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Géothermie résidentielle au Québec: choix de système

geothermie quebecGéothermie chauffage et climatisation. Dans les climats froids comme ceux du Canada ou des autres pays nordiques, le chauffage et la climatisation des résidences par géothermie permet d’utiliser l’énergie solaire emmagasinée dans la croute terrestre et dans les nappes d’eau souterraine pour réduire la facture énergétique annuelle d’environ 66%. Chaque type de système géothermique a des avantages et des inconvénients. Les caractéristiques importantes qui déterminent le choix du système sont:
– Le type de sol
– La présence d’eau en grande quantité
– Les besoins énergétiques de l’immeuble
– Le niveau d’entretien que vous acceptez
– Les risques de bris que vous êtes prêts à courir
– L’espace de terrain dont vous disposez

geothermie montrealGéothermie: système à eau ouvert

Si on ne regarde que le coût de réalisation sans évaluer les inconvénients et les risques associés, le système ouvert fonctionnant à l’eau est généralement le plus économique. Cependant, il a plusieurs inconvénients:
1- Le système ouvert est soumis à de l’eau impure (fer, souffre, calcaire et autres minéraux ),qui encrasse son échangeur de chaleur, diminue son efficacité et demande un entretien régulier.
2- Le système en circuit ouvert est tributaire d’un approvisionnement important en eau (2 gallons par minute par tonne de réfrigération ). Si pour une raison quelconque, l’approvisionnement en eau diminue dans le puits, le système ne pourra plus subvenir aux besoins de chauffage de la maison et deviendra inopérant.
3- Une pompe à vitesse variable coûteuse est nécessaire pour pouvoir coupler l’eau de la géothermie à l’approvisionnement d’eau domestique à partir du même puits. Ceci afin de ne pas réduire la pression d’eau de manière drastique quand la géothermie se met en fonction.
4- On ne peut pas toujours connaître la profondeur qu’il faudra creuser pour obtenir ce débit et personne ne peut garantir qu’il durera 25 ans. S’il faut creuser plus de 150 pieds le système n’est plus économique car il faut creuser un puits d’absorption équivalent.
5- Le problème le plus inquiétant est l’obstruction du puits d’absorption. J’estime actuellement que 20% des puits d’absorption s’obstruent avant 5 ans causant souvent des dommages importants aux terrains en les inondant. Il faut alors creuser un nouveau puits d’absorption.
Selon moi, cette pratique est trop risquée pour être recommandée, même si elle s’avère plus économique à réaliser.

geothermie antigel quebecGéothermie: système eau-antigel vertical

Si on a besoin de 10 tonnes de chauffage/climatisation ou plus, le système eau-antigel vertical peut-être le meilleur choix.
Le système fermé eau-antigel est une boucle de tuyaux remplis d’un mélange d’eau et d’antigel de qualité alimentaire (pour ne pas empoisonner la nappe d’eau en cas de fuite) qui est constamment recirculé entre la thermopompe et le sol pour absorber et transmettre l’énergie. La même boucle peut servir à réchauffer la maison en hiver et à la rafraîchir en été.

Dans le cas du circuit fermé vertical on creuse un trou de 5 ou 6 pouces de diamètre dans le sol sur une profondeur pouvant aller jusqu’à 550 pieds. Lorsque le sol est fait de roc, on insère simplement le tuyau en boucle dans le trou et on rempli le reste du trou avec du sable de silice pour assurer un bon transfert de chaleur entre le tuyau et le roc environnant.

Lorsque le sol est sablonneux, argileux ou trop mou, il est nécessaire d’ajouter une gaine d’acier dans le sol pour l’empêcher de s’obstruer avant la pose des tuyaux. Toutefois, après le remplissage avec le sable de silice, la gaine peut-être retirée ou laissée en place selon la difficulté du travail. De manière générale, il est préférable de laisser la gaine en place pour éviter un effet d’entonnoir qui peut faire affaisser le sol près des puits.

Pour les installations commerciales ou nécessitant 10 tonnes ou plus de chauffage et de climatisation c’est un système sûr et efficace à long terme nécessitant un faible entretien consistant à surveiller la qualité du mélange eau-antigel à tous les trois ans pour s’assurer du maintien de la qualité du mélange, éviter la prolifération des bactéries et la perforation par corrosion de l’échangeur de chaleur. Dans ces installations, souvent surveillées par des ingénieurs, l’antigel utilisé est généralement un éthanol d’origine végétale et rapidement biodégradable qui ne fait pas courir de risque à l’environnement en cas de fuite. Malheureusement, ce n’est pas le cas dans les petits systèmes résidentiels où les antigels utilisés peuvent être très dommageables en cas de fuite.

Problèmes d’entretien inquiétants. Les systèmes résidentiels à antigel sont sujets à des problèmes d’entretien de l’échangeur de chaleur et parfois de formation d’algues dans les tuyaux.

