Pompe à chaleur géothermique : un système d’autoconsommation basé sur la géothermie

Comme son nom l’indique, la pompe à chaleur géothermique fonctionne grâce à la géothermie. Pour bien comprendre son fonctionnement, il faut d’abord bien comprendre d’où vient cette source d’énergie et quelles technologies permettent de l’exploiter.

Qu’est-ce que la géothermie ?

Comme le rappellent l’Agence de la transition écologique (ADEME) et le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) sur le site Géothermies, la géothermie désigne « l’ensemble des technologies qui permettent d’exploiter la chaleur de la Terre ».

Cette chaleur provient :

  • de l’énergie solaire, qui est en permanence absorbée par la Terre ;
  • de la chaleur produite par la Terre elle-même, et notamment par le sous-sol profond, autrement dit par le noyau.

Il existe différents types de géothermie :

  • la géothermie profonde : La géothermie profonde regroupe les géothermies basse énergie, moyenne énergie et haute énergie. Elle permet de valoriser des ressources situées entre 400 et 2 000 mètres de profondeur, notamment pour de la production de chaleur et/ou d’électricité. Lorsqu’un projet de géothermie permet de répondre à ces deux objectifs, on parle de cogénération ;
  • la géothermie de surface, également appelée géothermie superficielle ou géothermie très basse énergie : Elle permet d’exploiter le sous-sol peu profond, jusqu’à 200 mètres sous terre. La température du sous-sol varie alors de 10 à 20 degrés. La géothermie de surface est utilisée pour produire du frais, du froid et de la chaleur. Contrairement à la géothermie profonde, elle ne permet pas à ce jour de produire de l’électricité. La pompe à chaleur géothermique utilise la géothermie de surface.

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À qui sont destinées les pompes à chaleur géothermiques ?

Il vous est possible d’installer une pompe à chaleur géothermique dès lors que le sous-sol de votre propriété contient des ressources géothermiques suffisantes pour répondre à vos besoins.

Ce potentiel géothermique du sous-sol varie selon votre localisation. Plus spécifiquement, il varie en fonction de la conductivité thermique du sous-sol et de sa température. C’est ce potentiel qui va conditionner votre capacité à faire installer ou non une pompe à chaleur géothermique au sein de votre propriété.

Les atlas régionaux du Bureau de recherches géologiques et minières permettent d’avoir un meilleur aperçu des ressources géothermiques potentiellement exploitables dans votre région. Ils concernent plus spécifiquement les projets de géothermie verticale. Pour accéder à ces atlas régionaux, il vous suffit d’effectuer la recherche suivante sur un moteur de recherche : « BRGM espace cartographique + “nom de votre région” ». L’espace cartographique de la Bretagne est par exemple accessible ici. Votre lecture de ces atlas régionaux doit ensuite être complétée de l’avis d’un professionnel qualifié.

Il vous est par ailleurs possible d’installer une pompe à chaleur géothermique à la fois dans le cadre d’une construction et dans le cadre d’une rénovation.

Les pompes à chaleur géothermiques peuvent ainsi s’adapter à un chauffage électrique ou à un chauffage central. Cela impactera simplement les émetteurs de chaleur que vous pourrez utiliser.

  • Dans le cadre d’un chauffage électrique, la chaleur provenant de votre PAC sera diffusée par des ventilo-convecteurs alimentés par le fluide caloporteur de la pompe à chaleur géothermique.
  • Dans le cadre d’un chauffage central, la chaleur pourra être diffusée via des émetteurs de chaleur haute température (des radiateurs classiques par exemple) ou des émetteurs basse température (comme un plancher chauffant ou des radiateurs dits à chaleur douce, qui représentent une option moins coûteuse qu’un plancher chauffant).

Usages et fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique

Une pompe à chaleur géothermique peut répondre à trois besoins différents : la production de chaleur, la production de frais, et la production d’eau chaude sanitaire.

Son fonctionnement dépend de l’usage pour lequel la pompe à chaleur est utilisée.

