Les pompes à chaleur géothermiques étant considérées comme des alternatives à faible émission de carbone aux chaudières à gaz, nous expliquons leur fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que leurs coûts.
Les pompes à chaleur géothermiques ont fait les gros titres cette année avec le lancement du programme de modernisation des chaudières en avril. Le rôle que les solutions de chauffage à faible émission de carbone telles que les pompes à chaleur sont susceptibles de jouer dans l’avenir du chauffage de nos maisons devient de plus en plus évident, en particulier à mesure que les prix de l’énergie augmentent et que le changement climatique s’intensifie.
Le coût de la technologie des pompes à chaleur et le montant des subventions que le gouvernement devra accorder pour qu’elles puissent remplacer de manière réaliste les chaudières à gaz sont des préoccupations courantes. Bien que le programme de modernisation des chaudières apporte une certaine aide, les pompes à chaleur géothermiques représentent toujours un investissement considérable et ne sont pas une option pour tous les foyers.
Cependant, pour les maisons qui conviennent à l’utilisation d’une pompe à chaleur géothermique, ceux qui sont armés des bonnes informations et des bonnes attentes peuvent s’attendre à un système efficace, durable et à faible émission de carbone, avec peu d’exigences en matière d’entretien.
Ce guide complet sur les pompes à chaleur géothermiques explique leur fonctionnement, leur coût et ce qu’il faut savoir avant d’investir dans une pompe à chaleur géothermique.
Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur géothermique ?
Les pompes à chaleur géothermiques peuvent sembler complexes, mais leur fonctionnement est très simple. Elles utilisent une série de tuyaux enterrés qui extraient l’énergie du soleil qui a réchauffé le sol. La pompe à chaleur amplifie ensuite cette énergie pour la transformer en chaleur utile dans la maison.
Un système de pompe à chaleur géothermique se compose de deux éléments principaux :
Le réseau souterrain, qui peut être soit une grille horizontale de tuyaux, qui devrait se trouver à 1,2 m sous le niveau du sol, soit deux ou trois trous de forage verticaux, qui sont susceptibles de se trouver à plus de 70 m de profondeur. Dans les deux cas, l’étendue du réseau souterrain sera déterminée par la taille de la pompe à chaleur et les conditions du sol.
La pompe à chaleur elle-même, qui est installée dans la maison. Certaines unités comprennent un ballon d’eau chaude et peuvent avoir la taille d’un grand classeur. Les pompes les plus petites peuvent être installées dans un placard de cuisine, mais elles sont souvent placées dans des salles d’installation spéciales pour en faciliter l’accès. Les pompes à chaleur sont aussi généralement installées près d’un mur extérieur pour faciliter l’accès aux tuyaux de la nappe phréatique.
Les pompes à chaleur géothermiques ont besoin d’électricité pour fonctionner. Cependant, elles utilisent l’énergie électrique de manière très efficace pour produire de la chaleur, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de fonctionnement du chauffage et les émissions de CO2.
Si les pompes à chaleur géothermiques ont besoin d’électricité pour fonctionner, elles peuvent également être associées à des sources d’électricité renouvelables telles que des panneaux solaires photovoltaïques, ce qui en fait une option encore plus écologique.
Comment fonctionnent les pompes à chaleur géothermiques ?
Un mélange d’eau et d’antigel est pompé autour des tuyaux du réseau souterrain afin d’absorber la chaleur de faible qualité fournie par l’énergie solaire et stockée dans le sol.
La pompe à chaleur utilise la technologie de compression et d’expansion (comme votre réfrigérateur) pour extraire et amplifier cette chaleur, en augmentant la température et en la rendant utile dans la maison.
La boucle souterraine d’une pompe à chaleur géothermique est constituée d’un certain nombre de boucles de tuyaux – de 2 à 12 boucles – qui sont reliées à un collecteur dans une chambre sur mesure dans le sol. Deux tuyaux d’un diamètre légèrement supérieur relient ensuite le collecteur à l’unité de pompe à chaleur dans la maison.
La quantité de chaleur qui peut être recueillie dépend des conditions du sol – par exemple, l’argile retient davantage la chaleur que le sable – et de la quantité de terrain non ombragé disponible.
En règle générale, une surface de 50 m2 est nécessaire pour chaque 1 kW de chaleur produite. Une pompe à chaleur de 8 kW aura donc besoin de 400 m2, en supposant un sol argileux et humide. (À titre indicatif, un court de tennis a une superficie de 260 m2).
Avant d’installer une pompe à chaleur géothermique, un bon installateur étudiera les conditions du sol pour déterminer le type de sol, s’il y a suffisamment d’espace pour un réseau horizontal ou si des forages seront nécessaires.
