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2 Bulletin des Energies Renouvelables N°48-2019 Centrale géothermale 1500 à 200

2 Bulletin des Energies Renouvelables N°48-2019 Centrale géothermale 1500 à 2000 m Réseau de chauﬀage Chambre de pompage Puits d’injection Puits de production Pompe d’injection Sous stations Echangeur secondaire Echangeur principal Tête de puits d’injection Introduction L’énergie géothermique est l’énergie extraite à partir de la chaleur de la terre pour produire de l’électricité ou fournir directement de la cha leur. C’est une énergie écologique, renouvelable, économique et sur tout sans risques pour la santé humaine. Des raisons qui ont permis aux diverses applications géothermiques, notamment le chauffage et la climatisation, de connaître un développement rapide dans de nom breux pays. Cependant, de telles applications restent méconnues en Algérie et bien d’autres pays qui comptent un riche potentiel géother mique. La production de chaleur ou de froid d’origine géothermique consiste à récupérer la chaleur thermale de l’eau ou du sol , afin de l’utiliser dans une grande variété d’applications résidentielles, indus trielles et commerciales. Les systèmes géothermiques sont classés en deux catégories distinctes : les systèmes géothermiques profonds (Deep Geothermal Systems) et les systèmes géothermiques peu pro fonds (Shallow Geothermal Systems). Systèmes géothermiques profonds Deep geothermal systems Les systèmes géothermiques profonds (Figure 1) concernent les res sources ou aquifères géothermiques profonds (Deep geothermal re sources and aquifers), on parle alors de géothermie profonde. Dans ce cas, les systèmes conçus ont pour objectif l’exploitation des eaux thermales des nappes aquifères profondes (≈ 1000 à 3000 m) suffi samment chaudes pour être utilisées directement dans des réseaux de chauffage urbain. Le réseau de distribution de chaleur géother mique se compose d’une station (ou centrale), des canalisations et des sous-stations. Les deux éléments principaux dans les systèmes géothermiques profonds sont le doublet géothermique (forage de production et d’injection) et l’échangeur de chaleur. Chauffage et rafraichissement par la géothermie OUALI Salima, Maître de Recherche B Division Thermique et Thermodynamique Solaire et Géothermie E-mail : s.ouali@cder.dz Figure 1. Schéma descriptif d’un système géothermique profond [2]. 3 Bulletin des Energies Renouvelables N°48-2019 Le doublet géothermique Afin d’éviter un déséquilibre dans la nappe d’origine, et d’assurer une meilleure gestion de la ressource, la technique de forage dite du doublet géothermique (un puits de production et un puits d’injec tion) est généralement utilisée. Cette technique permet de restituer l’intégralité des volumes d’eau extraits au milieu d’origine. Pour des raisons techniques, les deux forages du doublet doivent se trouver proches l’un de l’autre à une certaine distance. Dans certains cas, des puits déviés sont utilisés (Figure 2). Le circuit ainsi formé, véhicule l’eau thermale extraite de la nappe profonde jusqu’à la centrale géo thermique grâce au forage de production. Après son utilisation, l’eau thermale est à nouveau réacheminée vers la nappe d’origine grâce au forage d’injection. L’échangeur de chaleur Dans chaque bâtiment ou groupement de maisons raccordé au ré seau de chaleur, se trouve une sous-station qui abrite le poste de livraison où l’eau chaude transfère sa chaleur aux installations du bâ timent via un échangeur thermique (Figure 3). Différents types d’échangeurs sont commercialisés comme les échan geurs à plaques, multitubulaires ou spirales. Dans les applications géothermiques, les échangeurs constitués en titane ou en acier revê tu (inoxydable), sont les plus utilisés pour leur résistance à la corro sion qui peut être causée par les fluides géothermaux. Les canalisations Des canalisations de transport d’eau chaude issue des systèmes géo thermiques permettent la distribution de la chaleur aux utilisateurs et le raccordement au réseau de chaleur (Figure 4). Le fluide dont la température est inférieure à 110 °C est distribué dans le réseau à des pressions de 5 à 15 bars. Le réseau de chaleur comprend générale ment deux tuyauteries, l’une pour distribuer la chaleur et l’autre pour le retour du fluide refroidi vers la station. Celles-ci sont déposées à même le sol, ou bien enterrées. Afin de minimiser l’impact des agres sions extérieures (soleil, pluie, vent, etc.) sur la tuyauterie, et ainsi ré duire les pertes de chaleur et améliorer la performance du système, des tubes avec isolation sont recommandés. Les systèmes géothermiques peu profonds Shallow geothermal systems Les systèmes géothermiques peu profonds utilisent la chaleur du sol ou de l’eau des nappes superficielles comme source d’énergie, on parle alors de géothermie superficielle. Ce type de systèmes est le plus répandu dans le monde et les domaines d’application com prennent le chauffage et rafraîchissement des logements individuels, collectifs ou tertiaires. Les systèmes géothermiques peu profonds né cessitent l’association d’une pompe à chaleur (PAC) et des capteurs