Par Denis Tanguay, président-directeur général de la Coalition canadienne de l'énergie géothermique de 2005 à 2016
Parmi les options possibles pour le chauffage et la climatisation des maisons, la géothermie se démarque par la quantité importante d'incertitudes techniques, économiques et réglementaires qui peuvent mener à une installation déficiente. En apparence simple, la route vers l'installation d'un système géothermique résidentiel efficace et fonctionnel – et qui le restera pendant plusieurs années! – est parsemée de pièges et d'embuches de toutes sortes. Voici 10 facteurs à considérer de très près si vous pensez faire l'achat d'un système géothermique résidentiel, particulièrement dans le cas d'une maison existante[1].
1. Les caractéristiques de votre maison
Avant d'envisager l'installation d'un système géothermique, la première chose à faire est de s'assurer que les performances énergétiques de la maison se trouvent optimales. En termes de rendement énergétique, une étanchéité, une isolation et une fenestration efficaces contribueront à réduire significativement les besoins de chauffage et donc la taille et le coût du système géothermique, dont le forage du puits d'échange de chaleur.
Dans le cas du remplacement d'un système de chauffage existant par la géothermie, on doit aussi tenir compte de la présence ou non de conduits de ventilation. En l'absence de ceux-ci, le propriétaire devra prévoir d'importants travaux additionnels et souvent coûteux. En leur présence, il devra les adapter à la géothermie. Un système de ventilation conçu pour une fournaise au mazout ne répondra pas nécessairement aux exigences techniques d'un système géothermique, quoiqu'en disent certains installateurs. Il est possible en effet que la dimension des conduits soit trop petite (ou trop grande). Certaines pièces pourraient alors ne pas être chauffées ou rafraichies suffisamment. La circulation de l'air dans les conduits pourrait aussi augmenter le bruit ambiant.
2. L'importance du calcul des pertes thermiques
Les pertes thermiques d'une maison servent à déterminer les besoins de chauffage. Le calcul de ces pertes nécessite une intervention humaine. Malgré la disponibilité de nombreux logiciels, l'expérience démontre que les résultats pour une même habitation faisant l'objet d'une analyse énergétique par plusieurs spécialistes seront probablement différents. Non pas que ceux-ci soient nécessairement incompétents, mais plutôt parce qu'il y a tant de détails à considérer que certains échapperont forcément à l'analyse. Par exemple, il s'avère souvent nécessaire de poser des hypothèses, notamment sur l'isolation cachée dans les murs ainsi que le degré d'étanchéité à l'air, à défaut d'effectuer un test d'infiltrométrie. En bout de ligne, le calcul des pertes thermiques peut souffrir d'une marge d'erreur relativement importante.
Comme client, demandez à voir les détails des calculs. Vous serez en mesure de vérifier des choses aussi simples que les dimensions de votre maison, le nombre, la taille et le type de fenêtres indiqués, le nombre de pièces, le nombre d'étages. Bref, tous les espaces chauffés et climatisés doivent faire partie des calculs. Le concepteur de votre système devrait vous remettre une copie détaillée des calculs de pertes thermiques. En cas de conflits ultérieurs par rapport à la performance de votre système, ce document deviendra très utile.
3. Le coefficient de performance (CdP)
Le CdP indique combien d'énergie est produite par le système en mode chauffage par unité d'énergie électrique dépensée pour faire fonctionner la pompe à chaleur. La très grande majorité des entreprises vous vendront un système sur la foi du CdP indiqué dans le catalogue du fabricant, typiquement de 4 ou 5 (4-5 kWh produits pour 1 kWh consommé). Or, le CdP présenté dans les catalogues est purement théorique, car il se calcule sur la base d'une mesure prise en laboratoire dans des conditions de fonctionnement fixes. Toutes les études sérieuses en la matière montrent que le CdP saisonnier d'un système géothermique se situerait en moyenne autour de 2,8-3,0 et non pas de 4 ou 5. Méfiez-vous donc des promesses d'économies farfelues formulées avec des hypothèses non vérifiables. Sachez également que le CdP de la pompe à chaleur est toujours supérieur au CdP du système une fois installé imparfaitement : si vous vous attendez à des économies annuelles de chauffage de 66 % en géothermie par rapport à un système de chauffage électrique ou au mazout, détrompez-vous. Dans les faits, elles tournent souvent davantage autour de 50 % et parfois moins si le dimensionnement n'est pas optimal.
4. Le forage du puits
Il existe plusieurs configurations possibles pour l'échangeur géothermique qui capte l'énergie du sol ou de l'eau : boucle ouverte, boucle de lac, boucle fermée horizontale, boucle fermée verticale, etc. Au Québec, plus de 80 % des systèmes ont des boucles fermées verticales qui nécessitent un forage et où on insère une tubulure dans laquelle est pompée un liquide caloporteur. La longueur de cet échangeur de chaleur dépend de plusieurs facteurs dont les pertes thermiques de la maison, les conditions géologiques, la conductivité du sol, la qualité de l'installation et ainsi de suite.