Produire de la chaleur

La production de chaleur à l’aide d’une pompe à chaleur se fait de manière cyclique. Comme le rappelle Géothermies :

  • la chaleur issue de la source froide (sous-sol, nappe) est transférée au fluide caloporteur de la PAC via un échange thermique ;
  • le fluide se transforme ensuite en vapeur au niveau de l’évaporateur ;
  • un compresseur comprime ensuite cette vapeur afin d’augmenter sa température ;
  • la chaleur de la vapeur est transmise au milieu à chauffer dans un condensateur ;
  • le fluide caloporteur passe ensuite dans un détendeur, où sa température et sa pression diminuent ;
  • un nouveau cycle de la pompe à chaleur peut alors avoir lieu.

Produire du froid

Il existe des pompes à chaleur dites réversibles. Elles permettent de produire à la fois du chaud et du froid et peuvent donc jouer un rôle de climatiseur naturel.

Comme l’explique Géothermies, leur fonctionnement est basé sur « une inversion du cycle du fluide frigorigène ». Cela signifie que « le condensateur devient évaporateur et inversement ».

Très concrètement, une pompe à chaleur géothermique réversible permet le prélèvement de la chaleur d’un bâtiment comme une habitation en été. Cette chaleur est ensuite réinjectée dans le sous-sol et permet sa régénération thermique. Le site Géothermies précise que cela permet donc d’augmenter les performances de la pompe à chaleur lors du prochain hiver.

Bon à savoir

Les thermofrigopompes permettent de produire à la fois du chaud et du froid, de façon simultanée.

Produire de l’eau chaude sanitaire

Deux types de pompes à chaleur géothermiques permettent de produire de l’eau chaude sanitaire :

  • les pompes à chaleur double service, grâce auxquelles il est également possible de se chauffer ;
  • les chauffe-eau thermodynamiques, qui permettent uniquement de produire de l’eau chaude sanitaire.

Comment choisir sa pompe à chaleur géothermique ?

Différents critères sont à prendre en compte lors du choix de sa pompe à chaleur géothermique. Les modèles et types de PAC à privilégier diffèrent ainsi en fonction de la nature géologique de votre propriété, de sa superficie, ou encore de vos moyens.

Pompe à chaleur géothermique à capteurs horizontaux ou à capteurs verticaux ?

Les pompes à chaleur géothermiques tirent profit des calories du sol ou de l’eau des nappes phréatiques pour produire de la chaleur ou du frais. Cela est possible à l’aide de capteurs, sondes ou forages d’eau. Ces capteurs peuvent être de deux types : verticaux ou horizontaux. Penchons-nous sur les différences entre ces deux types d’installations.

Pompe à chaleur géothermique avec capteurs horizontaux

Les pompes à chaleur à capteurs horizontaux sont actuellement les plus répandues en France. Les capteurs sont enterrés à faible profondeur, c’est-à-dire entre 0,60 et 1,20 mètre.

La pose des capteurs doit être faite selon un certain nombre de contraintes :

  • les capteurs doivent se trouver à plus de 2 mètres des arbres ;
  • ils doivent également être situés à au moins 1,50 mètre des réseaux enterrés non hydrauliques ;
  • les capteurs ne doivent pas être enterrés à moins de 3 mètres des fondations de votre maison, des puits, des fosses septiques et des réseaux d’évacuation ;
  • la surface située au-dessus des capteurs de la PACg doit être perméable. Il n’est pas donc pas possible de construire de terrasse par-dessus par exemple ;
  • la surface située au-dessus des capteurs ne peut pas non plus être traversée par des réseaux ;
  • les terrains trop pentus ou dont le sol est trop rocheux ou argileux nécessiteront des ajustements spécifiques pour pouvoir accueillir une pompe à chaleur géothermique.

L’installation d’une pompe à chaleur géothermique à capteurs horizontaux nécessite de disposer d’une grande surface de jardin. Comme le rappelle l’ADEME dans Installer une pompe à chaleur : « On estime la surface de capteur nécessaire de 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer. Pour une maison de 150 m2, le capteur occupera entre 225 et 300 m2 de votre jardin. »

Cette installation nécessite également bien souvent d’effectuer des travaux de terrassement. Nous reviendrons sur les coûts engendrés plus loin au cours de cet article.

