Principe

À l’état naturel, le sous-sol garde une température relativement constante de l’ordre de 10 à 14 °C à partir d’une profondeur d’une dizaine de mètres en Europe occidentale. Cette température peut varier selon les régions et les caractéristiques géologiques locales.

On peut donc logiquement exploiter cette ressource comme source naturelle de froid. Un réseau véhiculant un fluide caloporteur parcourant le sous-sol permet de produire de l’eau à température adéquate pour rafraîchir un bâtiment sans recourir à des systèmes de climatisation énergivores.

On appelle cela du “géocooling” ou “rafraîchissement géothermique passif”.

De même, cette température de 10 à 14 °C, plus élevée et plus stable que la température extérieure hivernale, constitue une source froide idéale pour une pompe à chaleur (PAC) de type sol/eau, permettant de chauffer efficacement le bâtiment en hiver avec un coefficient de performance (COP) optimisé.

On parle alors de “géothermie” ou plus précisément de “géothermie très basse énergie”.

Refroidissement en été et chauffage en hiver vont d’ailleurs souvent de pair dans une approche systémique. En effet, si en été on extrait du “froid” du sol, ce dernier se réchauffe progressivement. Sans régénération thermique, si cette opération se répète d’année en année, le sol verra sa température moyenne augmenter jusqu’à compromettre l’efficacité du système.
Pour éviter ce déséquilibre thermique, il est essentiel de régénérer le sol chaque hiver en extrayant la chaleur accumulée en été grâce à une pompe à chaleur. Cette approche s’inscrit parfaitement dans les stratégies actuelles de décarbonation des systèmes de chauffage et de refroidissement.
On parle alors de “STOCKAGE GÉOTHERMIQUE SAISONNIER” : la chaleur excédentaire du bâtiment est transférée dans le sol en été quand elle est indésirable pour être valorisée en hiver quand elle devient nécessaire, créant ainsi un cycle vertueux d’efficacité énergétique.

Technologie des sondes géothermiques

Les systèmes fermés et ouverts

On distingue deux grandes catégories de systèmes géothermiques selon leur mode d’échange avec le sous-sol :
On parle de système fermé lorsqu’un fluide caloporteur (généralement de l’eau glycolée) circule dans le sol à travers un circuit fermé, sans contact direct avec le milieu souterrain.
On retrouve principalement 3 types de systèmes fermés, dont l’utilisation dépend des contraintes du site et des besoins énergétiques :
  • Les forages ou sondes géothermiques verticales (SGV)
  • Les pieux géothermiques (ou géostructures énergétiques)
  • Les capteurs horizontaux (ou nappes horizontales)

3 types d’échangeur géothermique : les pieux, les sondes et les nappes.
Source : Rehau.
On parle de système ouvert lorsque l’eau souterraine (nappe phréatique) ou l’eau de surface (lit d’une rivière) est directement pompée pour échanger sa chaleur avec le bâtiment via un échangeur, puis réinjectée en aval du sens d’écoulement. Ces systèmes, également appelés “doublets géothermiques”, offrent généralement des puissances plus importantes mais sont soumis à des contraintes réglementaires plus strictes depuis 2014, notamment concernant la protection des ressources en eau.

Forages géothermiques

Dans ce cas, les “échangeurs géothermiques” ou “sondes géothermiques verticales” (SGV) sont constitués de forages verticaux (diamètre 130 à 165 mm selon les techniques de forage) d’une profondeur de 50 à 400 m (typiquement 100 à 200 m en fonction des besoins énergétiques et des conditions géologiques).
Chaque forage contient des conduites, généralement en polyéthylène haute densité (PE-HD, PE100-RC ou PE-Xa) de diamètre DN 32 ou DN 40, disposées le plus souvent en double U. Ces conduites sont enrobées d’un coulis de ciment/bentonite (le “grout”) dont la conductivité thermique a été significativement améliorée ces dernières années (>2 W/m.K) pour optimiser les échanges thermiques tout en assurant l’étanchéité du forage et la protection mécanique des sondes.

Source : REHAU.

