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MINISTÈRE DE L'INDUSTRIE, DU COMMERCE ET DE L'ARTISANAT
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE G É O L O G I Q U E NATIONAL
B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
L'OPÉRATION GÉOTHERMIQUE DE CREIL
BILAN TECHNIQUE ET FINANCIERLES DIFFICULTÉS RENCONTRÉES
LES LEÇONS A TIRER POUR LES OPÉRATIONS ULTÉRIEURES
par
A. CLOT
Département géothermie
B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
77 SGN 660 GTH Décembre 1977
S O M M A I R E
PRESENTATION Page 1
I - LES BESOINS CALORIFIQUES
II - L'ASPECT GEOLOGIQUE
U T - LE RESEAU D'EAU GEOTHERMALE
IV - L'ASPECT THERMIQUE
COUT DE L'OPERATION
SURCOUT GEOTHERMIE
POSSIBILITE DE DIMINUER CES INVESTISSEMENTS
BESOINS EN CHAUFFAGE - COUVERTURE DE CES BESOINS
PAR LES DIFFERENTES SOURCES Page 21
I - ESTIMATION DES BESOINS POUR LA SAISON 76-77... Page 22
I - A - Résultats d'exploitation pour 76-77 Page 23
I - A - 1 - Fourniture des besoins, hypothèse
"géothermie avec pompes à chaleur" Page 23
I - A - 2 - Fourniture des besoins, hypothèse
"géothermie simple échange" Page 24
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4
5
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11
14
16
18
I - A - 3 - Consommations électriques, hypothèse
"géothermie avec pompes à chaleur" Page 24
I - A - 4 - Coût des consommations électriques
annuelles, primes incluses dans 3
hypothèses de fonctionnement Page 24
I - B - Résultats prévisionnels dans l'hypothèse
4.000 logements et 220 m3/h Page 25
I - B - 1 - Fourniture des besoins, hypothèse
"géothermie avec pompes à chaleur" Page 25
I - B - 2 - Fourniture des besoins, hypothèse
"géothermie simple échange" Page 26
I - B - 3 - Consommations électriques correspondantes Page 26
I - B - 4 - Coût des consommations électriques
annuelles, primes incluses dans les 3hypothèses de fonctionnement Page 27
ECONOMIES EN ENERGIE PRIMAIRE REALISEES GRACE A LA
GEOTHERMIE Page 28
I - HYPOTHESE DE CALCUL Page 29
II - ECONOMIES EN ENERGIE PRIMAIRE HYPOTHESE
"FONCTIONNEMENT 76-77" 3.000 LOGEMENTS, 43.000 Kth,
160 m3/h Page 29
III - ECONOMIES EN ENERGIE PRIMAIRE, HYPOTHESE
4.000 LOGEMENTS, 57.000 Kth, 220 m3/h Page 30
BILAN FINANCIER RENTABILITE DE L'OPERATION Page 31
I - HYPOTHESE DE CALCUL Page 32
II - COUT DE L'ENERGIE PRIMAIRE '. Page 32
III - COUT DE LA MAIN D'OEUVRE, DE L'ENTRETIEN ET DU
RENOUVELLEMENT DU MATERIEL Page 34
Ill - 1 - Coût de la main d'oeuvre Page 35
III - 2 - Coût de l'entretien du renouvellement du
matériel Page 35
IV - COUTS D'EXPLOITATION Page 35
V - COUTS ACTUALISES Page 39
V - A - Avec les investissements réels Page 39
V - A - 1 - Taux 10 % Page 39
V - A - 2 - Taux 5 % Page 39
V - B - Avec les investissements "améliorés" Page 40
V - B - 1 - Taux 10 % Page 40
V - B - 2 - Taux 5 % Page 40
V - C - Hypothèse "conditions actuelles : 3.000
logements" avec un taux d'actualisation de 5 % Page 40
DISCUSSION DES RESULTATS -. Page 42
J - RENTABILITE DE L '0PEPATI0N Page 43
I - 1 - Validité des mesures et des hypothèses Page 43
I - 2 - Le choix du taux d'actualisation Page 45
I - 3 - Influence des besoins sur la rentabilité de
l'opération Page 47I - 4 - La simplicité de fonctionnement d'un doublet
géothermique Page 48
I - 5 - Intérêt des pompes à chaleur Page 49
II - APPLICATION DES RESULTATS DE L'OPERATION DE CREIL
A D'AUTRES OPERATIONS Page 51
III - LES LEÇONS A TIRER POUR LES OPERATIONS ULTERIEURES... Page 52
CONCLUSIONS Page 54
R E S U M E
Un an après sa mise en service, il est possible, grâce
à des mesures effectuées pendant la saison de chauffe 1976-1977, de
dresser un premier bilan de l'opération géothermique de Ouiit.
Des calculs s'appuyant sur des mesures en fonctionnement
avec 3.000 logements et 160 m3/h de débit géothermal, sur des hypothèses
de fonctionnement dans l'état final (4.000 logements, 220 m3/h) et sur
les investissements réels des équipements, conduisent à des coûts
actualisés de la solution géothermie avec pompes à chaleur égaux ou
inférieurs (suivant le taux d'actualisation) aux coûts de la solution
traditionnelle.
Certes ces conclusions supposent une bonne fiabilité des
pompes à chaleur qu'il est impossible d'affirmer après quelques mois
seulement de fonctionnement.
Il reste enfin au maitre d'ouvrage, Impossibilité de - —
trouver d'autres utilisateurs, car même dans l'état final (4.000 logements)
il n'utilisera pas tout le potentiel de ses puits. L'équivalent en besoins
thermiques de 500 à 1.000 logements supplémentaires raccordés au réseau
géothermal ne pourra que conforter ce bilan.
P R E S E N T A T I O N
A la demande des H.L.M. de CREIL (Oise) , le B.R.G.M. a
réalisé en 1975-1976, en association avec des spécialistes de chauffage,
CPARICA), une installation de chauffage par géothermie.
L'installation doit permettre de chauffer en phase
définitive 4.000 logements. Ceux-ci se répartissent en 2 ensembles
distincts (Fig. 1) :
- le premier, la Cavze. de Sontu a été réalisé entre
1964 et 1970 et comprend environ 2.000 logements ;
le chauffage y est assuré par un système à dalles
pleines, la température de l'eau au départ étant de
55°C par - 11°C extérieur. La régulation est assurée
ä débit constant par modulation de la température
de départ du réseau primaire en fonction de la
température extérieure.
- le second, la ZAC du MouJLLn, comportera dans sa phase
définitive l'équivalent de 2.000 logements dont
actuellement 1.000 sont terminés et chauffés.
Dans cet ensemble, où l'on assure aussi la fourniture
d'eau chaude sanitaire centralisée, le chauffage est
assuré par des radiateurs à grande surface permettant
une température de retour de 55°C environ par - 7°C
extérieur.
Deux plages de régulation sont prévues :
- entre - 7°C et + 8°C extérieur, la régulation se
fait à débit constant par modulation de la température
de départ.
- au-delà de 8°C, la régulation se fait à température
de départ constante (55°C) pour pouvoir assurer la
fourniture d'eau chaude sanitaire, par modulation du
débit en fonction de la température extérieure.
J - LES BESOINS CALORIFIQUES
Les puissances nécessaires, calculées par le bureau
d'études, pour une température extérieure de - 7°C sont respectivement de
- 13,4 K th/h pour la Cavto. do. SwLU
- 15,5 K th/h pour la ZAC du MouLLn à l'état final
Les besoins annuels totaux en chauffage avaient été
estimées à 80.600 K th se rêpartissant en 33.400 K th pour la Cavie.
et 47.200 K th pour la ZAC du Moulin
Les premiers résultats de la saison de chauffage 1976-
1977 semblent montrer que ces besoins ont été largement surestimésy
ceci étant en partie du à une amélioration dans l'isolation des
bâtiments, intervenue entre le moment où l'on a défini les besoins et
la réalisation du projet.
II - L'ASPECT GEOLOGIQUE
L'étude géologique prévisionnelle avait laissé
espérer une température de 65°C au niveau du réservoir et des débits
possibles de 70 à 90 m3/h sans pompage et 100 à 120 m3/h avec pompage
par puits.
