Et si la chaleur provenant du ventre de la Terre était une solution à nos problèmes actuels en énergie ? La géothermie (chaleur de la Terre) rassemble l’ensemble des applications permettant de récupérer la chaleur contenue dans le sous-sol ou dans les nappes d’eau souterraines. Le principe consiste à extraire de l’énergie contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou d’électricité. Énergie renouvelable, non polluante et gratuite, cette source d’énergie est remise au goût du jour au vu de la lutte contre le réchauffement climatique. À partir d’études de cas concrets ou à l’état de projet, cette rencontre-conférence permettra de présenter les principes et les avantages de cette technologie, de découvrir un projet ambitieux en phase exploratoire dans deux bâtiments emblématiques de la ville de Verviers.

1. Mardi, 15 novembre 2022
La géothermie, une opportunité énergétique ?
Alain Dassargues, Professeur en Hydrogéologie & Géologie de
l'Environnement (ULiège - ArGEnCo)
Mathieu Leroy, Ingénieur de projets (Bureau Greisch)

2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

3. La Géothermie: une
opportunité énergétique
A. Dassargues
Hub Créatif Verviers 15/11/2022 1

4. 2
Utiliser le sous-sol pour exploiter/stocker de la chaleur ?
aquifères = formations géologiques perméables

5. 3
Gradient géothermique
… environ
3° / 100 m
(hors anomalie)
… en plus de la t°
moyenne annuelle
du lieu
Exemple:
chez nous on peut
espérer 27° à 500
m (12° + 15°)

6. 4
Différents types de géothermie
- faible profondeur forages + pompages
- qq dizaines de mètres, circuits fermés en forage
- d’anciennes mines noyées
… et géothermie profonde, et très profonde
L’utilisation de la chaleur terrestre
Aperçu, technologies, visions
Editeur : Office fédéral de l’énergie (OFEN), Suisse

7. 5
Température du sous-sol immédiat
Modified from GeoTrainet 2011

8. 6
Systèmes de basse température
- avec pompes à chaleur
- circuits ‘ouverts’ ou circuits fermés
Il faut étudier et quantifier :
- les impacts sur le milieu
- l’efficacité (rendements) du système à court,
moyen et long termes

9. 7
Systèmes de basse température
circuits ‘ouverts’ dans d’anciennes mines
Heat exchange system for
urban heat supply
Surface :
12°C
Difficultés
- géométrie complexe du sous-sol et des anciennes exploitations
- court-circuit possible entre point de pompage et réinjection

10. 8
Systèmes de basse température
circuits ‘ouverts’ dans d’anciennes mines

11. 9
Systèmes de basse température
circuits ‘ouverts’ dans d’anciennes mines

12. ‘heat short circuit’
10
simulations pour différents ratios Kshaft+galleries/Kbedrock
𝐾!"#$%&'#(()*+)!
𝐾,)-*./0
= 101,3
𝐾!"#$%!&'#(()*+)!
𝐾,)-*./0
= 104
𝐾!"#$%!&'#(()*+)!
𝐾,)-*./0
= 105

13. 11
- éviter les puits de grands diamètres non comblés
- à coupler à un réseau de chaleur de 4ème ou 5ème génération

14. 12
Circuits ‘ouverts’ ou circuits ‘fermés’ ?
Critères de décision
- coût d’installation
- conditions du sous-sol
- impacts
- rendements
Coûts d’installation:
coûts circuits fermés > coûts circuits ouverts
sûrement pour puissances > 100 kW
Conditions du sous-sol:
conductivité hydraulique pour circuits ouverts
Impact: à étudier cas par cas
Rendement: à étudier cas par cas

15. 13
Circuits ‘ouverts’ ou circuits ‘fermés’ ?
Pour circuit ouvert
Puissance: 𝑷 =
𝑸. ∆𝑻. 𝒄𝒘𝒂𝒕𝒆𝒓
𝟏'
𝟏
𝑪𝑶𝑷
𝒎𝟑
𝒉
. °𝑪.
𝒌𝑾𝒉
𝒎𝟑°𝑪
Pour circuit fermé
Puissance: système vertical : 40 à 60 W/m,
système horizontal: 24 W/m2
+ interactions éventuelles entre sondes

16. 14
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Injection et pompage (système ouvert)
Les potentialités sont en principe grandes …
… mais à vérifier en pratique
- jouer sur l’alternance saisonnière (geothermie + geocooling)
- espérer que la migration de chaleur au sein du sous-sol soit faible
- étudier les impacts
- étudier les rendements
ATES

17. 15
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

18. 16
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

19. 17
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

20. 18
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

21. 19
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

22. 20
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

23. 21
Utiliser les aquifères pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire

24. 22
Utiliser le sous-sol pour stocker de la chaleur ?
Efficacité et impact sont très liés : optimisation
nécessaire
- échanges de chaleur entre les deux aquifères mais pas d’impact significatif sur les systèmes
individuels
- données supplémentaires via data-loggers dans les puits
- 2 ‘aquifères’ à écoulements lents

25. 23
Impact/efficacité
Aspects hydrodynamiques
- trouver les endroits où le compromis entre valeur de K et gradient hydraulique
est acceptable pour inverser
les puits à la saison suivante
avec un maximum de rendement et
un minimum d’impact sur les
environs
Aspects hydrochimiques
- transport réactif accentué par les changements de température favorisant
corrosion ou précipitations/clogging notamment près
du puits de réinjection

26. 24
Beaucoup de réponses attendues de la phase d’étude et de
caractérisation
… nécessaires également pour le ‘permitting’
- vérifier circonstances hydrogéologiques
- calculer rigoureusement les rabattements
induits et remontées
- calculer rigoureusement les impacts
potentiels au niveau la quantité et
de la qualité des eaux souterraines
- appréhender l’hétérogénéité réelle et
incertaine du site, et son influence
potentielle sur les rendements et
impacts
- calculer les rendements à long terme
avec d’éventuels changements
redox

27. 25

28. 26

29. 27

30. 28

31. 29
Spécifiquement en RW, il faut une
- meilleure prise en compte des conditions du sous-sol par
les acteurs
- meilleure prise en compte des spécificités d’un pompage
pour des applications géothermiques par les
autorités (administration)
Merci !

32. 30

33. 31

34. www.greisch.com
« La géothermie, une opportunité énergétique ? »
Mathieu Leroy
Ingénieur de projet Les guides technique AFPG “La géothermie, l’énergie de demain dés aujourd’hui”
Dans le cadre de la conférence
Liège Créative du 15/11/2022

35. Systèmes fermés - Etude de conception : bâtiment
 Monotone des besoins énergétiques du bâtiment
 Optimisation énergétique
 Sélection des émetteurs adaptés
 Puissance installée vs puissance totale
BUREAUX
SRE totale 17.165 m2
Besoins bruts totaux chaud 278.664 kWh
Besoins bruts totaux froid 310.872 kWh
SRE plafonds/planchers chaud/froid 9.814 m2
Besoins bruts plafonds/planchers chaud 159.325 kWh
Besoins brutts plafonds/planchers froid 177.739 kWh
CHAUD (kWh) FROID (kWh) CHAUF (kWh) ECS (kWh) CHAUD (kWh) FROID (kWh)
Janvier 41.375 1.316 11.491 4.463 57.329 1.316
Février 29.826 2.190 8.645 3.572 42.042 2.190
Mars 17.938 5.507 4.711 3.255 25.904 5.507
Avril 3.312 12.740 293 2.298 5.903 12.740
Mai 65 21.415 0 1.612 1.677 21.415
Juin 0 31.178 0 1.354 1.354 31.178
Juillet 0 36.849 0 1.596 1.596 36.849
Août 0 34.312 0 1.921 1.921 34.312
Septembre 0 19.557 0 2.528 2.528 19.557
Octobre 2.350 8.829 106 3.559 6.015 8.829
Novembre 23.273 2.652 6.348 4.152 33.773 2.652
Décembre 41.186 1.194 11.185 4.591 56.963 1.194
TOTAL 159.325 177.739 42.778 34.903 237.005 177.739
Part besoin chaud logement 33%
Ratio froid/chaud 75%
misation du fonctionnement de la pompe à chaleur pour Etterbeek
PROFILS RESULTANTS
BUREAUX
Répartition des besoins
LOGEMENTS
Rapport des demandes d'énergie annuelles de refroidissement et de chauffage
Etude solaire des façades
Illustration du rapport besoin en chauffage / besoins en refroidissement compatible avec un système géothermique fermé

36. Systèmes fermés - Etude de conception : sous-sol
 Conductivité thermique du sol (test de réponse thermique)
 Champ de sondes : 40 sondes de 100 mètres (intervalle 9-10m).
 Etude sur 50 ans avec un logiciel adapté pour vérifier la pérennité du système sur le long terme
 Puissance extraite par mètre de sonde (chaud et froid) : env. 25-30 W/m
Test de réponse thermique (CA Etterbeek) : 1.9 W/mK
Simulation de la température du fluide dans le circuit des
sondes sur 50 ans – Couverture des besoins en chauffage
et refroidissement (CA Etterbeek)
Plan du champ de sondes (CA Etterbeek)