L’ensemble des forages forme un champ de sondes espacées entre elles de 6 à 10 m (parfois davantage pour les grands champs), pour limiter les interférences thermiques. Les sondes sont raccordées entre elles via des collecteurs, en série ou en parallèle ou un mix des deux, avec une attention particulière portée à l’équilibrage hydraulique du système.
Le champ de sondes peut être disposé à côté du bâtiment ou même sous celui-ci (solution particulièrement adaptée en milieu urbain dense). Les techniques de forage ont évolué pour permettre des interventions dans des espaces restreints ou à faible hauteur sous plafond (mini-foreuses).

Variantes : Sondes coaxiales en acier

Les forages géothermiques présentent une série de contraintes comme :

  • la nécessité d’espace pour effectuer les forages;
  • la gestion du forage au travers de couches de sous-sol parfois hétérogènes;
  • la nécessité de maximiser l’échange de chaleur tout en garantissant la tenue mécanique des sondes,
  •  …

Cela conduit les fabricants à proposer des alternatives aux sondes traditionnelles en “double U”.

Il existe ainsi des sondes coaxiales : l’eau en provenance du bâtiment circule dans la périphérie de la sonde et revient par le cœur pour délivrer son énergie au bâtiment.

Exemple de sonde coaxiale en PE : le fabricant annonce que les performances d’une sonde de dimension 63 mm / 40 mm
correspondent à une sonde géothermique double U de dia. 32 mm.

Source : www.hakagerodur.ch

Pour encore augmenter l’échange thermique avec le sol les sondes peuvent être réalisées en acier (avec protection cathodique) ou en inox, sans enrobage : le tube périphérique est en métal et le tube intérieur en PE.

L’augmentation du transfert de chaleur, permet alors réduire le nombre de forages et la longueur des sondes. Ainsi des tests de réponse thermique montrent qu’en moyenne, les sondes coaxiales en inox ont une résistance thermique 2 fois moindre qu’une sonde avec doubles U en PE. Cela permettrait une puissance d’extraction de 10 à 20 % supérieure.

Exemple de sondes en acier, à visser (longueur de 3 m).

Source : Thermo-pieux.

Exemple de sonde en inox introduite par forage ou “vibro-fonçage”.  La profondeur peut atteindre une centaine de mètres.

Source : geo-green.

La technologie des sondes coaxiales ouvre la porte à des installations avec des forages en étoile au départ d’un point d’entrée unique dans des lieux où l’accès pour des forages parallèles espacés n’est pas possible (par exemple, une cour intérieure dans un site existant).

 

Forages en “étoile” : on parle dans la littérature de “racines géothermiques”.

Pieux géothermiques

Une alternative aux forages consiste à intégrer les échangeurs géothermiques aux pieux de structure d’un bâtiment. Cela se justifie parce que ceux-ci sont souvent nécessaires dans des sous-sols humides, sous-sols favorables aussi à la géothermie.

On justifie cette technique par un souci de rationaliser les techniques en les combinant. Cependant, la pratique ne prouve pas que les coûts soient inférieurs par rapport à des installations distinctes. La mise en œuvre des pieux se complique également. La gestion de l’installation doit également interdire que les pieux de fondation ne gèlent en mode de chauffage hivernal.

 

Exemples de réalisation : La crèche de l’île aux oiseaux, ville de Mons : 16 pieux géothermiques de 10 m.

La crèche de l’ile aux oiseaux de Mons.

Aéroport de Zurich : 350 pieux géothermiques de 30 m de profondeur.

Nappes horizontales

La géothermie se décline également sous la forme de nappes de tuyaux déployés horizontalement à faible profondeur (0,6 à 1,2 m).

Le système est peu applicable dans le secteur tertiaire. En effet,

  • Il demande une surface de terrain très importante : de 28 à 100 m²/kW de puissance de chauffage nécessaire.
  • En hiver, elle peut conduire à un refroidissement excessif du sol préjudiciable à la végétation.
  • L’utilisation en refroidissement n’est guère possible, la température du sol étant fortement soumise à l’environnement extérieur.

Alternative pour les bâtiments de taille réduite : les sondes de faible profondeur.

