L'a­ner­gie: une nou­vel­le pi­ste pour la géo­ther­mie

Tracés : Qu’est-ce qu’une boucle anergie ?
David Orlando : L’anergie, c’est la partie de l’énergie qui ne se transforme pas¹. Une boucle anergie, c’est en pratique de l’eau à basse température, toujours en mouvement. C’est l’une des différentes techniques de géothermie qui connaît actuellement un développement intéressant². Au lieu de pomper de l’énergie dans le sol au moyen de sondes, une boucle anergie met en réseau les unités qui consomment et qui produisent de l’énergie. C’est donc un système de -stockage dynamique qui permet de fournir indifféremment chauffage, eau chaude ou rafraîchissement.
Boris Clivaz : Un tel système est actuellement déployé sous le campus Science City de l’EPFZ. Mais il est couplé à quelque 800 sondes de moyenne profondeur. C’est pourquoi la boucle est bitube (un aller, un retour) et ne peut fonctionner que sur la même plage de température que les sondes, comprise entre 8 et 12° C. Dans la commune de Zinal, nous avons installé un système beaucoup plus simple pour alimenter un complexe hôtelier de six bâtiments. Il n’y a aucune sonde. Débarrassée de cette contrainte, la boucle peut fonctionner sur une plage de 0 à 40° C. L’installation consiste en un anneau monotube d’environ 500 m enfoui à 1.50 m. L’eau coule sans entrave, avec une pression très basse (2 bar). Il n’y a donc pas de risques de rejets. L’installation est évidemment plus économique, mais surtout elle limite l’impact sur le sous-sol et les risques courus lors de forages réalisés à proximité des nappes phréatiques.

Comment fonctionne le système ?
D. O. : Un peu comme une pile électrique qui se rechargerait très facilement. Le réseau anergie a une température très basse – à peine quelques degrés au-dessus de 0. Or, il est beaucoup plus facile de réchauffer de l’eau à basse température que de conserver de l’eau à 12 ou 15° C, comme dans les systèmes géothermiques traditionnels. Le tube (ø 25 cm) est enfoui à une profondeur où les variations de température sont peu importantes (de l’ordre de 2° C annuellement, à Zinal). Dans le concept Anergy+, la boucle anergie est capable de capter toutes les énergies qui se trouvent alentour, même en hiver, quand les températures sont basses. A partir de là, n’importe quelle source de chaleur de plus de 4° C peut être exploitée, qu’elle provienne de la terre, du soleil ou même de l’air ambiant. Si la température de l’air est de 6° C, le réseau gagne 6 degrés. C’est l’avantage d’un système anergie : au lieu de conserver l’eau chaude, nous exploitons un différentiel.
B. C. : D’autres éléments du contexte immédiat peuvent alimenter la boucle, comme les eaux usées, l’aération du garage souterrain, les rejets thermiques d’une entreprise, etc. Enfin, il est envisageable de valoriser le froid négatif, notamment des appareils ménagers comme les réfrigérateurs.
D. O. : Tout cela est évidemment régulé par un module de contrôle, un algorithme qui gère les apports réguliers d’énergie et son extraction dans les pompes à chaleur (PAC) des six bâtiments raccordés. Comme chauffage d’appoint, et pour assurer leur fonctionnement, nous employons actuellement une centrale de gazéification de plaquettes forestières.

A l’exception du développement du software, le principe semble tellement évident, qu’on est en droit de se demander pourquoi un tel système n’a pas été développé plus tôt…
B. C. : Oui, un réseau anergie monotube sans sondes, qui plus est en région montagneuse, c’est une première mondiale. Il nous a fallu un peu de temps pour convaincre les ingénieurs de l’intérêt du système, mais la HES-SO Valais a contrôlé et validé le concept.
D. O. : Il s’agit d’une manière nouvelle de concevoir un réseau énergétique, non plus concentrée sur le -stockage mais sur la mise en réseau dynamique de tous les éléments du système. On peut faire reposer son principe sur une analogie avec l’électronique. Les circuits détestent les changements de température, si bien que tous les éléments doivent être en permanence accordés sur la même température pour pouvoir fonctionner.

La boucle anergie peut-elle donner naissance à un véritable réseau à grande échelle ?
B. C. : Nous avons conçu un réseau surdimensionné par rapport aux besoins des premiers bâtiments raccordés : le système mis en place assure une production de 2 300 000 kWh par année, le complexe hôtelier en nécessite 700 000. L’incidence est donc très faible sur l’ensemble du système et, avec la marge actuelle, d’autres bâtiments du village pourront se raccorder et remplacer peu à peu les chauffages à mazout par des pompes à chaleur. Comme le réseau est froid, une fois la première unité mise en place, il n’est pas très difficile d’étendre le réseau. Par la suite, on peut créer de nouvelles boucles avec des stations intermédiaires. Plus les échanges thermiques augmenteront, plus le coût du kWh diminuera. Notre objectif est d’atteindre un coût de 10 ct/kWh après une année d’exploitation.
D. O. : La boucle anergie peut également être raccordée à un chauffage à distance à haute température. L’efficacité de ce type d’installation est limité par la distance et son rendement dépend de l’isolation des tubes. Le réseau anergie, à basse température, ne connaît pas ce problème. Tout ce qui crée de la chaleur peut être employé dans la boucle anergie. Plus les échanges sont favorisés, plus la part du chauffage d’appoint sera diminuée, jusqu’à ce qu’elle soit inutile. Evidemment de tels systèmes d’échanges intelligents à grande échelle existent déjà, mais la grande différence avec un réseau anergie, c’est que celui-ci peut être étendu facilement, avec un coût modéré.

Un tel réseau connaît-il une limite ?
D. O. : En théorie, non. Avec une boucle de 100 km de diamètre, évidemment il y aurait des déperditions et des imprévus qui pourraient impacter l’ensemble du système. Mais nous pouvons créer des boucles qui seront mises en réseau entre elles par de simples échangeurs thermiques. Ainsi, il est envisageable de constituer progressivement un réseau à très grande échelle. A partir de là, on peut rêver : il existe sur le territoire des éléments qui produisent une quantité inouïe de chaleur inexploitée. Prenons l’exemple extrême des centrales nucléaires. Quand on pense en termes de réseau anergie, on s’aperçoit de cet incroyable gaspillage : les masses de vapeur qui sortent des cheminées de refroidissement, c’est comme des dizaines de milliers de litres de fuel qui partent en fumée ! Et personne ne s’inquiète de leur récupération.

Auteurs:
Boris Clivaz et David Orlando sont co-fondateurs de Anergy+.

 

Notes

1    Une énergie noble (mécanique, électrique, chimique...) peut se convertir ou se transformer en d’autres types d’énergie (nobles ou chaleur). La partie utile qu’on récupère à la fin de cette transformation est l’exergie. Mais la partie qui ne se transforme pas (qui est restée identique à sa nature d’origine) est nommée anergie.

2    Voir la brochure Géothermie en Suisse : une source d’énergie polyvalente éditée par SuisseEnergie et disponible en ligne sur le site de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN).