Guide complet de la géothermie : définition, fonctionnement, avantages et aides

Les entrailles de la Terre abritent un véritable trésor, une précieuse ressource renouvelable : de la chaleur. La planète est une réserve énergétique immense que l’on peut exploiter grâce à la géothermie. Bien qu’elle gagne en popularité, cette solution d’avenir demeure méconnue, et trop peu répandue. Pourtant, elle constitue une source d’énergie décarbonée — sans recours à une matière fossile et donc peu émettrice de CO₂ —, digne d’intérêt au regard des objectifs climatiques nationaux et européens.

Faible empreinte environnementale, attrait économique, système performant… la géothermie présente de multiples avantages pour chauffer et refroidir les bâtiments de manière écoresponsable, voire produire de l’électricité. Face au potentiel de cette technologie, le gouvernement entend lui attribuer un rôle clé dans l’atteinte de la neutralité carbone à l’horizon 2050, en accélérant son déploiement. Définition, atouts, aides : Hellio décortique la géothermie dans ce guide complet.

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Qu’est-ce que la géothermie ?

Théâtre d’une incroyable activité magmatique, le cœur du globe est une vraie fournaise. La température du noyau, boule de fer solide de 1 220 km, oscille entre 3 800 °C et 5 500 °C. Celle du manteau atteint 1 000 °C. Au total, 99 % du volume de la Terre affiche un mercure supérieur à 100 °C ! Les roches n’étant pas parfaitement isolantes, la chaleur s’échappe lentement du centre pour remonter vers la surface, où elle se répartit de manière inégale.

Par définition, la géothermie désigne l’ensemble des phénomènes thermiques qui surviennent à l’intérieur de la planète, et leur étude. Ce terme issu du grec — gêo (terre) et thermos (chaud) — renvoie également aux technologies visant à exploiter la chaleur de la Terre. L’énergie thermique sert ainsi à produire de l’électricité, et à chauffer ou refroidir les structures. Elle se prête aussi bien à la construction qu’à la rénovation de bâtiments publics ou privés, de logements, de sites industriels, etc.

Comment fonctionne la géothermie ?

Notre astre est une formidable réserve de chaleur. Dans la partie de l’écorce terrestre située sous la couche superficielle, appelée sous-sol, les degrés augmentent avec la profondeur : on parle de gradient géothermal. En France, la température grimpe d’environ 3,3 °C par 100 mètres à mesure que l’on s’enfonce sous la croûte continentale. Ainsi, la géothermie consiste à puiser les calories enfouies sous la surface pour la transformer en énergie électrique, frigorifique, ou de chauffage.

Le principe du chauffage par géothermie

Dans l’Hexagone, la géothermie s’applique principalement au chauffage des bâtiments. Toutes les constructions sont concernées : maisons individuelles, immeubles résidentiels, établissements publics, industriels et tertiaires, écoquartiers, etc.

L’apport de confort thermique au sein de la structure est réalisable grâce à une pompe à chaleur (PAC) hydrothermique, ou eau/eau. Elle permet d’extraire la chaleur située dans le sol, plus précisément dans les eaux souterraines.

La PAC géothermique peut être combinée à un réseau de chaleur. Il s’agit d’un ensemble de canalisations reliant une unité de production centralisée — alimentée par l’énergie du sous-sol profond — aux bâtiments d’un quartier ou de toute une ville.

La géothermie n’a pas pour seul but d’apporter du confort thermique : elle fournit de la chaleur décarbonée de manière générale, qu’elle soit utilisée pour du chauffage, de l’eau chaude sanitaire (ECS), des procédés industriels, etc.

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L’exploitation de la chaleur du sol pour les besoins de froid

La production de froid ou de frais représente un autre usage de la géothermie. En effet, ces pompes à chaleur peuvent être réversibles, c’est-à-dire qu’elles offrent une solution de refroidissement pour les beaux jours. En été, le fonctionnement du système s’inverse : la PAC prélève la chaleur en intérieur pour la rejeter sous nos pieds, abaissant ainsi la température au sein du bâtiment.

Précision utile : les pompes à chaleur non réversibles peuvent tout de même rafraîchir des locaux grâce au géocooling, aussi appelé freecooling. En période estivale, la température naturellement basse du sous-sol apporte directement de la fraîcheur via les capteurs et échangeurs géothermiques. C’est un moyen idéal de créer un climat confortable pour les occupantes et occupants d’un logement ou d’une entreprise, tout en réalisant des économies d’énergie. En effet, la pompe à chaleur ne consomme pas d’électricité, puisqu'elle n’est pas sollicitée.