Pour les petits projets, pour lesquels un forage n’est pas autorisé et où les systèmes horizontaux ne disposent pas de surface suffisante, certains fabricants proposent des sondes de petite taille constituées d’un échangeur spiralé. Ce système permet notamment de limiter l’influence que peut avoir la géothermie sur la couche de sol où se développe la végétation.

Source : SANA FONDATIONS sprl.

Cas particulier : le puits canadien

Le puits canadien ou puits provençal constitue une forme de géothermie puisque l’air neuf de ventilation est prétraité (chauffé ou refroidi) par son passage dans le sol.

Techniques

  Pour en savoir plus sur le puits canadien.

Schémas de principe

Traditionnellement, on retrouve 2 types de schéma de principe, selon que le froid est produit par échange direct avec le sol soit par la pompe à chaleur réversible utilisant le sol comme source chaude. Une troisième configuration se retrouve lorsqu’on puise directement l’eau de la nappe phréatique.

Free cooling direct

En été : le froid est produit par échange direct avec le sol et distribué via un échangeur vers les unités terminales. Le géocooling est ainsi mis en œuvre moyennant uniquement la consommation de pompes. Si on compare cette consommation à l’énergie frigorifique produite, on calcule un ESEER équivalent du système de l’ordre de …12…, voire plus en fonction des dimensionnements des équipements. Souvent une machine de production de froid vient en appoint pour satisfaire les demandes de pointes ou pour alimenter des utilisateurs demandant des températures d’eau plus basses (comme les groupes de traitement d’air).

En hiver, le sol sert de source froide à une pompe à chaleur sol/eau. Le coefficient de performance saisonnier obtenu varie entre 4,5 et 5,5. Une chaudière est utilisée en appoint pour couvrir les pointes de puissance par grands froids. Généralement, le système est dimensionné pour que la PAC couvre environ 70 % du besoin de chaud grâce à environ 30 % de la puissance totale nécessaire.

Recharge du sol par pompe à chaleur réversible

La pompe à chaleur sol/eau est réversible. En été, elle fonctionne comme un groupe de production d’eau glacée en utilisant le sol pour évacuer la chaleur de son condenseur régénérant ainsi ce dernier.

L’avantage d’un tel système est de mieux gérer la recharge du sol et peut-être de pouvoir se passer d’un groupe de froid d’appoint et d’un échangeur intermédiaire. L’investissement est donc moindre.

En contrepartie, alors que l’on peut toujours parler de stockage géothermique, il ne s’agit plus réellement de géocooling naturel puisqu’il est nécessaire de faire fonctionner une machine thermodynamique pour extraire le “froid” du sol. Le bilan énergétique global est donc moins favorable.

Systèmes ouverts

Si la nappe phréatique se situe près de la surface du sol, on peut envisager de puiser directement l’eau dans cette dernière plutôt que de la parcourir avec un échangeur et un fluide caloporteur. On parle de système ouvert. Dans ce cas, l’eau de la nappe sert par l’intermédiaire d’un échangeur :

  • En mode chauffage, de source froide à une pompe à chaleur.
  • En mode refroidissement, de source de froid directe pour une boucle d’eau.

L’eau puisée est ensuite réinjectée dans la nappe à une certaine distance créant ainsi 2 zones dans la nappe phréatique à températures différentes, l’eau passant de l’une à l’autre en fonction de la saison :

  • En hiver une zone se refroidit par l’eau réinjectée après échange avec la pompe à chaleur.
  • En été l’eau est pompée en sens inverse de cette zone et réinjectée plus chaude dans la zone de puisage hivernal.

Étant donné les mouvements dans les nappes phréatiques et en fonction de la distance entre les zones chaude et froide, l’influence d’un éventuel déséquilibre entre les besoins de chauffage et de refroidissement est nettement moindre dans le cas d’un système ouvert par rapport à un système fermé.

En outre, il est également possible de produire du chaud et du froid en même temps dans le bâtiment. En effet, si nécessaire, l’eau pompée de la nappe peut être dirigée à la fois vers la pompe à chaleur et vers l’échangeur de géocooling ou vers un échangeur commun entre les productions de chaud et de froid.