Pompe à chaleur géothermique avec capteurs verticaux

Si votre terrain ne vous permet pas d’installer une pompe à chaleur géothermique à capteurs horizontaux, vous pouvez peut-être opter pour une pompe à chaleur géothermique à capteurs verticaux.

L’emprise au sol de la pompe à chaleur sera bien plus faible que celle des pompes à chaleur à capteurs horizontaux. Son installation sera néanmoins également bien plus coûteuse. Il vous faudra ainsi effectuer des travaux de forage. Vous devrez également réaliser certaines démarches administratives car ces travaux font l’objet de réglementations à la fois nationales et locales.

Selon l’ADEME dans son guide Installer une pompe à chaleur, deux sondes géothermiques d’environ 70 mètres permettent de couvrir les besoins d’une maison de 120 mètres carrés environ.

Il existe différents types de pompes à chaleur géothermiques à capteurs verticaux :

  • les pompes à chaleur captage vertical au sol, également appelées pompes à chaleur à sondes géothermiques ;
  • les pompes à chaleur à captage vertical sur nappe phréatique. Comme leur nom l’indique, ce modèle de pompe à chaleur ne peut être installé que si votre habitation se situe au-dessus d’une nappe phréatique.

Pompe à chaleur géothermique avec capteurs elliptiques

Il existe également des pompes à chaleur géothermiques à captage elliptique. Elles utilisent à la fois la méthode du captage horizontal au sol et du captage vertical au sol. Ces pompes à chaleur occupent moins d’espace au sol que les pompes à chaleur à capteurs horizontaux. Elles nécessitent également de forer moins profondément que pour installer une pompe à chaleur à capteurs verticaux.

Bon à savoir

En amont de l’installation de votre pompe à chaleur géothermique par un professionnel agrée, assurez-vous que le dimensionnement de la pompe à chaleur est adapté à vos besoins. Pour cela, vous pouvez notamment vous baser sur les données énoncées ci-dessus et sur le guide de l’ADEME Installer une pompe à chaleur. Vous pouvez également faire réaliser différents devis afin de comparer les propositions de chaque professionnel, notamment en matière de dimensionnement.Un sous-dimensionnement ne permettra pas à la pompe à chaleur de répondre à l’intégralité de vos besoins. Un surdimensionnement provoquera une usure prématurée de votre PAC ainsi qu’une surconsommation électrique.

Quels sont les différents types de pompes à chaleur géothermiques ?

Quel que soit le type de capteurs utilisés, il existe différents types de pompes à chaleur géothermiques. Ils se distinguent par :

  • le milieu duquel proviennent les calories valorisées par la PAC ;
  • les technologies utilisées par la PAC et plus spécifiquement la nature du fluide circulant dans les capteurs et les émetteurs de chauffage situés dans le logement.

Les différents types de pompes à chaleur géothermiques sont alors :

  • les pompes à chaleur sol/sol, qui fonctionnent à l’aide de capteurs horizontaux et sont dites à détente directe. Cela signifie que le fluide frigorigène circule en circuit fermé dans la pompe, les capteurs et les émetteurs de chaleur ;
  • les pompes à chaleur sol/eau, qui fonctionnent également à l’aide de capteurs horizontaux et sont dites mixtes. Elles sont équipées de deux circuits. Le premier contient le fluide frigorigène des capteurs et de la pompe à chaleur. Le second contient l’eau chaude des émetteurs ;
  • les pompes à chaleur eau glycolée/eau, qui peuvent reposer sur des capteurs horizontaux ou verticaux et sont dites à fluides intermédiaires. Elles comportent trois circuits : celui de la pompe à chaleur, celui des capteurs permettant notamment la circulation d’eau enrichie en antigel, et celui contenant l’eau chaude qui alimente les émetteurs de chaleur ;
  • les pompes à chaleur sur eau de nappe ne reposent pas sur l’utilisation de capteurs. Il s’agit également de PAC à fluides intermédiaires.
Type de pompe à chaleur géothermiqueTypes de capteurs utilisés Nombre de circuits
Pompe à chaleur sol/solCapteurs horizontaux1
Pompe à chaleur sol/eauCapteurs horizontaux2
Pompe à chaleur eau glycolée/eauCapteurs horizontaux ou verticaux3

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Quels sont les indicateurs de performance énergétique des pompes à chaleur géothermiques ?