Enfin, le puits climatique constitue une alternative économique pour chauffer ou rafraîchir l’air des bâtiments selon la saison, sans nécessiter l’installation d’une PAC. Le mécanisme est simple : une conduite souterraine fournit de l’air chaud ou frais au sein de la structure via le système de ventilation. Cette méthode permet non seulement de réduire la facture d’électricité, mais aussi de respecter l’environnement. En effet, le puits climatique évite la mise en route du chauffage et de la climatisation, contribuant ainsi à limiter les rejets de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère. Lorsque l'on parle de puits canadien, le système permet d'insuffler de l'air chaud en hiver, tandis que le puits provençal refroidit la température du bâtiment en été.

Les centrales géothermiques pour produire de l’électricité

Les ressources géothermales supérieures à 100 °C peuvent être également exploitées pour générer de l’électricité. Toutefois, le potentiel français est très faible, hormis en Guadeloupe avec la géothermie de Bouillante. Ce site d’Outre-mer, mis en service en 1986, valorise la chaleur du volcan de La Soufrière pour la production électrique.

Quels sont les différents types de géothermies ?

Plusieurs géothermies coexistent, selon les usages. On distingue deux grandes formes : la géothermie superficielle, et la géothermie profonde.

La géothermie de surface, jusqu’à 200 m sous le sol

On parle aussi de géothermie horizontale lorsqu'elle se situe à une très faible profondeur, par exemple pour chauffer une maison.

Comme son nom l’indique, la géothermie de surface consiste à puiser la chaleur de la Terre à de faibles profondeurs, allant de quelques mètres à 200 m. La température oscille entre 10 et 20 °C, et reste relativement stable toute l’année. En revanche, elle n’est pas assez haute pour permettre une valorisation directe de la matière. Une pompe à chaleur s’avère donc indispensable pour exploiter l'énergie thermique.

Les calories sont ponctionnées au moyen de capteurs horizontaux ou verticaux, de sondes, de corbeilles géothermiques, de pieux de fondation, ou encore de forages effectués dans des nappes d’eau souterraines. Le choix du dispositif varie selon la typologie du sol, les caractéristiques du projet, les contraintes réglementaires, et le budget disponible.

La géothermie très basse énergie ou très basse température — ses autres appellations — s’applique à de nombreux secteurs : logements collectifs, maisons individuelles, hôpitaux, domaine tertiaire, établissements scolaires, activités viticoles, élevage, etc.

Le marché européen des pompes à chaleur géothermiques (PAC) affiche une croissance de 9,1 % en 2020, avec 100 830 appareils vendus. Il est porté par la Suède et l’Allemagne. Si la France enregistre seulement 3 005 ventes en 2020, elle se classe en 2^e position du parc de PAC installées, avec plus de 200 000 appareils en opération sur un total d’environ 1,8 million d’unités en service dans l’Union européenne.

La géothermie profonde, vers des températures plus élevées

Là encore, l’expression est sans équivoque : avec la géothermie profonde, on se rapproche davantage des entrailles de la Terre pour exploiter un flux de chaleur plus important.

Il existe deux voies de valorisation de la chaleur thermique profonde, grâce à la géothermie verticale :

• La géothermie basse température, ou basse énergie, pour le chauffage et le froid : les gisements d’eau vont de 30 à 90 °C, et se situent entre 200 et 2 000 m dans le sous-sol.
• La géothermie haute température, ou haute enthalpie, pour l’électricité : les vapeurs ou fluides captés sont brûlants, et dépassent les 150 °C. Les régions volcaniques sont généralement des zones propices au forage profond, de 1 500 à 5 000 m, pour produire notamment de l’électricité.

Dans l’Hexagone, la géothermie profonde sert principalement à alimenter les installations de chauffage urbain, notamment en Île-de-France grâce à l’aquifère du Dogger — une nappe phréatique localisée sous le Bassin parisien. En 2021, 47 des 833 réseaux de chaleur en France métropolitaine reposaient sur la géothermie directe, selon le ministère de la Transition écologique.

Quels sont les avantages et les inconvénients de cette source d’énergie thermique ?

La géothermie, une technologie d’avenir aux multiples atouts

Dans un contexte de transition écologique et de flambée des coûts de l’électricité, du gaz et du fioul, la géothermie offre de nombreux avantages.

En effet, cette source d’énergie est :

• Inépuisable et disponible en continu : le centre de la Terre produit de la chaleur en permanence.
• Accessible presque partout : la géothermie de surface est applicable sur la majorité du territoire français.
• Polyvalente : elle peut satisfaire à la fois les besoins de chaleur, de froid et d’eau chaude sanitaire des bâtiments.
• Renouvelable et peu polluante : la valorisation de la chaleur est effectuée sur site, et ne nécessite aucun transport ni combustion. L’activité géothermique rejette moins de CO₂ que l’exploitation de ressources fossiles, et n’est pas génératrice de particules fines ou de molécules nocives.
• Fiable : résistants et pérennes, les équipements bénéficient d’une longue durée de vie. Par exemple, de l’ordre de 100 ans pour une sonde géothermique, selon l’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG).
• Performante et discrète : les PAC géothermiques garantissent un rendement constant tout au long de l’année, et sont relativement silencieuses.
• Compétitive : la géothermie permet de diminuer la facture énergétique, car son coût de fonctionnement est plus bas que celui des énergies traditionnelles.
• Visionnez la vidéo du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour plus d’informations.