Exemples d’installations

Le schéma ci-dessous est proposé par un constructeur allemand. Il permet le chauffage par pompe à chaleur, le refroidissement libre par un échangeur vers les sondes géothermiques, éventuellement assisté par le fonctionnement réversible de la pompe à chaleur.

Le schéma ci-après, plus complet, permet un fonctionnement mixte en mi-saison : une chaudière alimente la zone périphérique en chaleur, alors que simultanément, la zone centrale est refroidie par l’échangeur dans le sol via la pompe à chaleur. Attention cependant à la destruction d’énergie qui pénalise l’intérêt énergétique de ce système.

Étude d’un projet de géothermie

Un projet de géothermie consiste à mettre en corrélation le comportement thermique du bâtiment et celui du sous-sol. Tout cela se passe de façon dynamique : les besoins varient, le sol se charge, se décharge, échange avec son voisinage tout cela sur une échelle de temps quotidienne, mais aussi saisonnière. Cela justifie l’utilisation d’outils de simulation thermique dynamique prenant en compte la variabilité des besoins, des échanges et l’inertie du système.

Étapes de l’étude d’un projet de géothermie :

  • Définir les besoins par simulations dynamiques en évaluant différentes variantes de manière à trouver le bon équilibre entre le besoin de chaud et de refroidissement du bâtiment (niveau d’isolation, type de vitrage, protections solaires, …).

Besoins simulés de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment, h par h ou 1/4h par 1/4 h.

  • Connaître la nature du sol par études géologique et hydrogéologique pour préévaluer les caractéristiques physiques et thermiques du sous-sol et pour évaluer les éventuels risques liés aux forages (présence de nappes phréatiques, de couche argileuse,  de quartzites, …). Cela permet de prédéfinir la pertinence et la configuration des forages (par exemple, leur longueur minimale et maximale en fonction des couches de sous-sol susceptibles d’être rencontrées). Ces données sont de plus en plus disponibles, notamment sur le géoportail de la wallonie, ou BrugeoTool, qui lui vous dira tout sur le sous-sol bruxellois.
Carte du potentiel des systèmes géothermiques fermés peu profonds en Wallonie

Potentiel des systèmes géothermiques fermés peu profonds. Source : Géoportail de la Wallonie

Pour exemple, voici quelques données moyennes selon les types de sol:

Caractéristiques du sol Puissance spécifique d”extraction
Sur 1 800 heures de fonctionnement Sur 2 400 heures de fonctionnement
Valeurs indicatives générales
Sous-sol de mauvaise qualité (sédiment sec) (λ < 1,5 W/m²K) 25 W/m 20 W/m
Sous-sol rocheux normal  et sédiment  saturé en eau (λ < 1,5 – 3.0 W/m²K) 60 W/m 50 W/m
Roche compacte à conductibilité  thermique élevée (λ < 3,0 W/m²K) 84 W/m84 W/m 70 W/m
Minéraux respectif
Gravier et sable secs < 25 W/m <20 W/m
Gravier et sable aquifères 65 – 80 55 – 65 W/m W/m
Dans le cas de fort courant des eaux souterraines dans le gravier ou le sable et d’installations uniques 80 – 100 80 – 100 W/m
Argile et glaise humides 35 – 50 W/m W/m 30 – 40 W/m
Calcaire (massif) 55 – 70 W/m 45 – 60 W/m
Grès 65 – 80 W/m 55 – 65 W/m
Roche magmatique acide (par ex. granit) 65 – 85 W/m 55 – 70 W/m
Roche magmatique basique (par ex. basalte) 40 – 65 W/m 35 – 55 W/m
Gneiss 70 – 85 W/m 60 – 70 W/m

Puissances traditionnelles extractibles.

Source Rehau.

  • Effectuer un test de réponse thermique (“TRT”). Il s’agit de réaliser un forage en taille réelle et de le soumettre à une sollicitation thermique pour pouvoir calculer la conductibilité et la capacité thermique du sol et la résistance thermique des sondes, en moyenne sur toute la longueur de la sonde. Cette sonde test pourra ensuite être valorisée dans le champ de sondes final.

Source : Group Verbeke.