Géothermie: système eau-antigel horizontal

Lorsqu’on dispose d’un grand terrain, avec un sol meuble et que les besoins énergétiques sont de moins de 10 tonnes, le circuit horizontal eau-antigel peut être plus économique que le circuit vertical car il se fait simplement avec une rétrocaveuse (pépine).geothermie entrepreneurs quebec
Le circuit fermé horizontal est semblable au circuit fermé vertical eau-antigel sauf que:
-les tuyaux sont enfouis dans des tranchées à environ 8 pieds sous le niveau du sol , espacées de 8 pieds dans le sol solide et de 10 pieds dans le sable, faisant des longueurs de 100 à 400 pieds.
-le tuyau est déposé sur le sol, le remplissage se fait avec le sol excavé, mais nettoyé de ses roches pour ne pas endommager les tuyaux.
– il nécessite 400 pieds de tuyaux par tonne de chauffage soit près du double d’un puits vertical. En effet, le sol gèle à une profondeur de 5 pieds et le système est donc moins performant qu’avec un sol à 9’C. Il nécessite aussi un grand terrain sur lequel on ne peut plus construire ni planter d’arbres.
-les tuyaux doivent être à un minimum de 15 pieds d’un champ d’épuration afin de ne pas le refroidir et nuire à l’épuration biologique.

geothermie forageLes avantages du forage à angle pour la géothermie

La technique de forage à angle (à sec et à très faible pression d’air) développée pour le dynamitage peut aussi s’appliquer aux systèmes de géothermie fermée à antigel.

Pour les systèmes de géothermie résidentiels, cette approche à de nombreux avantages:
1- Elle réduit les coûts associés au forage des puits ainsi qu’à l’excavation requise pour le raccordement à la thermopompe
2- Les tuyaux utilisés sont plus petits et plus économiques
3- Elle augmente la performance de l’échange thermique avec le sol
4- Elle permet de réduire la superficie de terrain nécessaire pour le forage

Plus propre en rénovation. Le forage à angle perce des puits de 2,75 pouces (70mm) de diamètre de plus faible profondeur. Ces forages font beaucoup moins de débris en volume qu’un forage de 5 à 6 pouces (125 à 150mm). De plus, en perçant moins profondément il est possible d’aspirer les débris directement dans des sacs. Cette approche est très avantageuse comparativement aux imposants dispositifs de récupération et de disposition des boues de forage associés à la technique de forage de puits profonds à eau.

Le forage moins profond à angle réduit les coûts de nettoyage et de récupération du matériel extrait qui est de moins en moins accepté dans les sites d’enfouissement.

Géothermie au Québec: le système DX à détente directe

geothermie dx detente directeLe système à détente directe (DX pour direct expansion) fait circuler le fréon directement dans le sol dans de petits conduits de cuivre et il absorbe la chaleur par changement de phase de liquide à gazeux. C’est ce système qui a développé dès 1995 la technique de forage à angle qui fut ensuite reprise par les systèmes à antigel.

La géothermie à expansion directe constitue la technique la plus simple, la plus performante et la plus économique des géothermies par forage.

Elle a de nombreux avantages:
1- Plus simple. Elle ne nécessite aucune pompe de circulation supplémentaire. Le compresseur fait circuler le fréon dans le sol en circuit fermé. Cela réduit les frais d’équipement ainsi que les frais de fonctionnement et d’entretien annuels. On réduit ainsi les risques de bris.

2- Sans entretien annuel. Il n’y a aucun échangeur de chaleur pouvant s’encrasser. Ceci réduit les frais d’équipement, augmente l’efficacité du système et élimine le besoin d’entretien de l’échangeur de chaleur. On suggère seulement une visite à tous les trois ans pour une vérification de routine de la pression du gaz.

3- Plus économique. L’absorption de chaleur se fait par changement de phase plutôt que par réchauffement progressif. Cela permet de réduire la longueur de tuyauterie et de forage. On peut limiter la longueur de forage à 100 pieds par tonne. Un système de 5 tonnes en géothermie DX coûte environ 5000$ de moins que le même système de 5 tonnes à antigel.

4- Plus performant. La performance d’un système géothermique à antigel diminue fortement durant la saison de chauffage car le sol se refroidit graduellement et le transfert de chaleur entre le sol et la tuyauterie de plastique devient moindre. Comme l’absorption de chaleur du système DX se fait par changement de phase (de liquide à gazeux) l’absorption d’énergie demeure relativement stable tout au long de la saison d’hiver. La tuyauterie de cuivre est aussi beaucoup plus conductrice de chaleur que le plastique des systèmes à antigel.

Une géothermie à technologie simplifiée. La géothermie DX existe depuis 1995 au Québec. Par contre, les premières installations étaient faites avec des systèmes de contrôle relativement complexes et peu d’entreprises avaient les compétences requises pour l’installation, la calibration et l’entretien. Ceci a grandement favoriser l’implantation de la géothermie à antigel dont la technologie était plus rudimentaire. Depuis 2010, la haute technologie DX est devenue beaucoup plus simple à calibrer et à opérer. Ceci permet d’assurer une performance optimale du système quelque soit la nature du sol.

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Yves Perrier
2015/11/08