ou sondes pour capter la chaleur du sous-sol. La pompe à chaleur La pompe à chaleur (Figue 5), utilise le cycle thermodynamique pour puiser la chaleur présente dans la terre, l’eau ou l’air. Le capteur va transmettre la chaleur puisée du sol vers l’espace à chauffer en ali mentant un émetteur ou circule un fluide caloporteur (plancher chauffant, radiateur ou ventilo-convecteur). Les PAC sont principa lement utilisées pour élever la température de la source de chaleur grâce au fluide frigorigène qui est, généralement composé d’eau gly colée. Quelle que soit la source de chaleur naturelle utilisée, il existe une pompe à chaleur adaptée. En géothermie, les PAC utilisées sont : ■ PAC eau/eau : aussi appelée PAC à fluide intermédiaire. Dans ce sys tème, de l’eau glycolée circule dans des capteurs et transmet les ca lories récupérées du sol au circuit émetteur contenant de l’eau (plan cher chauffant, radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.). ■ PAC sol/eau : aussi appelée PAC mixte. Dans ce système, un fluide frigorigène (gaz) circule dans des capteurs et transmet les calories récupérées du sol au circuit émetteur contenant de l’eau (plancher chauffant, radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.). ■ PAC sol/sol : aussi appelée PAC à détente directe. Dans ce type de pompe à chaleur, le fluide frigorigène (gaz) circule dans tout le sys tème, dans les capteurs et les émetteurs. Les PAC sont différenciées par leur coefficient de performance (COP), qui correspond au rapport entre la puissance récupérée et la puis sance consommée par la pompe à chaleur. Le COP varie de 3 à 5, au-delà de 3, la technologie est considérée comme rentable et non polluante. Figure 2. Différentes configurations de doublets [2]. Figure 4. Canalisations d’eau chaude de chauffage urbain en Islande. Figure 3. Echangeur de chaleur, sous-station à Balçova, Izmir, Turquie. L’énergie géothermique est l’énergie extraite à partir de la chaleur de la terre pour produire de l’électricité ou fournir directement de la chaleur. 4 Bulletin des Energies Renouvelables N°48-2019 Les capteurs Selon le type de capteurs utilisé, sont distingués les systèmes géo thermiques à boucle fermée et à boucle ouverte (Figure 6). ■ Les systèmes à boucle fermée Dans les systèmes à boucle fermée (A), des capteurs sont placés hori zontalement à faible profondeur dans le sol (1 à 2 m de profondeur) ou verticalement dans un trou de forage (50 à 250 m de profondeur). Une solution eau-antigel circule dans les capteurs. Ainsi, la chaleur est captée du sol en hiver et y est libérée en été. Contrairement aux capteurs verticaux, les capteurs horizontaux sont plutôt adaptés pour les habitations disposant de vastes terrains à proximité. ■ Les systèmes à boucle ouverte Les systèmes à boucle ouverte (B), utilisent l’eau souterraine des aquifères peu profonds dont la température est constante (12°C) en tant que source de chaleur. Cette technique nécessite deux puits géothermiques (l’un pour le pompage et l’autre pour la réinjection) pouvant atteindre chacun plusieurs dizaines ou centaines de mètres de profondeur. Après son passage par la PAC, la chaleur captée est utilisée pour les besoins de chauffage ou de froid. Références 1. BRGM. 2018. < http://www.geothermie-perspectives.fr/image/ principe-dun-reseau-chaleur-geothermique> accédé en 2019. 2. BRGM. <http://www.geothermie-perspectives.fr/article/tech nique-forage-particuliere-doublet-geothermique-profond>, accé dé en 2019. 3. <http://www.antibesgenerationvirtuoses.fr/comment-installer- une-pompe-a-chaleur-eau-eau-2/> accédé en 2019. 4. J. M. Percebois. 2011. Le guide du chauffage géothermique : Edi teur Eyrolles Collection : Les guides de l’habitat durable, Date paru tion : 04/2011 (2ème édition). Pompe à chaleur Capteurs horizontaux Capteurs verticaux A B Capteurs sur nappe Pompe à chaleur Radiateur Plancher chauﬀant Nappe phréatique Radiateur Ballon d’eau chaude Pompe à chaleur Capteurs enterrés Chauﬀage par le sol 1 1 2 2 3 3 Figure 5. Principe de la pompe à chaleur [3]. Figure 6. Systèmes géothermiques peu profonds A. Système à boucle fermée; B. Système à boucle ouverte 5 Bulletin des Energies Renouvelables N°48-2019 La géothermie très basse énergie Concerne l’exploitation de la chaleur du sous-sol ou des aquifères superﬁciels de 0 à 600 m de profondeur, dont la température est inférieure à 30 °C. Elle est principalement utilisée pour le chauﬀage/climatisation et l’alimentation en eau chaude sanitaire. La technique se base sur l’ajout d’une pompe à chaleur associée à des capteurs ou forages. Elle peut être utilisée en partout dans le monde notamment en Algérie. La géothermie basse énergie Concerne l’exploitation des gisements situés dans des bassins sédimentaires entre 1500 et 2500 mètres de profondeur, dont la température varie entre 30 et 90 °C. Elle est utilisée dans le chauﬀage d’habitations et certaines applications industrielles. Elle peut être utilisée au Sahara septentrional algérien(Ouargla, Ghardaïa, Biskra). La géothermie moyenne énergie Concerne l’exploitation des gisements profonds situés dans des uploads/Geographie/ ber48-02-05.pdf