  • Dimensionner le champ de sondes au moyen d’un logiciel de simulation dynamique du sous-sol : simulation du comportement du sol compte tenu des besoins du bâtiment (heure par heure) et des caractéristiques  thermiques des sondes prévues et du sol (définies par le TRT) ; optimalisation de la puissance de la PAC, du nombre et de la profondeur des sondes en s’assurant de l’équilibre à long terme de la température du sol.

Dimensionnement de l’échangeur de sol

Le dimensionnement des échangeurs géothermiques a considérablement évolué depuis 2014, avec l’adoption de nouvelles normes européennes et le développement d’outils de simulation dynamique plus performants.

Cadre normatif actuel

Pour le dimensionnement des collecteurs de sol, des échangeurs de fondation ou des sondes géothermiques verticales, les références normatives actuelles sont :
  • La norme européenne EN 17522:2022 “Conception des systèmes de pompes à chaleur géothermiques”, qui a remplacé les anciennes références à la norme allemande VDI 4640
  • La norme ISO 13370:2017 “Performance thermique des bâtiments – Transfert de chaleur par le sol”
  • La norme EN 15450:2022 “Systèmes de chauffage et de refroidissement dans les bâtiments – Conception des systèmes de chauffage et de refroidissement à pompe à chaleur”
Ces normes intègrent désormais explicitement les aspects liés au refroidissement (géocooling) et au stockage thermique saisonnier, qui n’étaient pas pleinement couverts dans les versions antérieures.

Capacités d’extraction thermique de référence

Les valeurs de référence pour les capacités d’extraction thermique ont été affinées grâce à l’analyse de nombreuses installations en fonctionnement. Pour les installations de petite et moyenne puissance (jusqu’à 100 kW), les valeurs indicatives suivantes peuvent être utilisées :
Pour les collecteurs horizontaux (en W/m²) :
Type de sol
Exploitation 1 800 h / saison
Exploitation 2 400 h / saison
Sol sec, non cohérent (λ < 1,5 W/m.K)
10-15
8-12
Humide, cohérent (λ = 1,5-2,0 W/m.K)
20-30
16-24
Sable, gravier, saturés d’eau (λ > 2,0 W/m.K)
35-45
28-35
Pour les sondes géothermiques verticales (en W/m linéaire) :
Type de sous-sol
Exploitation 1 800 h / saison
Exploitation 2 400 h / saison
Exploitation 6 000 h / saison
Sédiments secs et peu conducteurs (λ < 1,5 W/m.K)
25-30
20-25
15-20
Roche, sédiments saturés d’eau (λ = 1,5-3,0 W/m.K)
55-65
45-55
35-45
Roche dure très conductrice (λ > 3,0 W/m.K)
80-90
65-75
55-65
Nouveauté importante : La colonne pour 6 000 h/saison a été ajoutée pour tenir compte des bâtiments à haute performance énergétique où la pompe à chaleur fonctionne en continu à charge partielle plutôt qu’en cycles marche/arrêt.

Facteurs d’ajustement pour le dimensionnement

L’adaptation des calculs détaillés est nécessaire dans les cas suivants :
  • Modification des heures de fonctionnement des pompes à chaleur par rapport aux hypothèses de base
  • Besoins importants en eau chaude sanitaire
  • Utilisation en mode réversible (chauffage et refroidissement)
  • Présence d’une nappe phréatique active
  • Interaction thermique entre sondes dans les grands champs
  • Déséquilibre thermique annuel important

Outils de dimensionnement avancés

Depuis 2014, les méthodes de dimensionnement ont considérablement évolué :
  1. Simulation dynamique : Pour les installations de moyenne et grande puissance (>30 kW), une simulation dynamique du comportement thermique du sous-sol est désormais recommandée, voire exigée par certaines réglementations régionales. Des logiciels comme TRNSYS, EED (Earth Energy Designer), GLD (Ground Loop Designer) ou PILESIM permettent de modéliser précisément les échanges thermiques et d’optimiser le dimensionnement.
  2. Approche systémique : Le dimensionnement ne se limite plus à l’échangeur géothermique seul, mais intègre l’ensemble du système (bâtiment, pompe à chaleur, émetteurs, stockage) dans une approche globale visant à optimiser l’efficacité énergétique et le confort.
  3. Prise en compte du changement climatique : Les méthodes récentes intègrent l’évolution des températures extérieures due au changement climatique, qui modifie progressivement l’équilibre thermique du sous-sol et les besoins des bâtiments.