Prêt à profiter des avantages d’une énergie décarbonée ?

Des inconvénients à relativiser

Bien que la géothermie présente de nombreux points forts, quelques inconvénients sont à prendre en compte :

• Un coût d’installation élevé : la pose d’un chauffage par géothermie représente un budget initial conséquent, et le retour sur investissement peut prendre plusieurs années.
• Une adaptabilité parfois aléatoire : certains sols ne peuvent pas être creusés suffisamment en profondeur, ou complexifient l’opération. C’est par exemple le cas des terrains rocheux.
• Le risque sismique lié à la géothermie profonde : les éventuels séismes pouvant être provoqués par le forage sont un sujet de préoccupation récurrent. Un rapport à visée pédagogique traite de cette thématique afin d’informer les acteurs de la filière.

Néanmoins, les atouts de la géothermie l’emportent haut la main sur ces « faiblesses ». Cette source d’énergie offre un formidable potentiel encore trop peu exploité dans l’Hexagone, comparativement à certains de nos voisins européens, comme la Suède ou l’Allemagne. Elle offre pourtant une réponse adaptée aux enjeux de décarbonation du pays, c’est-à-dire la baisse des émissions de CO₂.

Début février 2023, le gouvernement a ainsi lancé un plan d’action pour accélérer le développement de la filière.

PAC géothermique et réseau de chaleur : quelles aides pour exploiter cette source d’énergie ?

Pour soutenir le déploiement de ces technologies, et pout compenser les investissements élevés nécessaires, l'État multiplie les mécanismes de financement. Ces derniers s'adressent tant aux entreprises et collectivités qu'aux ménages.

Les financements pour les particuliers

Les particuliers peuvent bénéficier de plusieurs aides à la rénovation énergétique en installant une PAC géothermique dans leur maison :

• La prime CEE classique : elle est octroyée dans le cadre du dispositif des certificats d’économies d’énergie, et peut se chiffrer en centaines d’euros. Les conditions d’éligibilité sont détaillées dans le document BAR-TH-104.
• Le Coup de pouce Chauffage (bonification des CEE) : depuis mars 2023, tous les ménages perçoivent minimum 5 000 € pour le remplacement de leur vieille chaudière au charbon, gaz ou fioul par un modèle eau/eau. Et ce, quel que soit leur niveau de revenu.
• MaPrimeRénov' : le montant de la prime peut atteindre 10 000 € selon les revenus des Français et Françaises.
• La TVA à 5,5 % : le taux de TVA appliqué est réduit pour diminuer le montant des travaux.
• L’éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ) : ce prêt sans intérêts permet de financer le reste à charge après déduction des aides demandées. Son montant peut se chiffrer à 15 000 euros, remboursables sur 15 ans maximum.

Le gouvernement a pour ambition de doubler le nombre de PAC géothermiques dans les foyers d’ici 2025. Dans son rapport consacré à la géothermie, l’État indique que le cumul des dispositifs de soutien peut couvrir jusqu’à 90 % du coût du chantier pour les ménages les plus précaires.

À noter : le raccordement à un réseau de chaleur donne droit à des aides similaires, mais les sommes versées diffèrent.

Les aides financières pour les copropriétés et entreprises

Les propriétaires et gestionnaires de bâtiments résidentiels collectifs et tertiaires peuvent profiter de l’offre Coup de pouce, dans sa version collective. L’aide financière est versée en priorité pour le raccordement de l’immeuble à un réseau de chaleur, après abandon d’un équipement de chauffage à énergie fossile. Si cette opération s’avère impossible pour des raisons techniques ou économiques, l’installation d’une pompe à chaleur eau/eau donne alors droit à une grosse bonification. Concrètement, la prime habituelle des Certificats d’économies d’énergie est multipliée par 5.

Quant aux primes CEE classiques (hors Coup de pouce) pour la pose d’un équipement de ce type, elles sont ouvertes aux secteurs suivants : habitat collectif, tertiaire et agriculture. Il peut s’agir d’appareils eau/eau « classiques » ou bien à absorption (sauf pour l’agriculture). Dans le second cas, la PAC intègre un brûleur au gaz naturel ou propane. Le montant de l’aide dépend alors de plusieurs facteurs : performance énergétique, surface chauffée, secteur d’activité, etc.

Par ailleurs, les collectivités, les entreprises, les établissements publics et les associations peuvent obtenir un accompagnement financier grâce au Fonds Chaleur de l’Agence de transition écologique (Ademe). Tout comme l’Ademe, Hellio vous guide à travers chaque étape de votre projet, et dans toutes vos démarches !

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