Différents indicateurs permettent de rendre compte de l’efficacité future de votre pompe à chaleur géothermique. Ces indicateurs sont calculés en amont de l’installation de la pompe à chaleur. Prenez soin de les demander aux professionnels auprès desquels vous avez fait réaliser des devis afin d’orienter votre choix.

Le Coefficient de performance (COP)

Le coefficient de performance est un indicateur déterminant lorsqu’il s’agit de choisir d’installer une pompe à chaleur géothermique. Ce coefficient est le rapport entre la quantité de chaleur produite par la PAC et l’énergie électrique consommée par son compresseur. Il permet donc de rendre compte de l’efficacité future de votre pompe à chaleur géothermique en mode chauffage.

Plus le coefficient de performance de votre PACg est élevé, plus elle vous permettra de réaliser des économies d’énergie.

Il est à noter que selon l’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG), une pompe à chaleur géothermique produira au minimum 4 fois plus de chaleur qu’elle n’en consommera.

Bon à savoir

La valeur du coefficient de performance de votre pompe à chaleur géothermique peut conditionner l’obtention des aides financières accordées par les services publics dans le cadre de l’installation d’une pompe à chaleur géothermique. Soyez vigilants ! Nous évoquerons ces aides plus tard au cours de cet article.

Le pourcentage d’efficacité énergétique

Il s’agit du rapport entre les besoins de chauffage de votre logement sur une saison de chauffe et la consommation annuelle d’énergie requise pour y répondre (ADEME). Ce pourcentage permet de rendre compte du rendement global de votre pompe à chaleur géothermique à l’échelle de l’intégralité de la période pendant laquelle il vous est nécessaire de chauffer votre habitation.

Le coefficient d’efficacité frigorifique (EER)

Le coefficient d’efficacité frigorifique (EER) représente l’efficacité de votre pompe à chaleur géothermique lorsqu’elle produit du froid. Comme pour le coefficient de performance, plus il est élevé, plus la performance énergétique de votre pompe à chaleur géothermique sera élevée lorsqu’il s’agira de produire du frais et de rafraîchir votre logement.

Le pourcentage d’efficacité énergétique pour le chauffage de l’eau

L’ADEME définit ce pourcentage comme « le rapport entre l’énergie de référence du profil de soutirage et l’énergie nécessaire pour la produire ». Le profil de soutirage correspond au volume d’eau chaude puisé sur une journée.

Quels sont les labels de la qualité et de l’efficacité d’une pompe à chaleur géothermique ?

Plusieurs labels et certifications permettent de garantir la qualité de votre pompe à chaleur géothermique. Voici lesquels :

Marquage Eurovent

Ce marquage indique aux consommateurs que les puissances calorifique et frigorifique des pompes à chaleur réversibles correspondent aux valeurs annoncées par les constructeurs. Il permet donc aux consommateurs néophytes de s’assurer de la véracité des dires des constructeurs ainsi que leur fiabilité.

Marque NF PAC

La marque NF PAC « certifie les performances énergétiques en mode chauffage, le niveau de puissance acoustique et éventuellement les performances saisonnières et l’efficacité frigorifique des pompes à chaleur aérothermiques et géothermiques de moins de 50 kW » (ADEME). Cette marque est donc essentielle pour s’assurer de la fiabilité des constructeurs et des projets qu’ils vous soumettent.

Label Promotec

Le Label Promotec vous permet de vous assurer de l’engagement du prestataire que vous aurez choisi sur un certain nombre de points, et notamment sur les futures performances de votre pompe à chaleur géothermique. Ces points sont regroupés sous forme de cahier des charges.

La mention « Reconnu garant de l’environnement » (RGE)

Il est également essentiel de faire appel à un professionnel « Reconnu garant de l’environnement » pour réaliser l’installation de votre pompe à chaleur.