37.  Système «renouvelable » si il y a une stabilisation des températures du sous-sol sur le long terme
 Haut rendement (COP = 4) – coût – pas une solution « stand alone »
 Réchauffement climatique (vs PAC air eau / geocooling)
 Emetteurs adaptés (problématique de la rénovation)
 Changement de profil de besoins (adaptation, flexibilité, rénovation, …)
 SCOP réel auxiliaires
FORMATION BÂTIMENT DURABLE : POMPE À CHALEUR: CHOIX ET CONCEPTION – PRINTEMPS 2021
Exemple :
• Echangeur géothermique vertical
• Pompe à chaleur eau/eau
• Dalles actives avec activation du noyau de béton
Evolution du COP en fonction de la température au condenseur et à l’évaporateur
Illustration de dalle active à haute température (régime 21°- 19°) – Projet Agoria
Problématique de dimensionnement d’un champ de sondes géothermiques (D. Pahud)
Systèmes fermés - Avantages et inconvénients

38.  Frein : Planning des études / Redondance nécessaire / modification impossible / solution
combinée TS-STAB / Entrepreneur et mise en œuvre
 Retour d’expérience disponible sur le comportement mécanique et thermique des géo
structures thermiques en phase exploitation est quasi-inexistant => Non normé!
 Possibilité nombreuses : Pieux, parois moulées, pieux sécants, …
Recommandations pour la conception, le
dimensionnement et la mise en œuvre des géo
structures thermiques CFMS/SYNTEC INGENIERIE
Projet Clervaux – Potentiel géothermique équipant les pieux de
fondation – Bureau d’étude Greisch
Systèmes fermés - Aparté – Structures géothermique

39. Systèmes ouverts - Etude de conception : bâtiment
Implantation des doubles géothermiques. Projet
LOOM – Bureau d’étude Greisch
 Doublets géothermiques : puisage direct
 Préserver les structures d’une perte de capacité portante : Règles de bonnes pratiques
(diamètres – distance, semelles de fondations, armatures,…)
 Forage exploratoire : étude structurelle complexe
 Monotone des besoins et schéma de principe
Monotones des besoins energétiques et quote part de la
couverture géothermique – Projet LOOM - Terrra Energy
Schéma de principe – Projet LOOM– Bureau d’étude Greisch

40. 1
2
Systèmes ouverts - Etude de conception : sous-sol
Etançonnement / Plan d’installation du forage test (LOOM)
Outil Brugeotool
https://geodata.environnement.brussels/client/brugeotool/home

41. Systèmes ouverts - Avantages et inconvénients
 Système «renouvelable » si il y a une équivalence des énergies soutirées
 Haut rendement (COP = 5) – pas une solution « stand alone »
 Permis
 Emetteurs adaptés (problématique de la rénovation)
 Système moins invasif qu’un système fermé.
 Cout des forages et modèles
 Imprédictibilité importante à modérée des débits soutirés selon l’hétérogénéité du sous-sol
Résultat d’un test de pompage en phase exploratoire Illustration de l’interaction forage - structures
Vérification de l’equivalence des énergie soutirées
(Terrra Energy)

42. Lignes Directrices du Concept Energétique et Environnementale
Présentation synthétique des pistes
ENV
ENV_01 : Isolation du bâtiment (UPEB)
ENV_03 : Opacification des allèges
ENV_05 : Protections architecturales
ENV_06 : Vitrages solaires SE/SO
ENV_10 : Toiture végétalisée
SYS
SYS_01 : Calorifugeage des conduites,
fonctionnement à basse
T°
SYS_02 : Remplacement du générateur
SYS_04 : Changement d’émetteurs
SYS_05 : Remplacement du générateur
SYS_07 : Boiler électrique instantanée pour
les petits points de
puisage
REG_01 : Ralenti nocturne des consignes
ENR
ENR_01 : Photovoltaïque en toiture (45 kWc)
VEN
VEN_01 : Echangeur η 80% ;
Ventilateurs SFP 3 et à débit
variable
ECL
ECL_01 : Changement des luminaires
; Gestion par détection d’absence
EAU
EAU_01 : Equipements peu consommateurs (robinet
mousseur, urinoir, pommeau de douches
économiques)
Verviers : genèse du projet
 Audit énergétique du « Grand Bazar »