Le débit d'eau géothermale nécessaire estimé par le
bureau d'études thermiques étant de 220 m3/h, 2 doublets ont donc
été réalisés constitués par :
- 2 puits de production équipés chacun d'une chambre
de pompage permettant la descente d'une pompe
immergée de 150 m3/h maximum
- 2 puits de réinjection
Leur implantation a été calculée pour permettre un
fonctionnement sans baisse de température pendant 50 ans. L'un des puits peut
produire 120 m3/h artésien, l'autre 150 m3/h avec pompe immergée.
Dans la région de CKQJJL, l'aquifère du VoggeA a 100 mètres
d'épaisseur et se trouve à environ 1.550 mètres de profondeur. La
température réelle dans le réservoir est de 59°C (Fig. 2). En effet
se situe dans une zone où le gradient présente les valeurs les plus
basses, 3°C pour 100 m, alors que le calcul avait été fait avec 3,3°C
pour 100 m (Fig. 3).
Ce type d'erreur devrait maintenant être évité dans
le Bcu>¿¿n PcvU¿¿e.n, grâce à la récente "synthèse du potentiel géother-
mique du Bcu>¿¿n ?(VvLi>¿2n" qui entre autres a peritas de constater que le
gradient dans cette zone n'était pas uniforme mais pouvait varier
de 3°C/100 m dans le Nord à 3,6°C/1OO m dans le Sud.
Une deuxième erreur sur la température a été enregistrée
quand les chauffagistes ont pris canne valeur en tête de puits celle
donnée par les géologues au niveau du réservoir.
Ce type de malentendu ne devrait pas se renouveler. Des
mesures entreprises récenment ont d'ailleurs permis d'évaluer la perte
en température entre le réservoir et la surface ; celle-ci dépend :
- du diamètre du tubage
- de la profondeur du réservoir
- du débit d'eau géothermale
- du temps écoulé depuis la mise en exploitation.
Dans le cas de CnoJJL, la température en tête de puits,
qui était au démarrage de l'installation de 55°C, est actuellement de
57°C pour un débit de 150 m3/h. . .. - -:.... *.
Si la température a été surestimée, les caractéristiques
hydrodynamiques du réservoir ont' été, elles* sous estimées r la
transmissivité avait été évaluée à 20 darcy-metre et les valeurs
mesurées lors des essais de production ont été comprises entre 27
{.CH.2ÁJÍ 2) et 54 {CfioÀZ. 1) darcy-mètres. L'écart entre les valeurs
mesurées sur ces puits distants d'environ 2 Kn prouve que c'est une
valeur difficile à appréhender et que l'estimation faite dans l'étude
de faisabilité était bonne sinon excellente. Cependant la même étude
de faisabilité utilisant les mêmes caractéristiques (20 darcy-inètre)
concluerait maintenant à des possibilités de production beaucoup plus
importantes. En effet au ncment de l'étude de faisabilité (1974), il
aurait semblé irréaliste de produire 200 m3/h avec un seul forage, la
seule réalisation en exploitation en France (Me£un Z'Aùnont) fonctionnant
avec des débits de 90 m3/h, pendant la saison de chauffage et de 60 m3/h
l'été pour la production d'eau chaude sanitaire.
L'erreur a moins porté sur l'évaluation des caractéristiques
hydrodynamiques du réservoir que sur l'utilisation qui en a été faite,
car ce n'est pas la seule considération des données géologiques qui doit
permettre de définir le schéma d'exploitation mais la rentabilité du
projet dans son ensemble. En effet, dans une certaine plage, le débit
n'est limité que par les caractéristiques de la pompe (puissance nécessaire
en fonction du rabattement lié aux caractéristiques du réservoir) et les
caractéristiques techniques du forage (profondeur de la chambre de pompage).
Par exemple, l'obtention d'un débit de 200 m3/h nécessite une pompe
plus importante, donc plus chère, des consommations électriques plus grandes
et une chambre de pompage plus profonde que l'obtention d'un débit de
150 m3/h, mais peut néanmoins être plus intéressant économiquement en raison
du surplus d'énergie géothermique utilisable.
Ce point met en lumière l'importance d'une collaboration
étroite entre les géologues et le bureau d'études de chauffage pour la
définition d'un projet permettant l'utilisation optimale des calories
géothermiques.
Le délai de caimande du matériel de pompage étant de
6 à 9 mois, et le maitre d'ouvrage désirant exploiter le plus rapidement
son installation, les groupes de pompage ont été commandées avant que
les caractéristiques réelles du réservoir ne soient connues : certains
n'ont pas été utilisés (1 seule pompe immergée a été descendue)
d'autres ont du être changés carme les 2 pompes de réinjection (DVMX
Guinard) qui donnaient des pressions au refoulement beaucoup trop
importantes.
Même si dans certaines zones la connaissance du réservoir
permet une bonne évaluation des caractéristiques du réservoir, ces
erreurs se retrouveront dans la plupart des projets. On peut cependant en
diminuer les conséquences en prévoyant un planning plus souple qui
permettra :
de mieux connaître les caractéristiques débit pression
du réservoir à exploiter
les régulations précises du réseau primaire avant de
déterminer le schéma optimal d'utilisation de la géothermie
et les groupes de pompage correspondant, tout en fonction-
nant pendant la période de démarrage avec des pompes
provisoires.
Si l'on considère que les installations géothermiques
sont prévues pour durer plus de 30 ans, il vaut mieux perdre quelques
mois d ' exploitation mais avoir ensuite un matériel parfaitement adapté et
permettant d'améliorer de quelques pourcent (ou dizaine de pourcent)
la part des besoins fournis par la géothermie, que l'inverse.
Actuellement à Q.K.HÁZ bien que le débit potentiel
maximum des 2 doublets soit supérieur à 300 m3/h, l'installation, conçue
pour 220 m3/h, ne peut utiliser le surplus de débit. Ceci nécessiterait
l'installation d'un 4ême échangeur et d'autres utilisateurs.
COUPE STRATIGRAPHIQUE 9bis
Unili«Chonottraiigrophiqut*
QUATERNAIRE
ETTERTIAIRE
CRÉTACÉSUPÉRIEUR
CRÉTACÉINFÉRIEUR
PORTLANDIEN
KIMMERIDGIEN
SÉQUANIENRAURACIEN
(lusitanien calcaire)
A R G O V I E NOusitanien argileux)
OXFORDIEN
CALLOVIEN
DOGGER
Unilétlilhotirotigraphtquet
CRAIE
ARGILESDU
6AULT
SABLES VERTS
MARNES A OSTREAV ACUMINATA /
if
143
489
61.
50
L41
L45-
L33
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65,
42
193
143
632
693
743
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Coup«lilhologiqu«
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T II . I
Lithologi«
Dolomiti calcaires, grts colcairet
Soblti ,
Argil« soblcuses
Cojcoireï à foluns
Croie bloncb« à silt&
Croie blanche argileuse, glauconieuse à lopartie inférieur«
Argiles gris n o * calcaires et finement •»obleuses à la partie supérieure
Sables jounes ou verts à ciment orgileui etgtauconieuK
Argiles sableuses bariolées, grès fins,présence de lignite
Calcaires gréseux et argileux
Calcaires dolomitiques
Argiles
Alternance de calcaires argileux et d e o/és
Alternance d'argiles colcoires el de calcairesargileux et gréseux
Calcoires oolithtques gris btonchâtre àintercalations argileuses.
. Grès gris blanc
Calcaires argileux et oolithiques ôintercalations argileuses
Argiles calcaires et sableuses gris noir ¿intercalations de cote aire s gréseux
repère oolithiqueArgiles colcoires grises à fines intercalât ionsgrfseuses
Colcaires oolithiques et graveleux
Argiles calcaires et colcoires orqileux
Colcoires gréseux, spaThiques, à silex 6 lapor tie inférieure
\r>~s\
132m <
200 m
373 m
^ ù
1538
Prof. Tot.1725 m
Tubage 18"5/:
k Tubage 13"3/l
Tubage 10H3/
Tubage 9" 5/1
Tubage 7"
10
III - LE RESEAU D'EAU GEOTHERMALE (Fig. 4)
Le réseau d'eau géothermale a une longueur totale de
7 Rnet est constitué :
- de 3 Rn de tubes en fibre de verre isolés thermiqueinent
entre les puits de production et la chaufferie
- de 4 Hn de tubes en éternit entre la chaufferie et le
puits de réinjection
Lors des premiers essais, un dégazage important s'était
produit dans le réseau entrainant la cavitation des pcmpes de reprise
en chaufferie.
