-pelle. La puissance d’un mur géothermique CaléÔsol est de 1400 W. CaléÔsol reccommande 1 mur par kW de puissance de la pac. Doc. CaléÔsol
Pour ses capteurs horizontaux Terra Horizon, Elydan recommande une surface égale à 150 à 200% de la surface à chauffer. Les capteurs horizontaux sont enfouis entre 60 cm et 150 cm de profondeur. Ils récupèrent 15 à 30 W/m², selon le type de sol. Un sol meuble est plus efficace. Doc. AFPG
L’offre de pompes à chaleur géothermiques pour les maisons individuelles est particulièrement large
Au moins une douzaine de marques proposent des pac géothermiques sur le marché français, à destination de la maison individuelle et du petit tertiaire. Si on les prend par ordre alphabétique, le premier est l’italien AERMEC qui commercialise le modèle intérieure WRL 026 / 061, une gamme de pac de 6,7 à 43,7 kW et de 8 à 48 kW au R410A, ainsi que la gamme Venice 6 à 9,7 kW froid et 7,8 à 10,9 kW chauffage, au R407C.
Les pompes à chaleur Géotwin 4 constituent la gamme de pac géothermiques d’Arkteos, la réincarnation d’AJ Tech. Arkteos propose des gammes eau/eau et eau glycolée/eau. Doc. PP
Chez Atlantic, c’est la gamme Géolia de 5, 7, 10, 13 et 17 kW, chauffage seul, au R410A. Chez Carrier, la gamme eau/eau Aquasnap 61WG commence à 20 kW et produit de l’eau jusqu’à 65°C, au 410A. Bosch – elm leblanc propose les gammes Compress 5000 (compresseur Mitsubishi Electric et R407C) et Compress 6000 (Compresseur Copeland et R410A). De Dietrich offre la gamme réversible GSHP eau/eau de 7,4 à 35,2 kW ou eau glycolée/eau 5,7 à 28 kW. Elle est complétée par différentes solutions de production d’ECS : GSHP/V 200 GHL eau/eau de 7,4 à 22,2 kW et eau glycolée/eau de 5,7 à 17,1 kW, avec un préparateur d’ECS de 200 l intégré sous la pac, GSHP/B 200 GHL avec un préparateur d’ECS de 200 l juxtaposé à la pac, GSHP/V 200 GSHL avec préparateur d’ECS solaire de 200 l placé sous la pac, GSHP/V 200 GSHL avec préparateur d’ECS solaire de 200 l juxtaposé à la pac. Les pac GSHP utilisent le R410A.
En Bretagne, Geothermik fabrique la gamme de pac géothermiques réversible AQUA 40/45°C eau glycolée/eau, avec des puissances de 5 à 170 kW en chauffage et de 3 à 140 kW en mode rafraîchissement. Doc. PP
Lemasson, un petit industriel français installé à Agneaux en Normandie, fabrique notamment la gamme pompes à chaleur géothermiques ENDUR’EAU de 4 à 22 kW, cascadables. Elles ne contiennent pas de régulation électronique, seulement électromécanique, pour augmenter la robustesse et assurer une réparabilité à long terme. Pour l’instant, les pac géothermiques Lemasson fonctionnent au R410A, mais passeront au R290 en 2024. Géothermik, un autre français peu connu propose sa gamme réversible AQUA 40/45°C eau glycolée/eau, de 5 à 170 kW en chauffage et de 3 à 140 kW en mode rafraîchissement. Doc. PP
Nibe, le fabricant suédois bien implanté en France, notamment dans l’Ouest, ne propose pas moins de six pac géothermiques :
– NIBE S1255 PC : eau glycolée/eau, R407C, double service (chauffage et eau chaude sanitaire), ballon d’eau chaude sanitaire, rafraîchissement passif, régulation par inverter NIBE, efficacité chauffage A+++ à 55°C, classe A pour l’ECS en puisage XL, efficacité énergétique annuelle en chauffage de 150% pour un départ à 55+C, de 200% à 35°C, 102% pour l’efficacité annuelle en ECS. NIBE S1255, semblable à la précédente, mais sans possibilité de rafraîchissement passif.
– NIBE S1155 PC (rafraîchissement passif) et NIBE S1155 (sans rafraîchissement passif), R407C, 6 kW, toutes deux sans ballon d’ECS intégré, mais associables à un préparateur externe, efficacité chauffage A+++ à 55°C.