Pour en savoir plus sur le fonctionnement des pompes à chaleur géothermiques, consultez notre vidéo…
La pompe à chaleur : est-ce une bonne solution pour une maison de 200 m² ?
Quels sont les types de pompes à chaleur géothermiques disponibles ?
Il existe trois principaux types de réseaux ou d’installations de pompes à chaleur géothermiques :
Réseau souterrain horizontal
Réseau vertical (ou forage)
Pompes à chaleur à eau
Un réseau souterrain horizontal est constitué de tuyaux droits ou de tuyaux enroulés (appelés « slinkies »). Il n’y a pas de différence technique ou d’efficacité entre ces deux types de tuyaux et l’installateur (en collaboration avec le fabricant) vous conseillera celui qui convient le mieux à votre situation.
Dans les deux cas, les tuyaux seront idéalement placés à 1,2 m sous le niveau du sol.
L’espacement entre les tuyaux est tout aussi important que la profondeur. Étant donné que le réseau horizontal recueille la chaleur introduite dans le sol par le soleil, les tuyaux doivent être suffisamment espacés pour ne pas absorber plus de chaleur qu’ils ne le devraient et refroidir le sol.
L’espacement est de 3 m pour les tuyaux droits et de 5 m pour les slinkies (en supposant un sol argileux, plus large pour d’autres types de sol). En outre, les tuyaux doivent se trouver à au moins 5 mètres de la limite de toute propriété adjacente.
Dans le cas d’un réseau vertical, des trous de forage sont creusés dans le sol et reliés entre eux.
Le nombre et la profondeur des trous de forage dépendent de la taille de la pompe à chaleur et de la géologie. Leur profondeur varie entre 70 et 120 mètres.
Comme la température du sol augmente avec la profondeur, il est souvent avantageux d’avoir moins de trous de forage plus profonds, mais ce n’est pas toujours possible. Par exemple, une pompe à chaleur de 8 kW aura probablement besoin d’au moins trois forages d’environ 70 m de profondeur.
Elle n’a pas besoin d’une grande surface de terrain et, si le prix est correct, un réseau vertical est une bonne option. Toutefois, le prix des forages peut varier considérablement d’un bout à l’autre du pays et peut s’avérer prohibitif.
Bien que cela soit beaucoup moins courant, il est également possible d’utiliser des plans d’eau, tels que des lacs, des rivières, des étangs et des ruisseaux, à l’aide d’un système de pompe à chaleur géothermique. Les tuyaux sont installés par l’intermédiaire de nattes immergées dans l’eau.
Non seulement il n’est pas nécessaire de creuser, mais l’énergie renvoyée à la pompe à chaleur est généralement supérieure de 5 à 6 °C à celle des collecteurs standard, ce qui améliore l’efficacité de la pompe à chaleur.
Quels sont les avantages des pompes à chaleur géothermiques ?
L’investissement dans cette solution de chauffage à faible émission de carbone présente un grand nombre d’avantages :
Les coûts de fonctionnement sont probablement inférieurs d’environ 45 % à ceux d’une chaudière à gaz, tout en étant nettement moins élevés que ceux d’autres sources d’énergie renouvelables, y compris les pompes à chaleur à air.
Si vous vous abonnez à un fournisseur d’électricité n’utilisant que des énergies renouvelables, les émissions de CO2 pour l’ensemble de la maison, et pas seulement pour le système de chauffage, seront effectivement nulles. Vous pouvez également envisager d’utiliser une pompe à chaleur géothermique et des panneaux solaires photovoltaïques pour alimenter la pompe à chaleur en électricité.
Une fois les problèmes initiaux résolus, vous disposerez d’un système de chauffage aussi fiable qu’une chaudière à gaz et qui durera probablement deux fois plus longtemps.
Il existe des subventions, notamment le Boiler Upgrade Scheme, pour compenser le coût des pompes à chaleur géothermiques.
Quels sont les inconvénients des pompes à chaleur géothermiques ?
Le coût d’investissement élevé de l’installation d’une pompe à chaleur géothermique est prohibitif pour de nombreuses personnes.
Le jardin sera fortement perturbé, en particulier lors de l’installation d’un réseau horizontal.
Vous devrez également prendre en compte le coût de l’amélioration de l’isolation de votre maison, le cas échéant, ainsi que le coût du remplacement des radiateurs par des versions à faible débit ou par un chauffage par le sol.
Quelle est l’efficacité des pompes à chaleur géothermiques ?
L’efficacité est exprimée par le coefficient de performance saisonnier (SCoP) et un chiffre typique pour une pompe à chaleur géothermique serait supérieur à 4,0.