Par la suite, expérimentalement, un fonctionnement satisfaisant
a été obtenu avec une pression à l'entrée des échangeurs de 4 Kg/an2,
cette valeur vérifiant les résultats d'une analyse faite par le B.R.G.M
sur un échantillon de fluide prélevé en tête de puits pour déterminer
le point de bulle.
D'autre part pour éviter tout dépôt sur les échangeurs
pouvant conduire à un colmatage ou à une diminution des échanges thermiques,
des filtres ont été prévus sur les canalisations amenant l'eau géothermale
jusqu'aux échangeurs. Un encrassement important de ces filtres s'est
produit au démarrage de l'installation mais par la suite a rapidement
disparu.
11
IV - L'ASPECT THERMIQUE : LES REGULATIONS
Les installations ont été élaborées pour utiliser
au mieux la géothermie et permettre la réinjection du fluide géothermal
à une température aussi basse que possible par l'utilisation de 3
pompes à chaleur d'une puissance électrique globale de 2.100 KW.
La production de chaleur peut être assurée par 3 sources
d'énergie différentes :
- la géothermie simple échange, au moyen de 3 échangeurs
à plaque en titane (Alfa-Laval).
- trois pompes à chaleur en série d'une puissance unitaire
de 2 millions de frigories/h (Brissoneau-York).
- des chaudières traditionnelles, d'une puissance globale
de 27 K th/h, suivant les besoins, fournissent l'appoint
nécessaire pour atteindre la température d'utilisation.
(1 POD 3 Kth/h, 1 fuel lourd 6 Kth/h, 3 charbon 6Kth/h chacune)
La présence de deux réseaux ayant des températures de retour
différentes permet (Fig. 5) :
. en faisant passer l'eau de retour du circuit "dalles pleines"
dans les évaporateurs des pompes à chaleur de transférer la
chaleur extraite de ce circuit à l'eau de retour du circuit
"radiateurV passant lui dans les condenseurs.
12
par simple échange avec les échangeurs en titane
fonctionnant sur le circuit d'eau géothermale de
chauffer l'eau du circuit "dalles pleines" dont les
températures de fonctionnement sont bien adaptées à
la géothermie
Afin d'obtenir le meilleur coefficient de performance
global possible pour les pompes à chaleur et de ne pas dépasser une
température de 60/62°C à la sortie des condenseurs (limitation due au
cycle du fréon) la régulation suivante a été adoptée :
par grands froids, la totalité des eaux de retour du
circuit dalles pleines qui ne passent pas dans
1'évaporateur est envoyée dans les condenseurs ; ceci
pour éviter de dépasser 60°C à la sortie des condenseurs.
Le débit du circuit dalles pleines étant de 310 m3/h,
nous aurons 90 m3/h en provenance du circuit dalles
pleines envoyées au condenseur (Fig. 6).
quand la température s'élève, les 90 m3/h sont progressive-
ment connectés sur le collecteur de départ afin de
refroidir les eaux provenant de l'échangeur qui sont à
une température trop élevée (Fig. 7).
ensuite, une part de plus en plus grande est court-
circuitée entre le collecteur départ et le collecteur
retour du circuit dalles pleines ; les évaporateurs
sont alimentés pour une part croissante avec de l'eau
provenant du circuit radiateurs.
13
- aux environs de 13°, le forage seul est capable d'assurer
tous les besoins en chaleur. Les parpes à chaleur sont
court-circuitées ; une part toujours croissante d'eau
est court-circuitée entre le retour et le départ du
circuit "dalles pleines" (Fig. 8)
Les principaux problèmes rencontrés lors du démarrage
de l'installation ont concerné la mise au point des pompes à chaleur
et les modifications sur le schéma de régulation. La mise au point des
pompes à chaleur a duré environ cinq mois.
Des modifications sur le schéma de régulation ont été
nécessaires car les températures de retour dans certains circuits étaient
plus élevées que prévues, faisant ainsi travailler les pompes à chaleur
légèrement au dehors des caractéristiques espérées.
Pendant la saison de chauffage 76-77 la puissance appelée
a été seulement de 16,5 K th/h par - 7°C. De tels besoins ne justifient
que la mise en service de deux pompes à chaleur seulement.
Entre + 6°C et + 7°C les échangeurs ont pu fournir une
puissance de 5,8 K th/h ce qui, pour un débit de 160 m3/h correspond à
un AT utilisé de 27,6°C.
14
C O U T D E L ' O P E R A T I ON
15
Le détail des investissements nécessaires nous a été
fourni par l'OPIHLM de. Q.n.oJUi. Les coûts sont donnés TTC.
Honoraires et frais 2,00 MF
(géomètre, préétude, assistance technique
surveillance géologique, essais,
coordination des travaux (PARICA))
Forages et puits 12,20 MF
(tubage, forage, têtes de puits
locaux techniques, électricité
(transfos + H.T. EDF) )
Réseau d• eau géothermale 2,80 MF
Achat échangeurs 0,75 MF
Achat pompes à chaleur 2,00 MF
Divers électricité 0,64 MF
(transfos, raccordement EDF)
Suppléments pour transformation 4,3 MF
(chaufferie, réseau primaire
et sous stations)
TOTAL TTC 24,69 MF
Le mentant global de tous les investissements (forage,
réseau, aménagement chaufferie et sous-station) qui sera évoqué lors
du financement, est d'environ 28,5 MF et inclut en outre des travaux
tels que la construction de la cheminée d'évacuation des fumées etc...
N.B. : Pour comparaison, les investissements nécessaires à la réalisation
d'une chaufferie traditionnelle d'une puissance de 29 Kth/h, seraient
d'environ 10 MF.
16
S U R C O U T G E O T H E R M I E
17
Parmi les investissanents mentionnés précédeninent
nous ne tiendrons pas compte
- des dépenses qui même en traditionnel auraient du
être faites (coordination de travaux... )
- des coûts des pompes et de leurs accessoires, des
1.000 mètres de tubage 7", qui n'ont pas été utilisés
et qui vont être revendus.
L'ensemble de ces dépenses étant estimé à 2/00 MF, le
surcoût total TTC pris en compte est de 22,69 MF arrondi à 22,7 MF.
Dans l'hypothèse "géothermie sans pompes à chaleur" le
surcoût considéré sera de 10,7 MF, ceci tient compte de l'achat des parpes
ä chaleur (2 MF) des transformateurs électriques pour leur alimentation
et des transformations nécessaires à leur installation en chaufferie (2 MF)
18
P O S S I B I L I T E D E D I M I N U E R C E S I N V E S T I S S E M E N T S
19
Coime il est apparu dans la présentation, les prcmoteurs
de l'opération de ZmzJJ,, en raison du caractère expérinventai de celle-ci,
ont "essuyé quelques plâtres" :
- régulation des parpes à chaleur
- incertitude sur les besoins réels des logements neufs à
construire (influence de l'isolation)
- incertitude sur les caractéristiques réelles de réservoir
Malgré cela, les bilans actualisés de la solution adoptée
à CKZÀJL (Géothermie avec pompes à chaleur) peuvent être comparés, avec
celui d'une solution traditionnelle.
Ces bilans peuvent encore être améliorés si l'on considère
ce que serait la solution technique adoptée maintenant, en tenant compte
de cette expérience.
1 - POMPES_A_ÇHALEUR
Une pompe à chaleur est actuellement inutilisée et ne
pourra l'être avant que d'autres utilisateurs, non prévus, ne soient raccordés.
Ceci est du essentiellement à la surestimation des besoins
de la ZAC du Mou&tn.
Le surcoût occasionné par cette pompe à chaleur, ses
raccordements peut être estimé à 1 MF environ.
20
2 - LES_FORAGES
Débiter plus de 220 m3/h avec le système actuel ne
conduirait qu'à réinjecter à une température supérieure. Or 220 m3/h
auraient pu être produits avec un seul doublet. La seule modification
aurait consisté en l'augmentation et l'approfondissement de la chambre
de pompage de façon à pouvoir y descendre une pcmpe immergée de caracté-
ristiques supérieures.
Le coût de ce doublet, équipement de pompage et têtes de
puits inclus aurait été d'environ 7,5 MF, au lieu de 12,2 MF pour les 2
doublets.
Le réseau d'eau géothermale aurait été lui aussi diminué de
moitié soit 1,4 MF au lieu de 2,8 MF.
