LE GEOSOLAIRE
La terre reçoit du soleil, chaque année, environ 1kW/h par M2 au sol. Le sol terrestre capte cette énergie solaire et
l’accumule. Il s’agit la d’une énergie dite « géosolaire » puisqu’elle ne vient pas du captage d’une chaleur venant des profondeurs (géothermie) mais de l’énergie accumulée par la
surface de la terre sous l’effet du soleil. La capacité d’absorption de cette chaleur varie en fonction de la nature des sols ce qui se retrouve ensuite dans la capacité qu’a celui-ci de
restituer cette chaleur quand on va le solliciter.
Il faut donc tenir compte lors d’un captage horizontal de chaleur (géosolaire) de la capacité de récupération de chaleur selon
la nature des sols et de la capacité qu’aura eu le sol d’emmagasiner une quantité de chaleur suffisante pour en restituer durant toute la période de chauffe.
En fonction de ces paramètres il faudra donc déterminer une profondeur de pose du réseau de captage, un pas entre les tubes, un
temps maximal annuel d’exploitation du captage.
Il n’y a, à ce jour, aucune réglementation sur la pose des capteurs horizontaux ni aucun DTU déterminant un mode de calcul ou de
pose. Ce n’est que l’expérience étayée par des données connues qui permet de déterminer ces éléments.
Profondeur : Les températures au sol peuvent atteindre le point de gel à 1 mètre de profondeur à la
suite d’un hiver très rigoureux, même sans exploitation de la chaleur. A 2 mètres de profondeur, la température minimale s’élève de 5°C. mais en même temps le flux de chaleur provenant de la
surface de la terre diminue, c'est-à-dire que l’on pourrait capter davantage mais que si on atteignait le point de gel du sol, l’apport calorifique de surface ne permettrait pas le dégel de
printemps.
Il faut donc être suffisamment profond pour ne pas être en gel hors exploitation et suffisamment en surface pour que l’apport de
surface annuel soit capable de recharger le sol.
La bonne profondeur ne saurait être inférieure à 0,60 mètre ni supérieure à 1,25 mètre.
Dans la région une profondeur de 1 mètre semble être optimale.
Pas : lors de la détermination de l’écartement de pose des tubes de captage il faut tenir compte du
fait que les blocs de glace se formant autour des serpentins enfouis dans la terre ne doivent pas se rejoindre sous peine de bloquer le captage d’énergie. Ceci est garanti lorsque les collecteurs
sont posés a environ 0,60 ou 0,80 mètre de distance entre eux.
Période de chauffe : En respectant ces deux paramètres on a déjà un rapport directe entre la
puissance a extraire et la surface de captage. Cette surface de captage correspond aussi a une puissance d’absorption de l énergie solaire. La règle veut que le temps de captage de la chaleur ne
soit pas supérieure à 65% de la période d’ensoleillement local.
Sur le golfe du lion, région Languedoc Roussillon, le temps d’ensoleillement est supérieur a 2700 heures (
http://meteoservices) ce qui donne un temps de captage de 1700 heures.
A partir de la il faut savoir combien de temps la pompe a chaleur mise en place va fonctionner et donc capter de l’énergie. On
peut calculer ce temps avec la formule suivante :
Déperditions X DJU X 24
Temps de marche = _________________________________________________
Ecart de temp. Calcul X Puissance compresseur X COP
Longueur de tube de captage : Le puissance d’extraction par mètre de tube de captage est en liaison directe avec le type de sol. On nomme « q »
la puissance d’extraction par mètre de tube de captage. Cette valeur varie selon la nature du sol avec par exemple les valeurs :
Sol sablonneux (sec)
q = 10 W/m
Sol argileux (sec)
q = 20 W/m
Sol argileux (humide)
q = 25 W/m
Sol argileux (saturé d’eau) q = 35 W/m
Pour mesurer la capacité d’absorption solaire du sol on va mesurer sa perméabilité par le test dit de « percolation » :
Celui-ci consiste a mesurer dans une fouille la perte d’eau pendant un temps donné.
Pour cela : Réaliser une fouille de 50x50x50 cm,
Mettre en place une couche de gravier de 1 à 2 cm d’épaisseur.
Remplir la fouille d’eau pendant 30 minutes
Vider la fouille
Attendre 1 heure
Remplir la fouille de 30 cm d’eau
Après 30 minutes sans rajout d’eau, mesurer a nouveau le niveau pour déterminer les puissances
absorbables par le terrain :
Diminution du niveau de l’eau inférieur a 1cm = 25 à 30 W/M2
Diminution du niveau de l’eau de 1 à 2 cm = 20 à 25 W/M2
Diminution du niveau de l’eau de 2 à 30 cm = 15 à 20 W/M2
Le test est a réaliser tous les 70 M2 environ ( espace moyen de 8 mètres entre les zones de test) afin d’évaluer plus précisément la qualité thermique du terrain.