Géocooling et équilibre thermique

Les valeurs de référence pour les capacités d’extraction de chaleur en hiver ne sont pas directement applicables au mode refroidissement (été). Les recommandations actuelles sont les suivantes :
  • Pour les systèmes sans recharge thermique active, les capacités d’incorporation de chaleur (été) peuvent être estimées à 70-80% des capacités d’extraction (hiver), ce qui représente une amélioration par rapport aux 70% recommandés en 2014.
  • Pour les systèmes avec recharge thermique active (panneaux solaires thermiques, rejets de chaleur de process), des simulations spécifiques sont nécessaires pour optimiser l’équilibre thermique annuel.
  • L’équilibre thermique du sous-sol doit être évalué sur une période de 30 ans (contre 20 ans précédemment) pour garantir la pérennité du système.

Test de Réponse Thermique (TRT)

Pour les installations de moyenne et grande puissance (>30 kW), la réalisation d’un Test de Réponse Thermique est désormais considérée comme indispensable. Ce test permet de déterminer avec précision :
  • La conductivité thermique effective du sous-sol
  • La résistance thermique du forage
  • La température initiale du sous-sol non perturbé
Les méthodes d’interprétation des TRT ont également évolué, avec l’utilisation de modèles mathématiques plus sophistiqués permettant une meilleure prise en compte des effets transitoires et des hétérogénéités du sous-sol.

Monitoring et optimisation

Une innovation majeure depuis 2014 est l’intégration systématique du monitoring énergétique dans la conception des installations géothermiques. Ce monitoring permet :
  • De vérifier les performances réelles par rapport aux prévisions
  • D’optimiser les stratégies de régulation
  • De détecter précocement d’éventuelles dérives
  • D’alimenter des bases de données permettant d’améliorer les méthodes de dimensionnement futures
Ces évolutions dans les méthodes de dimensionnement contribuent à améliorer la fiabilité et l’efficacité des systèmes géothermiques, tout en réduisant les risques de sous-dimensionnement ou de déséquilibre thermique à long terme.

Aspect réglementaire lié à la réalisation du projet

(Rédaction : 2014 – mise à jour en 2025)

En région wallonne

En Wallonie, le cadre réglementaire de la géothermie a considérablement évolué depuis 2014, notamment avec l’adoption du Code du Développement Territorial (CoDT) en 2017 et les modifications du Code de l’Environnement. Tout projet de réalisation de puits destiné à la géothermie doit faire l’objet d’un permis unique comprenant :
  • Un permis d’environnement (installations classées)
  • Un permis d’urbanisme
Selon l’Arrêté du Gouvernement wallon du 4 juillet 2002 modifié par l’AGW du 22 décembre 2016, les systèmes géothermiques fermés sont désormais classés dans la rubrique 45.12.01 : “Forage et équipement de puits destinés au stockage des déchets nucléaires ou destinés à recevoir des sondes géothermiques”, classe de permis 2.
Une évolution majeure depuis 2014 est l’adoption en 2019 de conditions sectorielles spécifiques aux installations géothermiques de moins de 500 kW (AGW du 11 juillet 2019), qui définissent des normes techniques précises pour les forages, les matériaux à utiliser et les procédures de mise en œuvre.
Les systèmes ouverts (pompage dans la nappe) sont soumis à des rubriques spécifiques en fonction des techniques de puisage et de rejet d’eau souterraine utilisées, avec une attention renforcée à la protection des ressources en eau souterraine (rubrique 41.00).

Procédure d’autorisation

Les forages d’essais (Test de Réponse Thermique) et l’installation définitive doivent faire l’objet d’une demande de permis comprenant :
  • Le formulaire général de demande de permis d’environnement et de permis unique (Annexe I)
  • Le formulaire relatif aux forages (Annexe XVIII, rubrique 45.12.01) ou le formulaire relatif aux prises d’eau (Annexe III, rubrique 41.00)
Le formulaire XVIII doit notamment comprendre :
  • Une coupe géologique probable du puits avec profondeur estimée de la nappe aquifère
  • La description des méthodes de forage et les équipements du puits avec coupe technique
  • Un rapport technique sur la nature de la nappe aquifère éventuelle
  • Un plan de situation des puits
Depuis 2018, le Service Public de Wallonie a mis en place un guichet unique pour les demandes relatives à la géothermie, facilitant les démarches administratives et offrant un accompagnement technique aux porteurs de projets.