Avec ces améliorations, les investissements à effectuer pour
la géothermie et les pompes à chaleur n'auraient été que 17,6 MF.
Dans cette même hypothèse, dans le cas "géothermie sans
pompes à chaleur',1 le surcoût aurait été de 14,6 MF.
Les calculs de rentabilité seront faits avec ces différentes
hypothèses : investissements réels, investissements améliorés.
21
B E S O I N S E N C H A U F F A G E - C O U V E R T U R E D E
C E S B E S O I N S P A R L E S D I F F E R E N T E S S O U R C E S :
G E O T H E R M I E , C H A U D I E R E S T R A D I T I O N N E L L E S ,
E L E C T R I C I T E ( P O M P E S A C H A L E U R )
22
I - ESTIMATION DES BESOINS POUR LA SAISON 76 - 77
Carme nous l'avons déjà mentionné, le démarrage de
l'installation a été perturbé par des problèmes d'adaptation des
panpes sur le réseau géothermal, de régulation sur les circuits primaires,
de mise au point sur les pompes à chaleur.
Cependant des mesures effectuées par EDF pendant les derniers
mois de la saison de chauffe pour différentes valeurs de la température
extérieure, ont permis de simuler un fonctionnement sans incident
pendant toute la période de chauffage 76 - 77 avec un débit géothermique
de 160 m3/h et les caractéristiques actuelles (3.000 logements, 2 pompes
à chaleur en service).
Ces calculs sont basés :
- d'une part sur l'analyse des températures ou moyennes
journalières instantanées - relevées pendant la saison
de chauffe 76 - 77 ; nous verrons plus loin que les
calculs des besoins varient légèrement suivant que l'on
tienne compte ou de l'une ou de l'autre.
- d'autre part sur les mesures effectuées sur chaque circuit
du réseau en fonction de la température extérieure, en
cours de fonctionnement stabilisé, permettant de connaître
pour chaque température extérieure les besoins réels et la
part des besoins fournis par chaque source (chaudière,
géothermie, pompes à chaleur)
I - A - Résultats d'exploitation pour 76 - 77
Les besoins en chauffage pour l'année 76 - 77 ont été
de 42.000 K th. Les conditions climatiques ayant été relativement douce,
le même calcul a été effectué pour l'année 6 9 - 7 0 (plus froide que la
moyenne) ; pour cette année les besoins auraient été de 46.000 K th.
Différentes hypothèses ont été considérées pour la
fourniture des besoins :
- avec géothermie simple échange
- avec géothermie associée aux pompes à chaleur
- avec chaufferie traditionnelle seule
Les besoins pour la fourniture d'eau chaude sanitaire en
été étant d'environ 1.000 K th, le total des besoins annuels pour la
saison 76 - 77 est de
42.000 + 1.000 = 43.000 K th
I - A - 1 - Fourniture_des_besoinsi_h^£othèse_"géothermie_avec_£om£es
à_çhaleur"
Géothermie : 26.100 (chauffage) + 1.000 (eau chaude sanitaire
été) = 27.100 K th soit 63 % des besoins
Chaudières : 12.500 K th soit 29 % des besoins
Electricité,
pompes à chaleur : 3.400 K th soit 8 % des besoins
24
I - A - 2 - Fourniture des^besoins^ h^gothèse "géothermie simple échange"
Géothermie 17.450 K th soit 41 % des besoins
Chaudières 24.550 K th soit 59 % des besoins
I - A - 3 - Consommations électriç ues ^ h jjothèse "géothermie avec £om£es
à chaleur"
(1) Chaufferie, services généraux.
(1) Parpes à chaleur.
(1) Forages.
TOTAL.
1.53O.OOO Kwh, soit 25 %
3.882.000 Kwh, soit 63 %
726.000 Kwh, soit 12 %
6.138.000 Kwh
I - A - 4 - Coût des_consommations électriçjues_annuellesi grimes incluses
dans 3 h^£othèses de fonctionnement
(1) Géothermie avec pcmpes à chaleur... 1.020.770 F TTC
(1) Géothermie simple échange.
(1) Chauffage traditionnel.
426.890 F TTC
211.680 F TTC
(1) Chiffres ccnniuniqués par EDF
25
I - B - Résultats prévisionnels dans l'hypothèse 4.000 logements
et 220 mVh
Estimation des besoins annuels pour 4.000 logements
Les besoins estimés, pour la saison de chauffage 76 - 77,
considérée conme assez douce, sont de 42.000 K th. La même simulation
effectuée pour une année plus froide 69 - 70, donne des besoins de l'ordre
de 46.000 K th. Si nous prenons 44.000 Kth pour valeur moyenne correspondant
à 3.000 logements, les besoins moyens mesurés les années précédentes pour
la Cavéz du SznLU étant de 33.000 K th, les besoins totaux en chauffage
dans l'état final du projet devraient être d'environ :
33.000 + ( 44.000 - 33.000 ) x 2 = 55.000 K th
D'autre part les besoins pour la fourniture d'eau chaude
sanitaire seront de 2 x 1.000 = 2.000 K th
Les besoins totaux annuels pour 4.000 logements sont donc
estimés à 57.000 K th
I - B - 1 Fourniture des besoins^ hjrgothèse "géothermie avec gommes
à chaleur"
Les caractéristiques de fonctionnement 76 - 77 (débit 160 m3/h,
température en tête 56°C, saison de chauffe 232 jours, énergie fournie
26.100 K th) correspondent à une température moyenne de réinjection de 26,7°C.
26
La même température de réinjection donne pour 220 m3/h
35.900 K th fournies par la géothermie pendant la saison de chauffage.
Besoins totaux annuels couverts par la géothermie :
35.900 (chauffage) + 2.000 (eau chaude sanitaire) =
37.900 K th soit 66 % des besoins
On peut supposer que le fonctionnement des pompes à
chaleur est identique à celui de la saison de chauffage 7 6 - 7 7 (2 pompes
à chaleur en service).
- électricité, pcmpes à chaleur : 3.400 K th soit 6 % des besoins
- chaudières : 15.700 K th soit 28 % des besoins
I - B - 2 -
Les mêtnœ calculs que précédemment nous donnent les résultats
suivants :
Géothermie : 24.660 K th soit 43 % des besoins
Chaudières : 32.340 K th soit 57 % des besoins
I - B - 3 - Consommations électri^ues_corresj)ondantes
Nous avons considéré que les 2 pompes à chaleur, fonctionnant
avec des régulations identiques, consomment la même quantité d'électricité et
que l'augmentation de la consommation en chaufferie et pour les services
généraux est proportionnelle à l'augmentation des besoins soit 32 %.
L'augmentation de puissance nécessaire pour passer de 160 à 220 m3/h a été
estimée à 16 %
27
Avec ces hypothèses les consommations électriques dans
l'hypothèse "géothermie avec pcmpes à chaleur11 sont les suivantes :
- Chaufferie, services généraux 2.020.000 Kwh soit 30 i
- Parpes à chaleur 3.882.000 Kwh soit 58 í
- Forages 842.000 Kwh soit 12 \
TOTAL 6.744.000 Kwh
I - B - 4 - Çout_des_consommations_électrΣues_annuellesi_£rimes incluses
dans les 3 hypothèses de fonctionnement
Nous avons estimé que les coûts, dans chaque hypothèse,
augmentaient en proportion de la conscnmation globale propre à chaque
hypothèse, ce qui n'est pas tout à fait exact puisque nous ne tenons pas
canpte de l'influence des primes fixes correspondant aux puissances
souscrites, mais donne cependant une bonne approximation.
- Géothermie avec pompes à chaleur 1.121,550 F TTC
- Géothermie simple échange 541.560 F TTC
- Chauffage traditionnel 279.500 F TTC
28
E C O N O M I E S E N E N E R G I E P R I M A I R E
R E A L I S E E S G R A C E A L A G E O T H E R M I E
29
J - HYPOTHESES DE CALCUL
Nous supposons un rendaient des chaudières de 75 % (ce
qui est peut être avantageux pour la solution traditionnelle car les
chaudières à charbon sont assez anciennes). D'autre part nous utilisons
les équivalences usuelles à savoir :
- 1.000 K th PCS = 100 TEP
- 1.000 Kwh élect. = 0,22 TEP
Toutes les consonmations électriques (ponces à chaleur,
forages et pcrrçes de circulation) sont ramenées en énergie primaire.