Cette mention n’est pas spécifique au secteur de la géothermie. Elle atteste que les entreprises labellisées s’engagent dans une démarche de qualité pour les travaux d’installation d’équipements mettant à profit les énergies renouvelables. Ces professionnels sont régulièrement contrôlés.Ne négligez surtout pas la mention RGE. Elle conditionne l’obtention d’aides financières au financement de l’installation de votre pompe à chaleur géothermique. Nous évoquerons ces aides financières plus tard au cours de cet article.

En bref – Les « dix commandements pour faire installer sa pompe à chaleur » de l’AFPAC

En résumé de cette partie, nous rappellerons ici la liste des « dix commandements pour faire installer sa pompe à chaleur » établie par L’Association française pour les pompes à chaleur. Ils représentent un ensemble de dix conseils généraux à garder en tête au cours de votre démarche d’installation d’une pompe à chaleur géothermique :

  1. « Précisez vos attentes en termes de confort (chauffage et eau chaude sanitaire) ;
  2. Assurez-vous que les entreprises consultées sont RGE qualifiées pour les pompes à chaleur et si possible près de chez vous ;
  3. Faites réaliser plusieurs devis ;
  4. Ne prêtez attention qu’aux offres commerciales proposées après une visite de votre installation ;
  5. N’achetez pas de pompe à chaleur dans un salon ou une foire, afin de bénéficier du délai de rétractation ;
  6. Assurez-vous que le matériel proposé est certifié NF PAC ou HP-Keymark ;
  7. Exigez l’étude thermique pour le dimensionnement de votre installation PAC ayant servi à l’établissement du devis ;
  8. Vérifiez que la réception des travaux, la mise en service et la prise en main sont prévues dans l’offre ;
  9. Exigez des conditions de garanties écrites ;
  10. Demandez un contrat de maintenance. »

Pompe à chaleur géothermique, un système de chauffage et de rafraîchissement écologique et économique

L’installation d’une pompe à chaleur géothermique vous permettra de réduire votre empreinte carbone. Elle vous permettra également de faire des économies sans faire l’impasse sur votre confort thermique au sein de votre logement.

Les pompes à chaleur géothermiques : un moyen efficace de réduire son empreinte écologique

Selon l’Agence de la transition écologique (ADEME), une énergie renouvelable est une énergie issue de sources non fossiles renouvelables. Les énergies renouvelables se distinguent donc des énergies fossiles comme le pétrole ou le gaz naturel.

La géothermie exploite la chaleur de la Terre. Il s’agit donc bien d’une source d’énergie renouvelable. Son usage – et plus spécifiquement ici l’usage de pompes à chaleur géothermiques – permet alors de limiter les émissions de gaz à effet de serre liées à votre besoin de chauffage en hiver et de frais en été. Cela vous permet donc d’œuvrer en faveur de la transition énergétique française et contre le réchauffement climatique.

Contrairement à d’autres énergies renouvelables comme l’énergie solaire ou éolienne, la géothermie présente également l’avantage d’être à rendement constant. Cela signifie que, quelle que soit la période de l’année, le rendement en termes d’énergie sera le même.

L’installation d’une pompe à chaleur géothermique permet-elle une autoconsommation entièrement verte ?

Comme le souligne l’ADEME, « les pompes à chaleur, comme tous les appareils de chauffage, sont le plus souvent équipées d’auxiliaires qui fonctionnent à l’électricité (circulateurs, organe de dégivrage, ventilateurs, etc.). » La pompe à chaleur géothermique n’est donc pas une installation intégralement verte et renouvelable. Cela vous permet néanmoins de considérablement diminuer votre empreinte carbone en réduisant significativement les émissions de gaz à effet de serre provenant de vos besoins en chaud et en frais.

Pompe à chaleur géothermique, un moyen efficace de réduire ses factures d’énergies

Même si beaucoup de consommateurs prennent peur face au coût d’installation d’une pompe à chaleur géothermique, cela reste néanmoins un investissement rentable. Selon le site Géothermies, une installation géothermique « assure un retour sur investissement de 4 à 13 ans, les temps les plus courts étant observés dans le secteur collectif (salles polyvalentes, musées, centres aquatiques, etc.) ».