Cela signifie que pour chaque 1kW d’électricité utilisé pour alimenter la pompe à chaleur, celle-ci produira 4,0kW de chaleur. C’est principalement cette efficacité qui fait des pompes à chaleur une bonne idée.
Les éléments clés pour des coûts de fonctionnement faibles et une efficacité élevée sont les suivants :
Une maison bien isolée aura besoin d’une pompe à chaleur plus petite, d’un réseau souterrain plus petit (ou de moins de trous de forage) et de moins d’électricité, ce qui réduit les coûts d’investissement et de fonctionnement. L’efficacité du système commence donc par la minimisation de la quantité de chaleur requise dans la maison
Un système bien conçu – la spécification d’une pompe à chaleur est plus complexe que celle d’une chaudière à gaz. Il est courant de surdimensionner sa chaudière à gaz « au cas où », ce qui n’est pas une bonne idée lorsqu’il s’agit de pompes à chaleur. Un système surdimensionné est plus coûteux et fonctionne moins efficacement qu’un système bien dimensionné.
Combien coûte une pompe à chaleur géothermique ?
Une pompe à chaleur géothermique de base coûte entre 2 000 et 15 000 euros, selon la taille et la marque. Ce coût est probablement trois à quatre fois plus élevé que celui d’une chaudière combinée à gaz et deux fois plus élevé que celui d’une pompe à chaleur à air.
Une maison de 200 m2, avec quatre chambres, construite selon les normes de construction, aura probablement besoin d’une pompe à chaleur de 8 kW, coûtant environ 6 000 à 7 000 €, le reste étant le coût de l’installation qui peut varier considérablement en fonction des conditions du sol.
La qualité de l’équipement de la pompe à chaleur peut augmenter considérablement le coût des matériaux, le doublant dans certains cas.
Les pompes à chaleur haut de gamme peuvent avoir des composants de meilleure qualité et un logiciel embarqué complexe pour contrôler et surveiller tous les aspects du fonctionnement de la pompe à chaleur ; des alliages plus coûteux sont également utilisés dans la construction des boîtiers et des composants
La boucle souterraine et les systèmes complémentaires d’installation (tels que le chauffage par le sol et les radiateurs), ainsi que d’autres matériaux périphériques, peuvent également augmenter considérablement le coût d’un système de pompe à chaleur géothermique.
Combien coûte l’installation d’une pompe à chaleur géothermique ?
L’installation complète d’une pompe à chaleur géothermique pour une maison de 240 m2 coûte entre 15 000 et 25 000 euros, y compris l’unité.
Un certain nombre de facteurs influent sur le coût de l’installation d’une pompe à chaleur géothermique, notamment:
- La complexité de l’installation, y compris la distance entre la pompe à chaleur et le collecteur de la boucle souterraine, augmente le coût de l’installation.
- Le type d’installation – plus précisément, s’il s’agit d’une installation horizontale ou verticale.
- Les propriétés plus grandes nécessitent des pompes à chaleur plus grandes, voire plus d’une unité, ainsi qu’une conception hydraulique plus complexe.
Pompe à chaleur géothermique horizontale
Le coût d’une installation horizontale dépendra beaucoup de l’état du sol. Un environnement très humide peut nécessiter des pompes pour évacuer l’eau dans une tranchée pendant la pose des tuyaux. Les parois de la tranchée peuvent également être instables, ce qui nécessitera un soutien supplémentaire et entraînera une augmentation des coûts.
Si le sol est très rocailleux, le coût de l’excavation sera également plus élevé.
Le coût de la tuyauterie pour une boucle souterraine de 500 m2 est d’environ 2 000 € et le coût de l’excavation pourrait être d’environ 300 £ par jour pour un conducteur de pelleteuse et de 300 € par semaine pour la pelleteuse. Comptez environ 4 000 à 6 000 euros.
Pompe à chaleur géothermique forée/verticale
Les collecteurs en forage sont plus coûteux que les boucles souterraines horizontales. Lorsqu’ils sont réalisés dans les règles de l’art avec un rapport de géologue, ils coûtent environ 100 euros par mètre. Il y a généralement environ 10 mètres de forage par kW, de sorte qu’une pompe à chaleur de 12 kW nécessitera un forage de 120 mètres ou deux forages de 60 mètres.
Le coût total, avec le tuyau installé et correctement remblayé avec le bon coulis (souvent de l’argile bentonite), sera d’environ 12 000 euros.
Quels sont les coûts supplémentaires liés à l’installation d’une pompe à chaleur géothermique dans une maison existante ?
Les pompes à chaleur fonctionnent à des températures basses, bien inférieures aux températures élevées des chaudières à mazout. Par conséquent, pour qu’une pompe à chaleur fonctionne de manière efficace, il faut idéalement mettre en place des niveaux élevés d’isolation afin de minimiser les pertes de chaleur de la propriété », explique Neil Sawers, directeur technique commercial chez Grant UK.