JJ - ECONOMIES EN ENERGIE PRIMAIRE HYPOTHESE "FONCTIONNEMENT 76 - 77 3
"3.000 LOGEMENTS, 42.000 Kth, 160 m3/h
Géothermie avec Géothermie
pcmpes à chaleur simple échagne
Energie primaire 53 % 68 %
(appoint + électricité)
Géothermie 47 % 32 %
TEP économisées/an 3.050 TEP 2.300 TEP
30
III - ECONOMIES EN ENERGIE PRIMAIRE, HYPOTHESE 4.000 LOGEMENTS,
57.000 K th, 220 m3/h
Géothermie avec Géothermie
pompes à chaleur simple échange
Energie primaire 45 % 62 %
(appoints électricité)
Géothermie 55 % 38 %
TEP éconanisées/an 4.470 TEP 3.102 TEP
REMARQUE :
Même en supposant que tout l'appoint soit fourni par des
chaudières au fuel, ces valeurs donnant les TEP économisées par an ne
représenteraient pas les économies en tonnes de pétrole importées.
En effet la conversion des Kwh électriques en TEP suppose que toute
l'électricité est fournie par des centrales au fueX. Celles-ci ne participant
envrion que pour 1/3 à la production totale d'électricité les tonnes de pétrole
d'importation économisées grâce à la géothermie sont respectivement :
3.950 tonnes dans l'hypothèse 3.000 logements, géothermie avec
pompes, à chaleur
5.450 tonnes dans l'hypothèse 4.000 logmenents, géothermie avec
pompes à chaleur
2.600 tonnes dans l'hypothèse 3.000 logements, géothermie simple
échange
3.520 tonnes dans l'hypothèse 4.000 logements, géothermie simple
échange
31
B I L A N F I N A N C I E R
R E N T A B I L I T E D E L ' O P E R A T I O
32
I - HYPOTHESES DE CALCUL
Nous supposons que l'investissement géothermique est
réalisé en 1 an et que l'exploitation passe progressivement de 160 m3/h
la première année (1977) à 220 m3/h en 1980 quand les 4.000 logements
seront raccordés.
Les coûts de référence sont les coûts actualisés sur 30 ans,
soit avec un taux de 5 %, soit avec un taux de 10 %.
JJ - COUT DE L'ENERGIE PRIMAIRE
Rappelons que la partie chaufferie traditionnelle à CfioJJL
comporte, 3 chaudières au charbon de 6 K th/h chacune, 1 chaudière au fuel
lourd de 6 K th/h et 1 chaudière au fuel domestique de 3 K th/h-
Les pouvoirs calorifiques de ces combustibles sont
respectivonent de :
- 9.700 mth par Kg de fuel lourd
- 8.300 mth par litre de fuel domestique
- 7.660 mth par Kg de charbon
33
Les rendements des chaudières sont estimés à :
- 75 % pour le fuel lourd
- 80 % pour le fuel domestique
- 75 % pour le charbon
Le coût des différents combustibles (coût réel du dernier
marché passé par les HLM de CA2ÂZ) est le suivant :
512,95 F TTC / tonne de fuel lourd
66,82 F TTC / 100 litres de FOD
392,74 F TTC / tonne de charbon
Ces valeurs nous donnent un coût à la K th utilisable de :
- Fuel lourd : 512,95= 70,51 F/K th
9,7 x 0,75
- FOD : 66,82 x 1000= 100,63 F/K th
100 x 8,3 x 0,8
- Charbon : 392,74
7,66 x 0,7568,4 F/K th
En tenant compte de la part de chaque chaudière dans la
puissance totale, nous obtenons un coût moyen de 72,45 F / K th
34
Avec cette valeur, les coûts en énergie primaire dans
chacune des hypothèses sont les suivants :
HypothëselSOm^/h, 3.000 logements
- Géothermie avec parpes à chaleur... 905.625 F
- Géothermie simple échange 1.778.650 F
- Chauffage traditionnel 3.115.350 F
- Géothermie avec pompes à chaleur... 1.137.465 F
- Géothermie simple échange 2.343.030 F
- Chauffage traditionnel 4.129.650 F
III - COUT DE LA MAIN D'OEUVRE, DE L'ENTRETIEN ET DU RENOUVELLEMENT DU
MATERIEL
Nous prendrons les coûts donnés par le bureau d'études
PARICA, basés d'une part sur des statistiques de l'OPIHLM concernant les
saisons de chauffe précédentes et d'autre part sur des estimations du
gros entretien pour les pompes à chaleur et les forages.
Ill - 1 - Coût de la main d'oeuvre
- Géothermie avec parpes à chaleur 360.000 F
- Géothermie simple échange 300.000 F
- Chauffage traditionnel 390.000 F
III - 2 - Coût de l'entretien du renouvellement du matériel
- Géothermie avec pompes à chaleur 657.000 F
- Géothermie simple échange 645.000 F
- Chauffage traditionnel 528.OCO F
IV - COUTS D'EXPLOITATION (HORS AMORTISSEMENT)
Nous supposons que l'exploitation passe de 160 m3/h
(3.000 logements) en 1977 ä 220 m3/h (4.000 logements) en 1980.
Seuls vont augmenter progressivement les coûts en énergie primaire et les
coûts en électricité, les frais de main d'oeuvre et d'entretien -
renouvellement du gros matériel restant identiques.
Le détail des calculs est donné dans les tableaux 1, 2 et 3,
pages suivantes.
36
ACTUALISATION DES DEPENSES D'EXPLOITATION
GEOTHERMIE AVEC POMPES A CHALEUR
COUT DE LA MAIN D'OEUVRE
taux 10 % Coef. 9,43. 360.000 x 9,43 = 3.394.800 F
taux 5 % Coef. 15,3. 360.000 x 15,3 = 5.508.000 F
COUT DE L'ENTRETIEN ET DU RENOUVELLEMENT DU MATERIEL
taux 10 % 657.000 x 9,43 = 6.195.510 F
taux 5 % 657.000 x 15,3 = 10.052.100 F
COUT DE L'ENERGIE PRIMAIRE ET DE L'ENERGIE ELECTRIQUE
•
••
••:Energie primaire
:Energie électrique
: Actualisation
: taux 10 %
:Energie primaire
:Energie électrique
•: taux 5 %
:Energie primaire
:Energie électrique
1977
i 905.625
. 1.020.770
1
905.625
: 1.020.770i
: 1
: 905.625
: 1.020.770
': 1978
! 982.905 .
: 1.054.363
: 0.909
• 893.461
: 958.416
: 0.952
: 935.726
: 1.003.754
1979
»
1.060.185
1.087.957
0.826
875.713
! 898.652•
: 0.907
961.588
986.777
: 1980à2007
1.137.465
1.121.550
! 7.695
8.752.793
: 8.630.327
: 13.511
! 15.368.290
.15.153.262
: TOTAL :
¡11.427.592 :
:11.5O8.165 :
il8.171.229 i
¡18.164.563 :
Tableau n° 1
37
ACTUALISATION DES DEPENSES D'EXPLOITATION
GEOTHERMIE SIMPLE ECHANGE
MAIN D'OEUVRE
taux 10 % Coef. 9,43
taux 5 % Coef. 15,3
ENTRETIEN ET RENOUVELLEMENT DU MATERIEL
taux 10 %
taux 5 %
ENERGIE PRIMAIRE ET ENERGIE ELECTRIQUE
300.000 x 9,43
300.000 x 15,3
645.000 x 9,43
645.000 x 15,3
2.829.000 F
4.590.000 F
6.082.350 F
9.868.500 F
••
••*: Energie primaire
:Energie électrique
:Actualisation
: taux 10 %
:Energie primaire
:Energie électrique
: taux 5 %
:Energie primaire
:Energie électrique
: 1
: 1
: 1
1977
.778.650
426.890
1
.778.650
426.890
1
.778.650
426.890
: 1
: 1
1078
.966.777
465.113
0.909
.787.800
422.788
0.952
.872.372
442.788
: 2
: 1
: 1
1979
.154.903
503.337
0.826
.779.950
415.756
0.907
.954.497
456.527
: 1980: à
2007
2.343.030
541.560
7.695
:18.029.616
• 4.167.304
: 13.511
¡31.656.678
: 7.317.017
: TOTAL :
¡23.376.016 :
: 5.432.738 :
¡37.262.197 :
: 8.643.222 :
Tableau n° 2
38
ACTUALISATION DES DEPENSES D'EXPLOITATION
CHAUFFAGE TRADITIONNEL
COUT DE LA MAIN D'OEUVRE
taux 10 % Coef. 9,43.
taux 5 % Coef. 15,3.