Très peu d'entreprises de conception et d'installation offrent aussi les services de forage. Cette opération est généralement faite par une entreprise sous-traitante ou embauchée directement par le client. Or, personne n'est en mesure de prévoir les conditions géologiques exactes sur une profondeur de 150 ou 200 m. S'il y a un problème quelconque (par exemple, la présence d'une formation rocheuse nettement plus dure que prévue ou encore un puits artésien jaillisant), c'est vous qui devrez absorber les frais supplémentaires. En effet, la plupart des risques associés au forage seront à la charge du client et aucun des intervenants (foreur, concepteur ou installateur) ne garantira les conditions géologiques. À vos risques et périls.
5. L'installation de l'échangeur géothermique
L'échangeur est composé de deux tubulures polyéthylène à haute densité (PEHD). Celles-ci sont reliées entre elles à leurs extrémités par un coude en forme de U. C'est ce qui permet au liquide caloporteur de circuler en continu et de faire le transfert de l'énergie thermique entre le sol et la pompe à chaleur. Au moment de l'installation, ce tuyau double sera descendu dans le sol avec un autre tuyau, ouvert à son extrémité, et qui servira à injecter un coulis du bas vers le haut une fois l'échangeur pleinement enfoncé dans le sol. Ce coulis (à base de bentonite) a comme fonction environnementale d'empêcher les eaux de surface de pénétrer dans le puits et de contaminer la nappe phréatique. D'un point de vue énergétique, le coulis assure l'échange de chaleur dans le sol en faisant le lien entre l'échangeur (la tubulure) et la paroi du puits. Il s'avère donc essentiel au bon fonctionnement de votre système dans le temps.
Le coulis ressemble à du ciment et est semi-liquide au moment de son injection. Si vous voyez l'entreprise de forage utiliser un entonnoir pour mettre dans le puits du sable ou des roches, c'est le moment de paniquer. Rappelez-vous que la conductivité thermique du sol ne pourra jamais être meilleure que celle du matériau qui fait le lien entre les parois du puits et l'échangeur. Si votre concepteur a fait ses calculs en fonction de la conductivité thermique d'un coulis spécifique comme il se doit et que l'installateur substitue ce coulis pour du sable ou des roches, les performances de votre système ne seront pas au rendez-vous.
6. La longueur de l'échangeur
Votre forage s'est bien déroulé et aucune surprise majeure n'est survenue. Vous étiez présent au moment de l'installation de la sonde et vous avez constaté que l'injection du coulis a été faite correctement. Vous avez pris de nombreuses photos à toutes les étapes de l'installation. Photos que vous conserverez précieusement pour référence future. Très bien. Il vous reste toutefois un détail important à vérifier.
Votre installateur aura préalablement fait les calculs nécessaires pour bien dimensionner la longueur de l'échangeur en fonction de la capacité de la pompe à chaleur et des besoins en énergie de l'habitation. Mais comment savoir si l'échangeur installé est de la longueur déterminée par le concepteur? Facile. Le fabricant de la tubulure marque les longueurs de celle-ci à partir de 0 au connecteur en U et ensuite tout au long de cet échangeur de PEHD. Il suffit de regarder le bout de la tubulure qui sort du sol au moment de l'installation et d'y lire la longueur indiquée. Si votre forage est théoriquement de 175 m et que vous lisez 125 m sur la tubulure, voilà une autre occasion de paniquer.
Ou bien le foreur n'a fait qu'un trou de 125 m, ou bien il y a eu un problème dans l'insertion de la tubulure. Dans un cas comme dans l'autre, cette longueur ne correspond pas aux exigences du dimensionnement tel que déterminé par le concepteur. C'est donc le moment de sortir votre appareil photo et d'immortaliser le marquage sur les tuyaux. Prenez plusieurs photos à des distances et angles variés afin de bien montrer qu'il s'agit effectivement de votre installation. Ensuite, appelez votre concepteur ou votre installateur et exigez qu'il vienne sur place constater la situation. Si rien n'est fait, l'échangeur ne suffira pas à la demande et le rendement du système ira en décroissant après un an ou deux (la température du sol diminue à mesure qu'on y puise la chaleur en hiver sans y retourner autant d'énergie en climatisant l'été). (Ou si on extrait trop de chaleur d'un puits trop peu profond.)
7. Le désurchauffeur
Le désurchauffeur est un équipement qui préchauffe l'eau domestique avec le système géothermique avant que cette eau ne soit dirigée vers le chauffe-eau principal. L'énergie nécessaire au préchauffage de l'eau domestique doit donc être ajoutée au calcul de pertes thermiques du bâtiment pour déterminer la charge totale requise pour le système géothermique. Ceci aura une influence directe sur la capacité (le tonnage) de la pompe à chaleur et sur la profondeur du forage. Dans la pratique, très peu de concepteurs se donnent la peine de faire ces ajustements avec pour conséquence que cela ajoute un autre facteur d'incertitude et contribue au sous-dimensionnement du système. En plus de complexifier inutilement le système géothermique en ajoutant des composantes en série, toutes les études sérieuses sur le sujet ont démontré que ces équipements offrent un rendement de l'investissement négatif, c'est-à-dire que les économies marginales engendrées ne suffiront jamais à payer le coût du désurchauffeur au cours de sa durée de vie utile.