Coordination des procédures

Chronologiquement, étant donné les délais d’obtention, il reste difficile d’attendre les résultats du TRT et le dimensionnement final du champ de sondes avant l’introduction de la demande de permis. Cependant, depuis 2020, une procédure simplifiée permet de réaliser un forage test sous simple déclaration préalable (classe 3), facilitant ainsi la réalisation des TRT avant le dépôt de la demande de permis pour l’installation complète.
Pour les projets de construction neuve, la pratique actuelle consiste à intégrer le volet géothermique directement dans la demande de permis unique du bâtiment, en mentionnant les hypothèses de dimensionnement et en prévoyant si nécessaire une procédure de modification du permis après réalisation du TRT.

Cartographie et données géologiques

Depuis 2017, le Service Géologique de Wallonie a développé une cartographie du potentiel géothermique accessible via le géoportail WalOnMap (couche “Potentiel géothermique”). Cette ressource, absente en 2014, permet désormais d’évaluer plus précisément le potentiel géothermique d’un site avant même les premières études techniques.

En région bruxelloise

Contrairement à 2014, Bruxelles Environnement (anciennement IBGE) a adopté en 2018 une réglementation spécifique à la géothermie, intégrée dans l’Ordonnance du 5 juin 2018 relative à la gestion et à la protection des masses d’eau souterraines et de l’eau potable.

Systèmes géothermiques fermés

Pour les systèmes géothermiques fermés (sondes verticales), les installations sont désormais classées comme suit :
  • Pompe à chaleur < 12 kWelec sans fluide frigorigène à effet de serre : Installation non classée (rubrique 132-A)
  • Pompe à chaleur entre 12 et 100 kWelec ou contenant des fluides frigorigènes à effet de serre : Installation classée de classe 2 soumise à déclaration environnementale (rubrique 132-B)
  • Pompe à chaleur > 100 kWelec : Installation classée de classe 1B soumise à permis d’environnement (rubrique 132-C)
Nouveauté importante : Depuis 2019, les forages géothermiques sont désormais classés en classe 1D (rubrique 62-2), nécessitant une déclaration préalable et le respect de conditions d’exploitation standardisées.

Systèmes géothermiques ouverts

Les systèmes ouverts (pompage dans la nappe) sont soumis à permis d’environnement de classe 1B (rubrique 62-1) et doivent respecter des conditions strictes concernant la qualité et la température de l’eau réinjectée.
Une avancée majeure depuis 2014 est la publication en 2020 du “Guide technique pour la conception et le dimensionnement des systèmes géothermiques en Région de Bruxelles-Capitale”, qui définit les bonnes pratiques et les exigences techniques à respecter.

Outil d’aide à la décision

Bruxelles Environnement a développé depuis 2018 l’outil BrugeoTool, une plateforme cartographique interactive permettant d’évaluer le potentiel géothermique à l’échelle de la parcelle et d’obtenir des informations sur les contraintes réglementaires spécifiques au site.

Contenu du dossier de demande

La demande de permis d’environnement pour un système géothermique doit désormais comprendre :
Pour les systèmes fermés (sondes verticales) :
  • Le cadre du projet (usage du bâtiment)
  • Le profil géologique et hydrogéologique détaillé
  • La technique de forage et les mesures de protection des aquifères
  • La description technique complète de l’installation
  • L’évaluation des besoins énergétiques et du bilan thermique sur 30 ans (contre 20 ans en 2014)
  • Une étude d’incidence environnementale incluant l’analyse des risques de pollution des eaux souterraines
Pour les systèmes ouverts :
  • Les mêmes éléments que pour les systèmes fermés
  • Une modélisation hydrodynamique et thermique de l’impact sur la nappe
  • Un plan de monitoring de la qualité et de la température de l’eau
  • Des mesures de prévention des risques de contamination croisée entre aquifères