390.000 x 9,43 = 3.677.700 F
390.000 x 15,3 = 5.967.000 F
COUT DE L'ENTRETIEN ET DU RENOUVELLEMENT DU MATERIEL
taux 10 %.
taux 5 %.
528.000 x 9,43 = 4.979.040 F
528.000 x 15,3 = 8.078.400 F
COUT DE L'ENERGIE PRIMAIRE ET DE L'ENERGIE ELECTRIQUE
••
•
: Energie primaire
•:Energie électrique
rActualisation
: taux 10 %
: Energie primaire
:Energie électrique
: taux 5 %
•: Energie primaire
:Energie électrique
• 3
: 3
: 3
1977
.115.350
211.680
1
.115.350
211.680
1
.115.350
211.680
: 3
: 3
: 3
1978
.453.450 :
234.287 :
0.909
.139.186
212.967
0,952 j
.287.684
223.041
3.
: 3.
. 3.
1979
791.550
256.893
0.826
131.820
212.194
0.907
438.936
233.002
[ 1980: à: 2007
4.129.650 .
279.500 .
i 7.695
Í31.777.657
• 2.150.753
: 13.511 s
¡55.795.701 .
: 3.776.325•
TOTAL :
¡41.164
2.787
•
65.637
: 4.444
.013 :
.594 :
.671 :
.048 :
Tableau n° 3
39
V - COUTS ACTUALISES
Les calculs sont faits
- d'une part avec les investissements réels, soit 22,7. MF
pour la géothermie avec pompes ä chaleur et 18,7 MF pour la géothermie
simple échange
- d'autre part avec les investissements "améliorés", c'est-
à-dire en tenant compte des erreurs qui devraient pouvoir être évitées par
la suite, soit 17,6 MF pour la géothermie avec pompe à chaleur et 14,6 MF
pour la géothermie simple échange.
V - A - Avec les investissements réels
V - A - 1 - Taux 10 %
- Géothermie avec pompes à chaleur 55 .230 KF indice 100
- Géothermie simple échange 56.420 KF indice 102
- Chauffage traditionnel 52.609 KF indice 9S
V - A - 2 - Taux 5 %
- Géothermie avec pompes à chaleur 74.600 KF indice 100
- Géothermie simple échange 79.060 KF indice 106
- Chauffage traditionnel 84.127 KF indice 113
V - B - Avec les investissements "améliorés"
V - B - 1 - Taux 10 %
40
- Géothermie avec parpes à chaleur.
- Géothermie simple échange.
- Chauffage traditionnel.
50.126 KF indice 100
52.320 KF indice 104
52.609 KF indice 105
V - B - 2 - Taux 5
- Géothermie avec pompes à chaleur.
- Géothermie simple échange.
- Chauffage traditionnel.
69.495 KF indice 100
74.960 KF indice
84.127 KF indice 121
V - C - Hypothèse "conditions actuelles : 3.0D0 logements" avec un taux
d'actualisation de 5 %
Même dans la situation actuelle on constate que les-couts
actualisés de la solution géothermie avec pcmpes à chaleur, dans l'hypothèse
avec pcmpes à chaleur, et "investissements améliorés" sont
inférieurs de 4 % à ceux de la solution traditionnelle :
Investissements réels
- Géothermie avec pcmpes à chaleur.
- Géothermie simple échange
67,7 KT indice 108
66,9 indice 107
41
ïBY£Stissements_améliorés
- Géothermie avec parpes à chaleur 62,6 KF indice 100
- Géothermie simple échange 62,8 KF indice 100
- Chauffage traditionnel 65,0 KF indice 104
REMARQUE :
Dans cette hypothèse, il semble que la solution simple
échange soit plus intéressante que la solution avec pompes à chaleur.
Cela se comprend dans la mesure où l'on ne tire pas pleinement parti
d'un matériel prévu pour des besoins beaucoup plus importants.
42
D I S C U S S I O N D E S R E S U L T A T S
43
Les calculs montrent que :
- en prenant les investissements réels, la solution
géothermie avec pompes à chaleur donne des coûts
actualisés inférieurs de 13 % à ceux du chauffage
traditionnel dans l'hypothèse d'un taux de 5 %, et
supérieurs de 5 % dans l'hypothèse d'un taux de 10 %.
- en prenant les investissements "améliorés", la solution
géothermie avec pompes à chaleur donne des coûts
actualisés inférieurs à la solution traditionnelle de
5 à 21 % (suivant le taux considéré),
D'autre part il semble que dans tous les cas de figure
les pcmpes ä chaleur permettent d'améliorer le bilan tant énergétique
que financier.
I - RENTABILITE DE L'OPERATION
1 - 1 Validité des mesures et des hypothèses
La plupart des calculs effectués repose sur des mesures
réelles (mesures EDF) ou sur des coûts réels (investissements réels et
coût des combustibles communiqués par l'OPIHLM de CH.2ÁJL, coût des consommations
électriques communique par l'EDF).
44
Certes des hypothèses ont été émises sur le calcul
des besoins pour 4.000 logements et la couverture de ces besoins par
les différentes sources d'énergie. Mais l'erreur possible sur ces
valeurs ne peut être importante et remettre en cause les résultats.
Seuls les calculs concernant l'utilisation des pompes
à chaleur peuvent apparaître spéculatifs dans la mesure où l'on connait
mal encore la fiabilité d'un équipement qui a nécessité une longue
période de mise au point et qui n'a jusqu'à maintenant fonctionné que
quelques mois.- Nous reviendrons plus loin sur les contraintes techniques
liées au bon fonctionnement des panpes à chaleur.
Remarquons, de toute façon, que la solution géothermie
simple échange (sauf dans le cas investissements réels taux 10 %) reste
plus rentable que le chauffage traditionnel.
Par contre, carme le montre le calcul des coûts actualisés,
le choix du taux d'actualisation est primordial .
45
1 - 2 Le choix du taux d'actualisation
Celui-ci représente la différence entre le taux d'intérêt
des prêts devant couvrir l'investissement initial et le taux d'inflation
général (énergie, nain d'oeuvre, gros entretien).
- Le taux d'intérêt le plus désavantageux peut être
représenté par celui obtenu auprès d'organismes bancaires privés. Il
serait néanmoins possible d'obtenir auprès d'eux des prêts à 12 % sur
20 ans. Comme nous le verrons ultérieurement l'office des HLM de Creil
a obtenu des prêts beaucoup plus intéressants de la part de la caisse
des dépots (3,6 % sur 40 ans) et de la caisse d'épargne (9,75 % sur 30 ans)
- Le taux d'inflation moyen est difficile à cerner. On sait
cependant que le taux minimum visé par le gouvernement pour 1977 était
de 6,5 %. Les derniers chiffres montrent qu'il atteindra au minimum
9 % et vraisemblablement 10 %.
Ainsi même en considérant le taux d'intérêt le plus
désavantageux (12 %) et le taux d'inflation le plus optimiste (7 % ) , on
arrive à un taux d'actualisation maximum de 5 %.
Dans le cas des HLM de Creil, étant donné les prêts très
avantageux obtenus le taux d'actualisation correspondant à utiliser est
en fait compris entre 2 et 3 %.
46
Le financement obtenu est le suivant :
Prêt caisse des dépots à 3,6 % sur 40 ans 3.681.300
(pour aspect expérimental de l'opération)
Prêt du Comité Géothermie 3.7OO.OOO
(sur 7 ans avec intérêts progressifs
de 0 à 5 % et décalage des remboursements
d'un an)
Prêt de la caisse d'épargne de Senlis
à 9,75 % sur 30 ans :
en 1975 - 1976 8.764.000
en 1977 6.000.000
Droits de raccordement des organismes
constructeurs 4.400.000
Subventions
Agence pour l'énergie 400.000
Agence pour l'énergie (demande 1977) 600.000
Conseil général de l'OISE 500.000
TOTAL 28.045.300 F
Sur un financement total de 28.490.000 F, la différence devant
en partie être récupérée sur la revente de matériel non utilisé (tubes,
panpes etc...).
