Système géothermique sur eaux usées, technique et fonctionnement

La chaleur des eaux usées (ou eaux grises) est une énergie disponible en quantité très importante et comporte plusieurs variantes.

Comme chaque système, celui-ci comporte des avantages et certaines limites.

Pour en savoir plus :

 

schéma de bâtiment à usage tertiaire sur eaux usées © ADEME-BRGM

PRINCIPES

La chaleur des eaux usées est une énergie disponible en quantité importante en milieu urbain et donc proche des besoins.

La récupération de leur énergie thermique encore appelée  « cloacothermie » s’appuie sur les mêmes principes techniques que ceux de la géothermie sur nappe, à la différence que les calories (ou les frigories) sont issues de nos propres rejets d’eaux, évacués au travers d’un réseau d’assainissement.

Elle met en oeuvre un échangeur capable de récupérer et de transférer cette énergie vers une pompe à chaleur qui est à même de porter un liquide caloporteur (eau pure ou glycolée) à une température adéquate pour répondre à des besoins thermiques donnés. Une fois leur énergie récupérée au travers de l’échangeur, les eaux usées reprennent leur cycle classique de collecte et d’assainissement.

Compte tenu de la température des eaux usées tout au long de l’année (moyenne autour de 15°C) et de leur faible variation entre l’hiver et l’été, la cloacothermie peut répondre à la fois à des besoins de chauffage en hiver et de rafraîchissement en été.

DIFFERENTES TECHNIQUES DE RECUPERATION

La cloacothermie déjà largement répandue depuis plus de 20 ans chez nos voisins européens, (notamment en Suisse, Allemagne, Autriche et Norvège) comporte différentes variantes technologiques selon l’endroit où est récupérée l’énergie thermique des eaux usées :

dans les collecteurs du réseau d’assainissement (ouvrages assurant la collecte et le transport des eaux usées : canalisations, conduites, …) :

Cette solution utilise la chaleur des effluents quel qu’en soit le type (eaux vannes et eaux grises), sans prétraitement nécessaire. Elle met en oeuvre des échangeurs spécifiques (brevets) qui sont :

  • soit directement intégrés dans des canalisations neuves lors de leur fabrication
  • soit rapportés et posés en partie basse des canalisations d’eaux usées existantes ou construites spécifiquement.

Elle nécessite des collecteurs de taille adaptée, non coudés sur une longueur suffisante et disposant d’un débit d’eaux usées minimum. En fonctionnement, cette solution comporte des contraintes d’exploitation liées à l’encrassement des échangeurs par ensablement et formation de biofilm dans le collecteur et à une limitation de baisse de la température des eaux usées à 5 K maximum après passage dans l’échangeur pour ne pas perturber le process d’épuration en aval.

Ce système a l’avantage de pouvoir se situer proche des preneurs de chaleur. Couplé à une chaudière et une pompe à chaleur, un tel dispositif permet éventuellement d’alimenter un chauffage à distance.

dans les stations d'épuration (STEP) :

Cette solution utilise la chaleur des effluents une fois traités (eaux épurées) et peut être mise en place dans l’enceinte de la STEP, en amont du rejet des eaux épurées vers le milieu naturel. Elle peut théoriquement autoriser une liaison directe vers la pompe à chaleur et éviter ainsi la présence d’échangeur intermédiaire. La récupération de chaleur sur les eaux épurées en sortie de STEP peut être réalisée grâce à différents types d’installations et d’échangeurs : échangeurs à plaques, échangeurs multitubulaires (faisceau de tubes), échangeurs coaxiaux.

dans les stations (ou postes) de relevage :

La solution de récupération de chaleur des eaux usées au niveau des stations de pompage (ou postes de relevage) peut être aussi intéressante car ces stations sont situées en ville et donc proches des preneurs de chaleur. Le système utilise une fosse de relevage existante. Une partie des eaux usées est pompée de la fosse de la station de pompage avant STEP vers des échangeurs.

au pied de bâtiments ayant une forte consommation d'eau (dans ce dernier cas, on parlera plutôt de récupération d’énergie thermique sur les eaux grises) :

Cette solution nécessite obligatoirement une évacuation séparée des eaux grises (dont la chaleur est utilisée) et des eaux vannes. Elle peut permettre l’utilisation de matériel non spécifique aux eaux usées (échangeurs standards, PAC, …) et  nécessite généralement des systèmes sophistiqués de filtrations et d’auto nettoyage des échangeurs sur eaux usées.

Cette solution capte la chaleur des eaux usées directement à la sortie de l’immeuble, grâce à un échangeur de chaleur installé dans une fosse dédiée à cette utilisation.

Les eaux usées arrivent dans une cuve centrale. Le filtre retient les plus grosses particules dans la cuve et une pompe déverse quotidiennement les résidus accumulés dans la cuve vers le collecteur. Le niveau d’eau dans la fosse est maintenu suffisamment haut pour qu’il y ait déversement du trop-plein dans le tube intermédiaire puis vers le collecteur.