Une fois la valeur « q » appréciée on aura la longueur de tube a poser par la formule :
Puissance PAC ( déperditions)
Mètres a poser = ______________________________
« q »
Surface de captage : la longueur de captage étant déterminée, si on prend un espacement des tubes de 0,60 mètres , il faudra pour obtenir la surface de captage
appliquer la formule :
Longueur de tube en Ml
Surface captage = _______________________ X pas entre tube
100
Exemple :
Soit un besoin de 10 KW/h pour couvrir les déperditions d’une habitation de 150 M², il faudra sur un sol restituant 20W/M² une
longueur de captage de 500 Mètres linéaire soit avec un pas de 60 Cm une surface de 300 M² .
Vase d’expansion du circuit primaire : L’eau glycolée du circuit de captage va varier de densité et donc de volume en fonction des températures, il faut
compenser cette dilatation par la mise en place d’un vase d’expansion. Afin de calculer le volume de celui-ci on se référera à la formule :
Longueur tube captage (diam 20x1,5) X 0,226 l/m
Volume expansion = __________________________________________
50
Pompe de circulation primaire : Il est indispensable d’utiliser des pompes aptes à véhiculer de l’eau froide, la condensation ne devant pas provoquer de risque de
court-circuit électrique Ses caractéristiques seront déterminées à partir des puissances thermiques extraites du sol nécessaire au chauffage en hiver. Le débit sera calculer en divisant les
déperditions par l’écart de température aller/retour du captage ( hypothèse = 5°C). Il faudra comparer ce débit calculé au débit demandée par la pompe pour un fonctionnement correct ( données
constructeurs)
Les pertes de charges seront majorées du fait de l’ajout du glycol de l’antigel dans l’eau, ce qui le rend plus épaisse. Le tableau ci-dessous donne des valeurs repéres :
Concentration Protection
Augmentation
Débit fluide à 5°C
30%
-15°C 16,4%
35% -
20°C 20,5%
40%
-25°C 25,5%
Pose du captage : Les capteurs peuvent être situés sous des pelouses, un potager, une allée non bétonnée et même sous une plantation de petits arbres. Il faut
bannir les zones avec de grands arbres dont les racines pourraient endommager les capteurs .les tubes peuvent être déroulés dans une tranchée ou sur une surface de terre décapée.
Pose en tranchée : la tranchée peut comprendre 1 ou 2 tubes. Si elle a 1 tube sa largeur doit être au minimum de 60 cm et si elle à 2 tubes de 90 cm. Le matériau enrobant les tubes
doit être exempt de pierres ou de galets pouvant blesser les tubes. L’idéal est de noyer le tube dans de la terre meuble ou dans un lit de sable. 30 cm au dessus du tube on posera un grillage
avertisseur au dessus duquel on remplira la tranchée avec du remblais courant.
Pose en terrain décapé : il est nécessaire de décaper toute la surface sur une profondeur de 0,60 à 1,20 mètre. Les tubes sont déroulés sur le sol en circuit de longueur égale. Le
tube sera posé dans les mêmes conditions qu’en tranchée.
Durant la phase de remblaiement la pression d’eau de ville sera maintenu dans les tubes de captage.
Boucles : les longueurs de boucle doivent être similaires pour que les pertes de charges soient similaires, elles seront de 100 mètres de long et les serpentins
devront être raccordés sur un distributeur Aller et Retour. Chaque circuit d’eau glycolée doit être muni d’un organe de barrage et un dispositif de purge doit être mis en place au point le plus
haut du circuit d’eau glycolée.
Distributeurs :
Les distributeurs peuvent être posés soit en extérieur soit en intérieur.
En extérieur : ils doivent être installés dans un regard facilement accessible muni d’un bac de rétention .Ce regard doit être de dimension suffisante pour permettre un accès facile
sans aucun risque de léser les tubes. L’avantage dans ce cas est de n’avoir que deux canalisations à faire pénétrer dans le bâtiment. Si on utilise un antigel de type alimentaire, le bac de
rétention n’est plus obligatoire.
En intérieur : la pose des collecteurs primaires en local technique permet des interventions plus aisées s’il y a lieu. Il est recommandé de calorifuger les distributeurs et les tubes
ainsi que les canalisations les reliant a la pompe à chaleur afin d’éviter la condensation. Des manchons ( tube PVC) sont posés dans des trous circulaires faits dans les murs et dépasserons de 20
cm de part et d’autre de l’épaisseur du mur. Le diamètre des manchons est tel qu’il doit permettre le libre passage et la libre dilatation des tuyauteries. Les manchons sont scellés avec du
mortier de part et d’autre du mur. L’isolation thermique ainsi que l’étanchéité extérieure sont réalisées avec des matériaux adaptés. le vide entre la tuyauterie et le manchon est comblé par un
matériau élastique et incombustible. Toutes les précautions devront être prises afin d’éviter l’endommagement des tubes en cas de tassement du terrain. Il fait calorifuger toutes les
canalisations intérieures véhiculant le fluide primaire.
Remplissage du circuit de captage : Le remplissage de l'installation doit être effectué dans l'ordre suivant : Mélange de la concentration anti-gel dans un récipient;
controle de la concentration à l'aide d'une testeur; remplissage du circuit d'eau à une pression de 2 à 2,5 bars; purge de l'air de l'installation. La mise en place d'un organe de controle
de la pression est recommandée.