47
1 - 3 Influence des besoins sur la rentabilité de l'opération
L'importance des besoins calorifiques à couvrir á une
influence directe sur la rentabilité de l'opération. En effet que nous
fournissions 160 m3/h, 220 m3/h ou - plus tard - 270 m3/h, les
investissements restent les mêmes et plus le débit des puits est
Important, plus la géothermie couvre de besoins et améliore la rentabilité
de l'opération.
Ces conclusions ont été mises en évidence dans l'étude
B.R.G.M./B.E.T.U.R.E , financée par EPAMARNE (établissement public
d'aménagement de la ville nouvelle de Marne La Vallé), sur l'utilisation
de la géothermie dans les villes nouvelles de la région parisienne
(figures 9, 9 bis et 9 ter). Outre l'intérêt d'augmenter ce débit, ces
courbes montrent également l'importance du type d'utilisation dans les
logements : radiateurs basse température (2), dalles pleines avec appoint
électrique (1) ou solution mixte chauffage de base par air neuf et appoint
par radiateurs (3).
Dans le cas de l'opération de CfieÁZ, bien que le bilan soit
positif dans la situation actuelle, il convient de chercher d'autres
utilisateurs qui pourront exploiter pleinement le potentiel de
l'installation. En effet la chaufferie a été conçue pour utiliser 220 m3/h
alors que les puits peuvent produire jusqu'à 320 m3/h, avec chacun une
pompe immergée. Il reste une place pour un 4ème échangeur qui utiliserait
ce surplus de débit et alimenterait ces utilisateurs. Un inventaire est en
cours ; parmi les possibilités, mentionnons la base aérienne militaire de
CttùZ, un projet de piscine, un hôpital, un ensemble de 500 logements à
construire après 1980.
48
1 - 4 La simplicité de fonctionnement d'un doublet géothermique
C'est un point souvent négligé nais néanmoins très important.
Par rapport à une chaudière classique au fuel, qui dans une opération
géothermique reste inutilisée pendant 50 à 80 % de la saison de
chauffe et totalement inutilisée l'été pour la fourniture d'eau chaude
sanitaire, un doublet géothermique ne nécessite que le minimum de
personnel pour son entretien et son fonctionnement. En effet nous
ne trouvons sur le réseau géothermal que des pompes électriques (aucune
l'été à Melun l'Aimant qui fonctionne alors en thermo-siphon) qui ne
demandent pratiquement aucune surveillance alors qu'une chaudière à
charbon nécessite la présence constante d'une ou plusieurs personnes.
49
1 - 5 Intérêt des pompes à chal9ur
Les calculs satiblent démontrer l'intérêt des pompes à
chaleur dans le projet de OxnÂJi, tant sur le plan énergétique que financier.
Cet intérêt n'est plus aussi évident quand la température
de l'eau géothermale est plus élevée (65/7O°C)
D'autre part des systèmes de chauffage dans les logements
à très basse température de retour (système BTR) permettront de se passer
de pompes à chaleur même avec de l'eau à 55°C et d'augmenter la part des
besoins fournie par la géothermie.
Enfin une bonne utilisation techniquement et économiquement,
des pompes à chaleur nécessite une régulation complexe pas toujours facile
à faire fonctionner correctement :
- techniquement, les pompes à chaleur n'ont un bon coefficient
de performance que si l'on peut les faire travailler dans la plage de leur
caractéristiques optimales de fonctionnement (avec un AT entre la source
froide et la source chaude le plus faible possible) ce qui implique les
régulations diverses mentionnées précédemment, en fonction de la température
extérieure.
- économiquement, leur fonctionnement n'est intéressant que
dans une certaine plage du coût de l'électricité consommée par les moteurs ;
en effet les tarifs de l'EDF étant variables suivant le moment de la
journée et la période de l'année, il n'est pas économique d'utiliser les
pompes à chaleur pendant les heures dites "de pointe" (7H00 - 9H00 et
17H00 - 19H00, l'hiver). Il faut alors prévoir une deuxième régulation qui
arrête les pompes à chaleur à ce moment, l'appoint nécessaire devant alors
être fourni par les chaudières classiques.
50
Sans tirer de conclusions générales sur l'intérêt ou non des
porpes à chaleur, en renouvelant les réserves faites précédermnent,
disons qu'elles permettent apparenment d'améliorer le bilan de CtieÂJL,
que ce type de matériel est appelé à de nombreuses améliorations (type
de compresseur, fiabilité, type de fluide frigorigène etc...) et que leur
utilité ne peut être affirmée que cas par cas.
51
II - APPLICATION DES RESULTATS DE L'OPERATION DE CREIL A D'AUTRES OPERATIONS
Carme il a déjà été mentionné chaque projet est particulier ;
néanmoins il est possible d'appliquer les résultats de l'opération de
QJKLUL, à des projets présentant des investissements en forage équivalents.
Il y a d'ailleurs des chiffres que l'on retrouve dans tous les projets
géothermiques du Bassin Parisien, par exemple le seuil de besoins à partir
duquel la géothermie, exploitée par doublet peut être financièrement
intéressante. Ce seuil, que ce soit dans des projets concrets ou dans des
études est toujours voisin de 22.000/25.000 K th. Le cas de ZfiziL vérifie
bien cette valeur puisque pour deux doublets (et la fourniture d'eau
chaude sanitaire) nous avons 57.000 K th (au lieu de 2 x 25.000 = 50.000 K th)
Le niveau thermique assez bas (56/57°C) de l'eau géothermale
exploitée à Cte¿¿ permet justement de penser que des projets exploitant des
eaux plus chaudes devraient être encore plus intéressants, à condition
d'avoir des besoins équivalents.
Une étude financée par le Comité Géothermie et effectuée par
le B.R.G.M. en collaboration avec le B.E.T.U.R.E et portant sur les
possibilités d'utilisation de la géothermie dans l'habitat existant de 5
villes de l'Est Parisien a conclu dans chaque cas à la rentabilité du projet
(Figure 10).
L'intérêt de l'habitat existant par rapport à l'habitat neuf
est qu'on y connait très bien les besoins et les régulations. Un inconvénient,
cependant, la zone a desservir par la géothermie est souvent alimentée
par 2, 3 ou 4 chaufferies, nécessitant l'accord et l'entente des différentes
sociétés exploitantes pour adopter la solution géothermie.
52
III - LES LEÇONS A TIBER POUR LES OPERATIONS ULTERIEURES
Les enseignanents essentiels sont déjà apparus au cours
de l'étude. De cette expérience, deux leçons principales sont à tirer,
dont découlent à peu près toutes les erreurs techniques ou autres qui
seront à éviter dans l'avenir :
- une parfaite coordination entre les géologues et le
bureau d'études de chauffage devrait permettre d'optimiser
chaque projet tout en prévoyant une certaine flexibilité dans
les choix techniques adoptés afin de tenir compte de
certains aléas (variations des caractéristiques du réservoir,
régulations de circuits de chauffage différentes des
prévisions) ; ceci se serait traduit dans l'exemple de
Ch.<ùJL par la décision de n'effectuer dans un premier temps
qu'un doublet avec des caractéristiques techniques différentes
(puits déviés près de la chaufferie, chambre de pompage plus
importante...)
.- le délai de commande des pompes (6 à 9 mois) étant
finalement négligeable par rapport à l'étalement de la
construction des logements (3 à 6 ans), il est possible
d'adopter un planning suffisamment souple qui donnera le
temps aux géologues de connaître parfaitement les carac-
téristiques du réservoir, aux spécialistes de chauffage de
connaître les régulations exactes des circuits primaires,
de définir ensuite le fonctionnement optimal de l'installation
et l'équipement correspondant (pompes d'exhaure et de
réinjection, nombre de pompes à chaleur). Ce planning peut
contraindre à ne pas utiliser la géothermie pendant quelques
mois, encore qu'il soit possible de fonctionner provisoirement
en artésien sur le puits de production avec une pompe provi-
soire sur le puits de réinjection ; de toute façon un tel
inconvénient est sans comparaison avec l'avantage d'avoir
ensuite une utilisation optimale de la géothermie avec du
matériel parfaitement adapté.
53
Ceci à CJLQÁL, aurait évité de commander une pompe iirmergée
deux parpes de réinjection et leur équipement annexe (transformateurs,
raccordements) ainsi qu'une pompe à chaleur qui n'étaient pas nécessaires ou
surdimensionnées par rapport à leurs contraintes de fonctionnement.