8. Le casse-tête des trois soumissions
Le dimensionnement d'un système géothermique est une question complexe qui nécessite la prise en compte de très nombreuses variables, dont la réalisation de travaux d'aménagement particuliers à l'intérieur de la maison. Au Canada, la norme CSA C448 précise qu'un système géothermique doit être dimensionné entre 65 % et 105 % des pertes thermiques de calcul de la résidence..
Ainsi, pour une maison dont les pertes thermiques sont de 52 000 Btu/h (unités thermiques britanniques par heure), la norme nous donne une plage possible de capacité qui varie entre 33 800 et 54 600 Btu/h ou, en arrondissant pour tenir compte des produits offerts sur le marché, quelque part entre 3 tonnes (36 000 Btu/h) et 4,5 tonnes (54 000 Btu/h). Vous pensez que c'est si simple? Ajoutons une couche de complexité.
Quand un vendeur vous dit qu'une pompe à chaleur a une capacité de X milliers de Btu/h, il s'agit d'une capacité théorique. En situation réelle de fonctionnement, une pompe à chaleur de trois tonnes pourrait fournir seulement 31 000 Btu/h au lieu des 36 000 théoriques. Ceci parce que la capacité de la thermopompe est déterminée en fonction d'une température donnée avec des paramètres fixes en laboratoires. La quantité d'énergie dépendra de la conductivité du sol, de l'adéquation de la capacité de la thermopompe avec les pertes thermiques, de la température extérieure (d'où l'importance de bien indiquer la localisation géographique du système). Dans la pratique donc, ce résultat de 31 000 Btu/h ne représente plus qu'environ 60 % au lieu des 65 % du minimum prévu par la norme C448. Dans le cas d'un système de 4,5 tonnes qui ne produit que 46 000 Btu/h au lieu de 54 000 Btu/h, le résultat est de 88 % au lieu des 105 % prévus par la norme.
Il arrive donc fréquemment qu'un client qui demande trois soumissions reçoive des offres qui feront état d'un système géothermique de 2, 3 ou 4 tonnes, parfois même encore plus puissant. Ces offres représentent des forages de 100, 150 ou 200 m. On comprend vite pourquoi un forage peut coûter 8 000 $ ou 12 000 $ ou qu'une thermopompe coûte 4 500 $ ou 6 000 $. Ce qui explique en partie une différence de soumission entre 25 000 $ et 35 000 $ pour la même maison. Ajoutez à cela l'option (ou non) d'un désurchauffeur, et le casse-tête n'en sera que plus grand.
9. Optimisation technique ou financière?
En cherchant à atteindre le plus haut sommet en matière de CdP, on oublie que cet objectif a un coût. La géothermie présente un bel exemple de la théorie des rendements décroissants. Selon ce principe, pour chaque unité supplémentaire d'énergie supposément économisée grâce à un CdP plus élevé, le coût marginal sera croissant et, le plus souvent, de manière exponentielle. Traduction : plus on prétend vous faire économiser, plus ça vous coûtera cher en investissement pour des équipements qui ne seront jamais remboursés sur leur durée de vie utile. Même si cela peut sembler contre-intuitif, plus le CdP d'un système géothermique est faible, plus le rendement sur l'investissement sera optimisé.
10. Garantie pièces et main d'œuvre – 10 ans!
Votre système est supposément garanti pour 10 ans pièces et main d'œuvre et n'exige aucun entretien? Pas si vite! Demandez une copie du document de garantie complet avant de signer un contrat d'installation. Il devrait vous être remis par votre installateur. Lisez-le et comprenez-le bien. Le fabricant de la pompe à chaleur la garantira généralement pour un ou trois ans. Au-delà, c'est une garantie prolongée qui peut être offerte directement par le distributeur ou vendue par l'installateur. Dans un cas comme dans l'autre, il se peut que le coût de cette garantie soit déjà inclus dans le prix total du système. Dans tous les cas, les garanties sont limitées. Par exemple, si le barème du distributeur est de trois heures pour remplacer un compresseur et que votre installateur en prend six, ce dernier vous facturera les trois heures de différence.
Conclusions
Ceci n'est qu'un bref et partiel survol des enjeux susceptibles de causer des défaillances sur un système géothermique. Les erreurs de conception, les erreurs d'installation, les incertitudes géologiques, les limites financières, etc. Beaucoup de facteurs qui non seulement s'additionnent mais qui se multiplient : une erreur cause deux problèmes qui engendrent quatre incertitudes qui provoquent huit questionnements sur les rendements énergétiques et financiers du système.
La géothermie est une technologie intéressante mais qui ne répond pas aux besoins de la très grande majorité des propriétaires de maisons. Quand on considère froidement et systématiquement l'ensemble des risques en contraste des options offertes sur le marché pour optimiser le rendement énergétique d'une habitation, il semble plus avantageux et beaucoup moins périlleux de miser sur des stratégies portant sur le bâtiment (isolation, fenestration, éléments des maisons passives) plutôt que sur des équipements de chauffage et de climatisation coûteux et complexes.