Évolutions communes aux deux régions

Depuis 2014, plusieurs évolutions majeures concernent l’ensemble du territoire belge :
  1. Certification des foreurs : Depuis 2020, les foreurs réalisant des sondes géothermiques doivent être certifiés QualiForage, garantissant leur compétence technique et le respect des normes environnementales.
  2. Normes techniques : La norme NBN EN 17522:2022 “Conception des systèmes de pompes à chaleur géothermiques” a été adoptée, remplaçant les anciennes références à la norme allemande VDI 4640.
  3. Fluides caloporteurs : Les exigences concernant les fluides caloporteurs ont été renforcées, avec une préférence pour les solutions à base de propylène glycol biodégradable plutôt que l’éthylène glycol.
  4. Monitoring énergétique : Les installations de plus de 70 kW doivent désormais être équipées de systèmes de monitoring énergétique permettant de suivre les performances réelles et de détecter d’éventuelles dérives.
  5. Intégration dans la stratégie de décarbonation : Depuis l’adoption du Plan National Énergie-Climat (PNEC) en 2019, la géothermie est reconnue comme une technologie clé pour la décarbonation du chauffage et du refroidissement des bâtiments, avec des objectifs quantifiés de déploiement à l’horizon 2030.
Ces évolutions réglementaires s’inscrivent dans un contexte plus large de transition énergétique et de lutte contre le changement climatique, renforçant l’attractivité de la géothermie comme solution de chauffage et de refroidissement durable.

Conclusion et recommandations générales (2025)

Évolutions majeures depuis 2014

Depuis la rédaction de l’article original en 2014, le secteur de la géothermie très basse énergie a connu des évolutions significatives :
  1. Cadre réglementaire : Renforcement et clarification des procédures d’autorisation, avec une meilleure prise en compte des enjeux environnementaux, particulièrement concernant la protection des eaux souterraines.
  2. Normes techniques : Adoption de normes européennes harmonisées remplaçant les références nationales (principalement allemandes) utilisées précédemment.
  3. Outils d’aide à la décision : Développement de cartographies du potentiel géothermique et d’outils numériques facilitant l’évaluation préliminaire des projets.
  4. Méthodes de dimensionnement : Sophistication des approches de dimensionnement, avec une généralisation des simulations dynamiques et une meilleure prise en compte des interactions système-bâtiment-sous-sol.
  5. Technologies : Amélioration des matériaux (sondes, coulis thermiques) et des techniques de forage, permettant d’optimiser les performances et de réduire l’impact environnemental.
  6. Intégration énergétique : Évolution vers une approche systémique intégrant la géothermie dans des stratégies globales de décarbonation des bâtiments, en combinaison avec d’autres énergies renouvelables.
  7. Monitoring et optimisation : Généralisation des systèmes de suivi des performances, permettant d’optimiser le fonctionnement et de constituer des retours d’expérience précieux.

Recommandations pour les projets actuels

Pour les projets de géothermie envisagés aujourd’hui, il est recommandé de :
  1. Consulter les ressources cartographiques disponibles dès la phase d’avant-projet pour évaluer le potentiel géothermique du site.
  2. Intégrer la géothermie dès la conception du bâtiment pour optimiser l’adéquation entre besoins énergétiques et ressource géothermique.
  3. Réaliser un Test de Réponse Thermique pour les installations de moyenne et grande puissance, afin d’affiner le dimensionnement.
  4. Privilégier une approche d’équilibre thermique annuel entre extraction et injection de chaleur dans le sous-sol.
  5. Faire appel à des professionnels certifiés pour la conception et la réalisation des forages et installations.
  6. Prévoir un système de monitoring permettant de suivre les performances et d’optimiser le fonctionnement.
  7. Anticiper les évolutions réglementaires en adoptant dès maintenant les meilleures pratiques environnementales.
La géothermie très basse énergie s’affirme comme une solution clé pour la décarbonation du chauffage et du refroidissement des bâtiments, avec un potentiel de développement important dans le contexte de la transition énergétique et de la lutte contre le changement climatique.

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