Signalons enfin qu'il reste à trouver un financement
mieux adapté. Car actuellement les annuités de remboursement pèsent
très lourd au démarrage de l'opération : en effet la construction
des logements peut s'étaler sur 3 à 6 ans et pendant ce temps la géothermie
n'est pas pleinement utilisée alors qu'il faut malgré tout rembourser
les annuités correspondant aux importants investissements de forage,
canalisation, pompes etc...
• L'extension à la géothermie du projet de loi réglementant
les réseaux de distribution d'eau chaude récupérée à partir des centrales
thermiques permettrait de résoudre ce problème puisqu'il est prévu des
"subventions de compensation" permettant d'équilibrer la gestion de ces
réseaux dès la première année et de pratiquer un prix de la Kth identique
ä celui correspondant au raccordement de tous les usagers potentiels.
Le prêt du comité géothermie (70 % du montant du premier
forage, dans le cas d'un doublet, remboursable en 6 - 7 ans) ne peut
être considéré comme un financement mais seulement caime une couverture du
risque géologique, puisqu'en cas d'insuccès (puits improductif ou insuffi-
samment productif) le prêt reste en totalité ou partie acquis au maître
d'ouvrage.
54
C O N C L U S I O N S
55
Malgré l'existence de nanbreuses études portant sur
l'utilisation et la rentabilité de la géothermie, aucune encore n'avait
porté sur un cas réel. (Nous excluons l'opération de Melun l'Almont car
les investissements particulièrement peu élevés à l'épcque-2,5 MF en
1969 pour un doublet- ne sont plus représentatifs des coûts actuels).
L'expérience de Ciz¿t est particulièrement intéressante
puisqu'elle porte sur 4.000 logements, 2 doublets, exploite une eau
géothermale à basse température et utilise des pompes à chaleur.
Les calculs s'appuyant sur des mesures et des coûts réels
observés pendant la saison de chauffe 1976 - 1977 donnent des coûts
actualisés sensiblement moins élevés que pour un chauffage traditionnel.
Ceci est d'autant plus intéressant que la température du
réservoir exploité est relativement basse. Il est permis de penser que
les bilans éconardques de projets se situant dans des zones plus favorables
dégageront un intérêt pour la solution géothermique encore plus eppréciable.
Figure n° 1
I.. . puits 1
P u l t s, 3 zone de vorzone de vaux
puits 2le plessis pommeraie
CARTE DES ISOTHERMES DU DOGGER
(zone centrale du Bassin de Paris)
Figure n° 2
RETARTITION SCHEMATIQUE DU GRADIENT GEOTHERMIQUE
DANS LE BASSIN PARISIEN
Figure ne 3
.3.3- Courbe d'égale valeur du gradient géothermique (en 0C/100m)
Massifs anciens
Figure n° A
CIRCUIT D'EAU GBOTHERMAIiE
C » - 1
VOR 2" ASA GOO RTJ
123A5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
L E G E N D E
• Ponpe iirmergée
• Parpe de réinjection (régime d'hiver)
• Puits de production
Puits de réinjection
Echangeurs
Filtres
Entrée du fluide primaire
Parce de réinjection (régine d'été)
Parpes
Vanne neltresse
Vanne latérale
Figure n" 5
CREIL
3 échangeurs en parallele
REGULATION - TEMPERATURE EXTERIEURE - 7°C
PLANCHERSFiguren0 6
RETOUR
CAVEE DE SENLIS
220 m3/h
RADIATEURS
RETOUR
ZAC DU MOULIN
310 m3/h
DEPART
CAVEE DE SENLIS
395 m3/h
395 m3/h
DEPART
ZAC DU MOULIN
REGULATION - TEMPERATURE EXTERIEURE + 6° 5C
PLANCHERS
RETOUR
CAVEE DE SENLIS
220 m3/h
57°C
220 m3/h
EVAPORATEURS
APPOINT
CAVEE
Figure nc 7
POMPES
A CHALEUR
90 m3/h
CHAUDIERES
310 m3/h
DEPART
CAVEE DE SENLIS
J
RADIATEURS
RETOUR
ZAC DU MOULIN
420 m3/h
CONDENSEURS
APPOINT
ZAC
420 m3/h
DEPART
ZAC DU MOULIN
J
REGULATION - TEMPERATURE EXTERIEURE +.15,5°C
57°C
220 m3/h
PLANCHERSFigure n" 8
RETOUR
CAVEE DE SENLIS
58 m3/h
DEPART
CAVEE DE SENLIS
RADIATEURS
RETOUR
ZAC DU MOULIN
DEPART
ZAC DU MOULIN
E DU DKHIT D 'hAU GrJOTHERMAT,E, DU NCFu-SRl-J DE
*Í;OGEMENTS RACCORDES ET DU TYPE D'UTILISATION SUR LE COUT
GLOEÄL ACTUALISE DU CHAUFFAGE
27 030
26 000 ç
25 000 —
Schéma 2 Radiateur BT
— Schéma 1 Dalle convecteur
Schéma 3 M,«te
1B00 2800 3800Nombie de logement! raccordés
5800
Exempte de variationdu coût global actualisé duchauffage par géothermieen fonction du nombre delogements raccordés (tauxd'actualisation 10 %)
35 000
34 0O0
- 3? 000
31000
30 000 L-
Figure n° 9
— ^ — Schéma 2 Radiateur B T
— Schéma 1 Dalle convecteur
— - —• Schéma 3 Mixte
| Pur» de 200 rnVh |
2800 3800Nombre de logements raccordes
5800
Exemple de variationdu coût global actualisé duchauffage par géothermieen fonction du nombre delogements raccordés (tauxd'actualisation 5%)
Figure n° 9 bis
Coût global actualisé par logement
Durée d'exploitation : 25 ans Prix : valeurs mars 1976
Type de chauffage
Électrique— direct— mixte
Gaz— individuel— collectif
Chauffage urbain
Géothermie— 1 5 0 m 3 / h— 2 0 0 m 3 / h— 2 3 0 m 3 / h
Étalement sur 8 ans
taux 10 '/.
coût global
(F/lBmt)
13 48212 545
11 90413215
12 539
11 85911 26210 932
coefficient
119.7111.4
105.7117.3
111.3
105.3100
97.1
taux 5 '/,
coût global
(F/Igmt)
21 72319 499
18 68420 632
18 799
16 88415 74915 123
coefficient
137.9123.8
118.6131.0
119.4
107.2 .100
96
Étalement sur 11 ans
taux 5 %
coût global
(F/Igmt)
20 28718 254
17 47919 309
17 671
15 9841491914 352
coefficient
136.0122,4
117.2129.4
118.4
107.1100
96.2
Figure n° 9 ter
Figure n* 10
GEOTHERMIE EST PARISIEN
Désignation(nombre delogements)
LE BLANC-MESNIL
(2 279)
CLICHY S/S BOIS
(2 708)
CRLTEIL
(2 6872.
CHOISY-ORLY
(2 874)
VAL D1YERRES
(2 479)
Température
70° - 4
71 e + 3
69° - 3
66° - 3
70° - 3
GEOLOGIE
Transmissi- *vite en
darcymètre
32
45
28
18
24
Implantationdoublet
facile
facile
possible
facile
possible
INSTALLATIONS THERMIQUES
Chaufferie etcombustible
•I au charbon1 au fuel léger
2 au fuel domestique
1 au fuel lourd BTS1 au fuel léger
2 au fuel domestique
1 au charbon3 au fuel léger
1 au fuel lourd BTS
4 au gaz
Réseau Km
1,6
1,8
1.7
0,3
2,5
Nombre deGestionnaires
etd'exploitants
2 et 3
2 et 1
1 et 1
1 et 1
1 et 1
INTERET ECONOMIQUE **(débit de puits 200 m3/h)
taux 5 Z
0,78
0,79
0,84
0,80
0,84
taux 10 7
0,96
0,95
1,02
0,95
1,02
* La transmissivité est le produit de la perméabilité du réservoir exprimée en darcy par la hauteur utile de celui-ci en mètres.
xt L'intérêt économique suivant le taux d'actualisation est donné par le rapport entre le coût global actualisé sur 20 ans de lagéothermie (investissement + exploitation) et le coût global actualisé sur 20 ans de l'exploitation des installations existantes.