– NIBE F1355, eau glycolée/eau, deux modèles de 4 – 28 kW ou de 6 – 43 kW, R407C, avec garantie possible de 3, 5, 7 ou même 10 ans. Chauffage, production d’ECS et rafraîchissement passif.
– NIBE F1345 est une pac de forte puissance avec des modèles de 24, 30, 40 ou 60 kW. De plus, elles sont cascadables jusqu’à 9 machines pour atteindre 540 kW. Bref, même si le modèle de 24 kW peut être utilisé en maison individuelle, cette gamme cascadable est plutôt adaptée au tertiaire et au collectif et nous en parlerons davantage dans notre prochain article.
Novency, un petit industriel français, installé dans les Vosges, propose deux gammes de pac géothermiques N1GP (eau glycolée/eau) et N1WP (eau/eau) de 5 à 5 à 24 kW. Elles se compose d’un socle qui contient la pac géothermique et peut recevoir au-dessus, un ballon pour la production d’ECS pesant jusqu’à 300 kg. La gamme eau/eau N1WP dispose d’un échangeur spécifique 100% inox afin d’effectuer un échange direct avec l’eau de puits. Les deux gammes N1 utilisent le propane comme fluide frigorigène. Pour garantir la sécurité, le circuit frigorifique est encapsulé dans un caisson étanche, avec mise à l’air libre par un tube de Ø20mm. Des trappes étanches démontables permettent l’accès au circuit frigorifique. Pour la gamme N1GP, le COP varie de 3 à 3,19 pour une loi d’eau glycolée à 0/-3°C et une loi d’eau chauffage à 55/47°C. Tout ça leur donne un rendement annuel en chauffage de 155 à 161 en monophasé et de 14 à 173 en triphasé, au sens de la Directive européenne qui parle d’efficacité saisonnière, et pour un départ d’eau à 55°C.
Pour la maison individuelle et le petit tertiaire Stiebel Eltron propose seize pompes à chaleur géothermiques sur le marché français, plus sept modèles cascadables pour le collectif et le tertiaire. Pour la maison individuelle, la gamme WPE-I XX H 400 Plus comporte quatre modèles de 8 à 17 kW de puissance, plus un modèle de 33 kW au R410A. Le modèle WPE-I 07 H 400 Plus (8 kW) affiche une efficacité énergétique saisonnière de 142% en chauffage à 55°C et une classe énergétique A++. Toute la gamme utilise le R452B, dont le GWP atteint 698. Les cinq modèles de la gamme la gamme WPE-I XX H 400 Premium, de 8 à 22 kW, restent au R410A. La gamme HPG-I XX S Premium comporte aussi 5 modèles de 8 à 15 kW avec rafraîchissement en option et R454C, dont le GWP atteint 148. La gamme HPG-I XX CS Premium, avec rafraîchissement en option, contient aussi 5 modèles de 4 à 15 kW.
Viessmann propose trois modèles de pompes à chaleur géothermiques individuelles : Vitocal 200-G eau glycolée/eau réversible de 5,8 à 22,6 kW A+++ au R410A ; Vitocal 222-G eau glycolée/eau de 5,8 à 10,4 kW avec ballon de 200 l intégré, A++ et R410A et Vitocal 300-G réversible (4,3 à 7,5 kW, cascadable jusqu’à 85,6 kW) eau glycolée/eau (eau/eau en option), A+++ et R410A.
Weishaupt, enfin, propose quatre gammes de pompes à chaleur géothermiques. La première, les pac WWP S eau glycolée/eau de 6 à 130 kW pour le chauffage et l’ECS atteignent l’étiquette A++ à A+++ en chauffage haute température, avec un COP jusqu’à 5,4 (B0/W35) pour le modèle WWP S 50 ID. Es trois modèles de la gamme WWP S IDT, de 6,10, 8,10 et 10,90 kW ajoutent un ballon de préparation d’ECS de 156 l. Les pac Weihaupt Geoblock WGB offrent un seul modèle de 5,19 kW cacadable. Enfin, la gamme WWP W est constituée de 11 pac eau/eau de 9,6 kW à 180,10 kW. Doc. Weishaupt
Dans le cas de cette installation en maison neuve près d’Amserdam en Hollande, le forage a été réalisé en même temps que la construction de la maison. La boucle fermée d’eau glycolée arrive directement au pied de la pac géothermique. Ce sont les deux tubes noirs qui s’enfoncent dans le sol à gauche de la pac. Doc. PP
Les pac géothermiques maîtrisent le rafraîchissement passif.