De nombreuses propriétés anciennes ne sont pas étanches à l’air et présentent des niveaux d’isolation sous-optimaux, ce qui se traduit par une efficacité moindre et des coûts d’exploitation plus élevés. Il est donc nécessaire d’investir dans l’amélioration de l’isolation et de l’étanchéité de la propriété avant d’envisager l’installation d’une pompe à chaleur géothermique.
Il se peut que vous ayez besoin d’une nouvelle tuyauterie pour le ballon d’eau chaude et pour la distribution du chauffage central, qui peut être située près de la chaudière existante plutôt qu’à proximité de l’emplacement proposé pour l’unité de pompe à chaleur. Un nouveau ballon d’eau chaude peut également être nécessaire.
Même si vous disposez déjà d’un système de radiateurs humides, il se peut que vous deviez augmenter la taille des radiateurs pour les adapter aux basses températures d’écoulement d’un système de pompe à chaleur afin d’en assurer le bon fonctionnement.
Avec les coûts potentiels du remplacement des radiateurs et de l’installation d’une isolation supplémentaire pour améliorer suffisamment la structure de votre maison pour que la pompe à chaleur géothermique soit une option viable, le coût global de l’installation augmentera considérablement. Le coût total de l’installation pourrait ainsi atteindre 35 000 euros, voire plus.
Prévoyez également un coût pour l’enlèvement de la chaudière existante. En cas de remplacement d’un système de chauffage au fioul ou au GPL, il faudra également prévoir le coût de l’enlèvement des réservoirs de stockage, de la base en béton et de la tuyauterie.
Quels sont les coûts d’exploitation d’une pompe à chaleur géothermique ?
Dans une propriété dont la charge thermique annuelle est de 15 000 kWh, la consommation d’électricité devrait se situer entre 3600 et 4700 kWh.
Sur la base du coût d’une unité d’électricité d’environ 28 pence par kWh et de l’efficacité moyenne d’une pompe à chaleur géothermique de 320 à 420 %, cela représente un coût de fonctionnement annuel compris entre 1 008 et 1 316 euros.
Le transfert de charge peut-il aider à économiser de l’argent ?
Le délestage est une stratégie de gestion de la consommation d’énergie qui consiste à passer des heures de pointe aux heures creuses, où la source d’énergie coûte moins cher. Les pompes à chaleur géothermiques sont des candidats de choix pour l’application de stratégies de délestage, car elles peuvent fonctionner facilement pendant les heures creuses, ce qui réduit le coût de l’électricité dont elles ont besoin pour fonctionner.
Cela s’explique par le fait que :
Elles sont silencieuses, ce qui signifie qu’elles ne risquent pas de causer des perturbations si elles fonctionnent pendant la nuit, par exemple.
Les températures du sol restent relativement constantes tout au long de la journée.
Les pompes à chaleur géothermiques dotées de commandes intelligentes sont capables de créer un programme de chauffage basé sur les tarifs d’électricité prévus, ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire de faire fonctionner manuellement la pompe à chaleur pour profiter de l’électricité la moins chère et la moins émettrice de carbone.
Les progrès technologiques, notamment les batteries de stockage de la chaleur, permettent également d’économiser la chaleur produite pendant les heures creuses pour l’utiliser pendant les heures pleines de la journée.
Combien d’argent pourrais-je économiser en installant une pompe à chaleur géothermique ?
Le coût de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique est d’environ 3,4 pence/kWh, tandis qu’une chaudière à gaz coûte environ 6 pence/kWh (en fonction des différents fournisseurs et en supposant un rendement de 90 %) et qu’une pompe à chaleur à air coûte environ 5 pence/kWh.
Les économies réalisées dépendent évidemment de la quantité de chaleur produite par le logement.
Puis-je installer moi-même une pompe à chaleur géothermique ?
Non, ce n’est pas conseillé – il faut admettre que l’installation d’une pompe à chaleur géothermique n’est pas un projet de bricolage. L’installation de la pompe à chaleur et du réseau souterrain sont des tâches techniquement complexes qu’il vaut mieux confier à des installateurs formés et expérimentés.
De plus, pour bénéficier du programme de modernisation des chaudières, le système doit être installé par un fournisseur accrédité MCS.
Les personnes qui s’y connaissent en travaux de terrassement ou qui utilisent une pelleteuse et un tombereau peuvent souhaiter creuser les tranchées pour un système horizontal, mais l’installation doit être confiée à des professionnels. Le creusement de trous de forage pour les réseaux verticaux nécessite un équipement spécialisé et doit également être confié à des professionnels.