Le coût d’une pompe à chaleur géothermique se décompose en plusieurs points : le coût d’installation de la pompe, son coût de maintenance provenant des frais d’entretien et son coût de fonctionnement provenant de la quantité d’électricité consommée par votre pompe à chaleur pour bien fonctionner.

Quel est le coût d’installation d’une pompe à chaleur géothermique ?

Le coût d’installation d’une pompe à chaleur géothermique est extrêmement variable. Il n’est néanmoins que très rarement inférieur à 15 000 euros. Il est généralement exprimé en coût au mètre carré et dépend :

  • du modèle de pompe à chaleur choisi, de la configuration choisie, ainsi que du modèle d’équipements associés comme les émetteurs de chaleur. Ce prix peut varier du simple au double selon les spécificités techniques de la PAC et des équipements ;
  • des travaux nécessaires à l’installation de votre pompe à chaleur. Comme vu précédemment, l’installation d’une pompe à chaleur à capteurs horizontaux est moins onéreuse que celle d’une pompe à chaleur à capteurs verticaux. Cela s’explique par le fait qu’elle ne nécessite pas d’effectuer de travaux de forage ;
  • des tarifs pratiqués par le prestataire que vous aurez sélectionné. Pensez à faire réaliser plusieurs devis afin de pouvoir comparer.

Quel est le coût de maintenance d’une pompe à chaleur géothermique ?

Le coût de maintenance d’une pompe à chaleur géothermique est également très variable selon l’installation et le prestataire que vous aurez choisi. Prenez soin de le faire deviser en amont de l’installation de la PAC par le prestataire, afin d’éviter toute mauvaise surprise.

Quel est le coût de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique ?

Comme nous l’avons vu précédemment, une pompe à chaleur nécessite de l’électricité pour fonctionner. Il vous faudra donc souscrire auprès d’un fournisseur d’électricité. Vous devez donc prendre en compte le coût de l’abonnement ainsi que le coût de votre consommation estimée. Le montant de votre consommation estimée vous sera indiqué par les prestataires auprès desquels vous aurez fait effectuer un devis.

Pour savoir vers quel fournisseur vous orienter, n’hésitez pas à joindre nos experts au 09 74 59 19 97. Vous pouvez aussi utiliser notre comparateur des fournisseurs d’électricité, et consulter notre article « Quel est le fournisseur d’électricité le moins cher en 2020 ? »

Bon à savoir

Pour réduire l’empreinte carbone de la consommation électrique de votre pompe à chaleur géothermique, vous pouvez opter pour une offre d’électricité verte.

L’ADEME évalue le coût de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique à 3 à 7 € par mètre carré par an, hors abonnement d’électricité.

Le site Géothermies nous fournit également un tableau récapitulatif des coûts d’investissement et de maintenance des pompes à chaleur géothermiques. Il faut néanmoins noter que ce tableau date de 2014. Les coûts sont donc plus élevés aujourd’hui.

Coûts d’investissement et de maintenance des pompes à chaleur------
Puissance de la pompe à chaleur (en KW)Investissement (en €) Maintenance (en €/an)
8 Kw7 500 €250 € / an
120 Kw30 000 €1 000 € / an
300 Kw75 000 €1 000 € / an
1 000 Kw300 000 €2 500 € / an
1 200 Kw360 000 €2 500 € / an
Source : Géothermies, d’après l’AFPG, 2014

De quelles aides puis-je bénéficier pour installer une pompe à chaleur ?

L’installation d’une pompe à chaleur géothermique est éligible à de nombreuses aides gouvernementales.

Vous pouvez notamment bénéficier :

  • de MaPrimeRénov’, qui est une aide financière perçue une fois les travaux terminés et la pompe installée. MaPrimeRénov’ est accessible sans condition de ressources, mais son montant dépend de votre revenu fiscal de référence ;
  • d’un éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ), accordé sans condition de ressources pour financer des travaux de rénovation énergétique ;
  • de l’aide « Habiter Mieux sérénité » de l’Agence nationale de l’habitat, destinée aux ménages à faibles revenus.

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