Le rafraîchissement passif est le véritable atout des pac géothermiques. Bien sûr, elles comportent de nets avantages en mode chauffage, notamment parce qu’elles ne sont pas soumises à une variation de température de leur source froide : la température du sous-sol entre 10 et 20 m de profondeur est constante toute l’année et varie entre 12 et 15°C selon les emplacements en France métropolitaine.
Mais, en mode rafraichissement, la gamme des pac géothermiques N1GP de Novency, par exemple, atteint un EER de 13 à 140, grâce à l’utilisation du rafraîchissement passif. Dans le cas de la géothermie, le rafraîchissement passif consiste à stopper le compresseur de la pac et à fonctionner par échange direct entre le circuit se sondes enterrées ou le doublet puisage/rejet dans la nappe et le circuit de rafraîchissement à l’intérieur de la maison. Dans le cas d’un puisage en nappe, il est prudent de placer un échangeur en acier inoxydable entre l’eau de nappe et le circuit de la pac ou le circuit de rafraîchissement de la maison.
Doc. AFPG
Pour utiliser le rafraîchissement, il faut naturellement que les émetteurs le permettent : plancher chauffant/rafraîchissant, plafond chauffant/rafraîchissant, ventiloconvecteurs ou solution de VMI (Ventilation Mécanique par Insufflation) avec une batterie eau/air. Le plancher chauffant/rafraîchissant est une solution bien connue des installateurs, mais en maison individuelle existante, il peut être compliqué à mettre en œuvre.
Le plafond chauffant/rafraîchissant, apparu il y a une petite dizaine d’années, se développe grâce à la RE2020 qui diminue les besoins de chauffage et fait apparaître dans de nombreuses zones du territoire, des besoins de rafraîchissement actif. Il est également assez simple à installer dans une maison existante, si la hauteur sous plafond est suffisante. Toutes les solutions de rafraîchissement doivent être asservies à une sonde de détection d’humidité ambiante et de température ambiante pour couper le rafraîchissement lorsque l’ambiance approche la température de point de rosée.
Atlantic, Caleosol, Idealtherm, Thermacome, Rehau et d’autres industriels proposent des solutions de plafond en maison individuelle. La Solution Atlantic Plafino vient du rachat d’Innovert par Atlantic en 2018. Outre Plafino, Innovert propose également le plafond chauffant/rafraîchissant Vivalto.
Voici le ventiloconvecteur Kampmann PowerKon LT, spécialement développé pour les pompes à chaleur réversibbles. Doc Kampmann
Aermec, Atlantic, Clivet, Daikin, Finimétal, Galetti, Kampmann, Olympia Splendid, Panasonic, Sabiana, Systemair, … proposent des ventiloconvecteurs conçus pour le logement. Ce sont soit des appareils muraux à poser en allège, comme un radiateur, avec en plus un bac de recueil de condensats, une pompe à condensats et une évacuation des condensats, ou bien des appareils gainables, toujours avec recueil et évacuation des condensats. Les appareils en allège se prêtent bien à une construction neuve, tandis que les ventiloconvecteurs gainables s’installent plus facilement dans une maison existante. Avers trois ou quatre gaines de distribution d’air, un ventiloconvecteur gainable peut rafraîchir plusieurs pièces.
Finalement, la VMI est une solution de ventilation par insufflation et non par extraction. VENTILAIRSEC, un industriel de la ventilation, fabrique et commercialise le groupe de VMI Purevent. Il s’agit d’un groupe qui souffle au lieu d’extraire. Il est équipé d’une batterie à eau, réversible, baptisée Hydro’R, pouvant fonctionner en préchauffage ou en rafraîchissement de l’air neuf insufflé. Le groupe Purevent affiche un débit d’air maximal de 350 m3/heure. La batterie Hydro’R accepte un débit d’eau jusqu’à 1 m3/heure. Avec une température d’air extérieure de 35°C, une température d’eau glacée de 7°C, un débit d’air de 90 m3/heure et un débit d’eau de 0,3 m3/heure, la température de soufflage est de 17,5°C. Purevent avec l’option Hydro’R est équipé d’un relevage de condensats. Doc Ventilairsec
Tous les appareils que nous avons évoqués dans cet article, depuis les pompes à chaleur jusqu’au groupe de VMI en passant par les ventiloconvecteurs, les plafonds et planchers chauffants/rafraîchissants sont naturellement connectables d’une façon ou d’une autre.
Notre prochain article sur la géothermie traitera de sa mise en œuvre en collectif et en tertiaire, avec l’intervention de BE spécialisé et l’intérêt du couplage solaire thermique/géothermie.