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Quelle géothermie à Bruxelles ?

Les installations géothermiques installées en Région de Bruxelles-Capitale sont le plus souvent des installations peu profondes, de type système fermé (sondes géothermiques) ou système ouvert (puits géothermiques). Alors que les puits géothermiques nécessitent la présence d’un aquifère, les sondes géothermiques peuvent en principe être installées partout. L’efficacité énergétique et le dimensionnement de ces deux types d’installation dépendent néanmoins des caractéristiques du sous-sol.

A Bruxelles, les conditions géologiques spécifiques nécessaires à l’utilisation de la géothermie profonde ne sont pas rencontrées. Il n’y a en effet pas de nappe d’eau chaude recensée dans laquelle de l’eau à haute température pourrait être pompée.

D’autre part, le caractère urbain de Bruxelles rend difficile le développement efficace de systèmes géothermiques horizontaux très peu profonds. Ces systèmes requièrent en effet une grande emprise au sol (en règle générale deux à trois fois la surface habitable de la maison) qui n’est généralement pas disponible en ville.

Les installations rencontrées à Bruxelles sont donc généralement des systèmes géothermiques peu profonds (de 50 à 200 m de profondeur), composés soit de sondes verticales (système fermé) ou soit de puits géothermiques (système ouvert). Notons dès à présent que les puits géothermiques (système ouvert) sont généralement réservés à des bâtiments de plus grande ampleur (secteur tertiaire, logement). Les frais d’investissements plus élevés ne sont en effet rentabilisés que sur de grandes installations.

Caractéristiques du sous-sol nécessaires à l’installation de géothermiques peu profondes

  • Les installations géothermiques peu profondes de type système fermé (sondes géothermiques verticales) sont en principe réalisables partout. Leur efficacité dépend néanmoins des formations géologiques rencontrées dans le terrain.
    La conductivité thermique du sous-sol est ainsi une propriété clé. Elle contrôle en effet la facilité avec laquelle les calories du sous-sol pourront être transmises par conduction thermique au liquide caloporteur circulant dans les sondes. Plus la conductivité thermique du sous-sol est élevée, plus haute est la température du fluide caloporteur à l’entrée de la pompe à chaleur. Cela signifie que la quantité de chaleur extraite du sous-sol est plus élevée et que l’efficacité du système est donc meilleure.
    La conductivité thermique dépend du type de sol ou de roche. En règle générale :
    • La conductivité thermique des roches est plus élevée que celle des sols
    • La conductivité thermique d’une roche ou d’un sol humide est plus élevée que la conductivité thermique de la même roche ou sol sec.
    • La conductivité du quartz est élevée, si bien que les sols et roches composés principalement de ce minéral présentent également des conductivités thermiques importantes. Il s'agit des sables, du grès ou des quartzites.
  • Les installations géothermiques peu profondes de type système ouvert (puits géothermiques) nécessitent la présence d’un aquifère dans lequel pomper l’eau et généralement la réinjecter. 
    L’efficacité du système géothermique dépend du débit avec lequel il sera possible de pomper dans l’aquifère. Meilleur est ce débit et plus élevée sera l’efficacité de l’installation. Le débit pompé dépend principalement de deux propriétés de l’aquifère :
    • La perméabilité de l’aquifère : plus l’aquifère est perméable et plus élevé est le débit pompé
    • L’épaisseur de l’aquifère : plus l’aquifère est épais et plus élevé est le débit pompé

Géologie de Bruxelles

A Bruxelles, une fois traversé les éventuels remblais et les dépôts d’alluvions des vallées, le sous-sol est composé de couches géologiques pratiquement horizontales, comme le montre la coupe géologique ci-dessous.

Géologie de Bruxelles
Coupe géologique Ouest-Est simplifiée de Bruxelles @G. Van Lysebetten

En partant de la surface et en s’enfonçant progressivement en profondeur, le sous-sol est tout d’abord composé d’une alternance de couches de sols sableux, argileux et limoneux. A une altitude de -50 à -100 mètres par rapport au niveau de la mer (c’est-à-dire à des profondeurs de 70 à 130 m par rapport à la surface), des couches rocheuses sont rencontrées. Il s’agit de craie (uniquement au Nord de Bruxelles), puis des alternances de grès, de quartzites et de schistes.

En pratique

Pour les installations géothermiques peu profondes de type système fermé (sondes verticales), il y a donc un intérêt de connaître avec précision la nature des couches traversées par le forage. Le nombre et la profondeur des sondes géothermiques à installer dépendent en effet de la quantité de chaleur devant être extraite du sous-sol pour répondre aux besoins énergétiques du bâtiment. Pour une même quantité de chaleur à extraire du sous-sol, le nombre et/ou la profondeur des sondes peut changer en fonction des couches géologiques rencontrées et de leur conductivité thermique. 

Pour le dimensionnement des systèmes fermés qui comportent un grand nombre de sondes géothermiques, il est généralement recommandé d’effectuer un test sur le terrain, appelé test de réponse thermique du sous-sol. Ce test se pratique dans un forage géothermique réalisé au préalable. Le principe est d’injecter une certaine puissance thermique dans le fluide caloporteur contenu dans la sonde. Il s’agit ensuite d’évaluer la dissipation de cette chaleur dans le sous-sol. Il est possible de déduire de ce test une conductivité moyenne du sous-sol qui peut être utilisée pour le dimensionnement du système géothermique définitif. Cette pré-étude permet ainsi d’optimiser le dimensionnement des sondes et de définir précisément la longueur totale de forage nécessaire. 

Quant aux installations géothermiques peu profondes de type système ouvert (puits géothermiques), deux aquifères potentiels sont rencontrés à Bruxelles. Il s’agit de :

  • L’aquifère des sables de la couche géologique dite du Bruxellien, qui n’est rencontrée qu’aux altitudes les plus élevées de Bruxelles.
    aquifère des sables de la couche géologique dite du Bruxellien
    Extension de l’aquifère des sables du Bruxellien
  • L’aquifère des sables de la couche géologique dite de Hannut, qui est rencontré partout, mais qui est également plus profond.

Au vu de l’hétérogénéité des aquifères à Bruxelles, de la complexité du dimensionnement des systèmes ouverts et des autorisations requises pour de tels systèmes en Région de Bruxelles-Capitale, des tests sur le terrain seront nécessaires pour caractériser les propriétés de ces aquifères (entre autres la perméabilité et l’épaisseur saturée).

 

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