Cette solution se différencie des autres précédemment citées car son domaine d’application privilégié est la production d’eau chaude sanitaire de l’immeuble. L’application au chauffage (et/ou à la climatisation) d’une installation de récupération de chaleur en sortie de bâtiments peut également être envisagée avec l’intégration au dispositif d’une pompe à chaleur.

Des solutions packagées de plus en plus nombreuses à être disponibles sur le marché francais.

AVANTAGES ET LIMITES DES DIFFERENTS SYSTEMES

Chaque système présente des avantages et contraintes. Le choix d’une technologie par rapport à une autre est orienté par la nature et le contexte du projet.

Dans les collecteurs dans les STEP dans les stations de relevage au pied des bâtiments
  • Potentiel de puissance entre 10 kW et 1 MW
  • S’installe dans le réseau public
  • Nécessite d’avoir de longues conduites droites et un gros diamètre
  • Doit vérifier les effets sur le fonctionnement du process de la STEP (abaissement de la T°)
  • Proximité des preneurs de chaleur
  • Potentiel de puissance jusqu’à 20 MW
  • Pas de problème de refroidissement
  • Risque d’être éloigné des preneurs de chaleur
  • Potentiel de puissance jusqu’à 2 MW
  • Solution indépendante de la taille du collecteur
  • Système encore nouveau avec  peu de retour d’expérience
  • Potentiel de puissance entre 50 kW et 300 kW
  • Solution simple pour l’eau chaude sanitaire, mais qui ne convient pas pour un chauffage à distance
  • Solution individuelle, pour les bâtiments de taille significative (hôtel, hôpital, piscine, industrie)

 

>> En savoir plus : lire le guide d'accompagnement opérationnel à destination de collectivités pour évaluer le potentiel de récupération de chaleur sur son territoire proposé par l'ADEME.

Attention, la réglementation évolue...

Les changements envisagés sont importants et, dans cette période charnière (réorganisation des services de l’Etat), il est recommandé aux maîtres d’ouvrage de se rapprocher des services locaux (départementaux et régionaux) en charge de l’instruction des dossiers de déclaration et d'autorisation : DDT et DREAL.

Le saviez-vous ? Les eaux usées

 Les eaux usées collectées (ou effluents) sont principalement d’origines domestique, pluviale et industrielle. Elles comprennent les eaux ménagères ou eaux grises, les eaux vannes ou eaux noires (toilettes), les eaux d’arrosage (jardins), les eaux industrielles ainsi que les eaux pluviales.

Selon les réseaux d’assainissement (vétusté, localisation, rôle, …), tout ou une partie de ces différents type d’effluents peuvent y transiter. Les eaux industrielles doivent cependant faire l'objet d'un prétraitement avant d'être rejetées dans le réseau de collecte.

Combien coûte une opération de géothermie ?

L'association des professionnels de la géothermie (AFPG) a publié au printemps 2014 une étude sur les coûts de la géothermie très basse énergie.

Son objectif est de poser des bases financières auxquelles pourront se référer les acteurs d’un projet géothermique pour le chauffage, le rafraîchissement et la production d’eau chaude sanitaire.

Une synthèse est aussi disponible : elle permet de faire connaître la géothermie auprès des maîtres d’ouvrages et de donner des ordres de grandeur économiques.

Source : AFPG

Trouvez un professionnel qualifié

Pour identifier les professionnels compétents en matière de travaux de géothermie, vous pouvez vous fier à la mention RGE (reconnu garant de l'environnement) délivrée par des organismes accrédités et conventionnés avec l’État.

Cette mention concerne les entreprises vous permettant de réaliser un projet de géothermie: installateur de pompe à chaleur et foreur.

Le site web Rénovation Info Service vous permet de trouver rapidement un professionnel RGE proche de chez vous grace à son annuaire en ligne de professionnels RGE. Il comporte aussi un annuaire inversé qui permet de savoir dans quel domaine une entreprise est compétente ou de vérifier ses qualifications.

Et n'oubliez pas, les conseillers des points Rénovation Info Service sont à votre disposition gratuitement afin de vous guider dans votre projet de rénovation ! Retrouvez les coordonnées du Point Info Service le plus proche de chez vous sur l'annuaire du site Renovation Info Service.

AGIR ! Les conseils de l'ADEME pour installer une pompe à chaleur

Quand le sol, l’eau ou l’air chauffent la maison ou produisent l’eau chaude.

L’ADEME encourage le choix des pompes à chaleur les plus performantes, quelle que soit la technologie, en insistant en particulier sur la qualité de mise en oeuvre du système complet (capteur, pompe à chaleur, émetteur de chaleur).

Retrouver tous ses conseils dans le guide pratique à télécharger (pdf - 1,72 Mo).