43. Position possible du doublet
Objectif : Taux de couverture → >80% en chaleur et en
refroidissement
SYS_03 : Géothermie avec système ouvert
Cas « Grand Bazar seul »
Contenu du puits
Finition
« souterraine »
Verviers : genèse du projet
ENR
ENR_01 : Photovoltaïque en toiture - 45 kWc
ENR_03 : BIPV façades SE/SO - 52,5 kWc
EP
GP GE
PAC
CO2
Ventilation naturelle
°C, HR
ENV
ENV_02 : Isolation du bâtiment - approche passive
ENV_04 : Allège vitrée
ENV_07 : Vitrage électrochrome
ENV_08 : Façade Nord végétalisée
ENV_09 : Façade patio végétalisme
ENV_10 : Toiture végétalisée
SYS
SYS_01 : Calorifugeage des conduites, fonctionnement BT
SYS_03 : Générateur "No Fossiles"
SYS_04 : Emetteurs BT
REG_02 : Asservissement à la présence
SYS_06 : Rafraichissement nocturne
DIV
DIV_01 : Green Farming
DIV_02 : Monitoring des consommations
DIV_03 : Revêtement des façades teinte claire
DIV_04 : Captage de Nox
Hiver/Canicule
VEN
VEN_01 : ventilateurs SFP 3, DBV
VEN_02 : ventilation hybride
VEN_03 : végétalisation à l'entrée des CTA
ECL
ECL_01 : LED (6W/m2)
Gestion par détection d'absence
Graduation éclairage naturel
EAU
EAU_01 : Equipements peu consommateurs
EAU_02 : Citerne eau de pluie
K115 K14
NZEB
OBJECTIF:
OUTSTANDING
0tCO2
CER - Communauté d'Energies Renouvelables

44. 11
DIV_05 : Communauté d’Energie Renouvelable
Identification du potentiel (après rénovation Grand Bazar)
Verviers : vers une communauté d’énergie renouvelable?

45.  Dossier : Scénario Fonds FEDER
 Appel à projet géothermie peu profonde en région Wallonne
12
Piste d’amélioration DIV_05 : Communauté d’Energie Renouvelable
Electricité : xxxx MWh/an
Electricité : xxx MWh/an
Electricité : xxx MWh/an
Verviers : communauté d’énergie renouvelable ?
Chaleur : xxxx MWhan
Froid : xxx MWh/an
Chaleur : xxxx MWh/an
Chaleur : xxx MWh/an
Froid : xx MWh/an

46. Réseau de chaleur késako?
 Intervapeur – première centrale réseau vapeur pour
les sites industriels texteliles et autres (lavoir,
teintureries, etc …)
 1937 – 2005 (67 ans de fonctionnement)
 Chaudière charbon rendement 50%
 70 km de réseau
 1000 bâtiments en chauffage et électricité
« C’était un système unique, une particularité de notre
ville. Surtout en hiver avec des trottoirs jamais enneigés
grâce à la chaleur qui s’en dégageait.»
5iem génération
5-25°C (max 40°C)
Historiquement à Verviers … 1er génération

47.  Cartographie en région wallonne (cadastre des réseaux de chaleur existants, densité de production d’énergie renouvelable, …)
 Présence de chaleur fatale
 Verviers : Haute densité > 4500 hab/km²
Réseau de chaleur en Wallonie
Verviers

48. Géothermie profonde
 Zones prioritaire d’exploitation (réservoir du carbonifère)
Verviers
Saint-Ghislain, l’eau jaillit d’environ 2.500 m de profondeur à une température de 73°C via un
puit artésien à 100 m³/h
Ensival - 700 m – 13°C …

49. Géothermie basse enthalpie
 Plaine alluviale?
 Premier aquifère captif?

50. DIV_05 : Communauté d’Energie Renouvelable
Identification du potentiel (après rénovation Grand Bazar)
Verviers : vers une opportunité géothermique?
 Cartographie des forages exploratoires
 Analyse financière
 Analyse des besoins

51. Verviers : communauté d’énergie renouvelable
DIV_05 : Communauté d’Energies Renouvelables
Objectif principal :
Fournir des avantages environnementaux, économiques ou sociaux à ses actionnaires ou à ses membres ou en faveur des territoires locaux où elle exerce ses activités, plutôt que de
rechercher le profit.
• Avantages environnementaux :
• Meilleure intégration de la production d'électricité renouvelable via l'augmentation de l'autoconsommation et le partage d'énergie à une échelle locale
• Changement d’habitudes de consommation pour tendre vers une URE
• Limitation de la mobilisation du réseau public
• Avantages économiques :
• Impact favorable sur les factures des participants
• Retombées positives sur l’économie et les emplois locaux
• Avantages sociaux :
• Possibilité de partage ouverte à tous les citoyens, y compris locataires et ménages précarisés ne pouvant investir seuls dans une production décentralisée
• Inclusion sociale renforcée et précarité énergétique diminuée