CalculateursCartesPaysClassementsComparerTechnologiesGuides Explorateur énergie Parcs solaires et éoliens Glossaire
Calculateur – Chauffage et gaz

Calcul de pompe à chaleur géothermique : profondeur de forage, surface de capteurs, SCOP et coût

Dimensionne une pompe à chaleur géothermique d’après vos besoins de chauffage : puissance en kW, mètres de forage ou surface de capteur horizontal selon votre sol ou votre roche (puissances d’extraction VDI 4640), COP saisonnier, coût d’usage et coût installé comparés à une PAC air-eau et au gaz.

Lien de partage modifiable Rapport PDF personnalisé Gratuit · sans inscription

Résultats

Une pompe à chaleur géothermique de 8 kW demande environ 140 m de forage (2 × 70 m) dans « Sol / roche moyen (λ ≈ 2 W/mK) » à ~47 W/m. SCOP ≈ 4,23, et elle coûte 141 €/an de moins à faire tourner qu’une PAC air-eau. Ici, c’est la limite d’énergie annuelle (~100 kWh par mètre et par an) qui fixe la longueur, et non la puissance de pointe : on évite ainsi de refroidir le sol au fil des ans.
Longueur totale de forage
140m
2 forages × 70 m · 47 W/m
Puissance de la PAC
8kW
déperditions de base 7 kW à -9 °C
COP saisonnier (SCOP)
4,23
équivalent aérothermie 3,79
Coût d’usage
1 216 €
4 342 kWh d’électricité par an
Économie face à une PAC air-eau
141 €
Économie face à une chaudière à gaz
825 €
gaz 2 041 €/an avec un rendement de 90 %
Coût installé estimé
21 818 €
capteur 9 818 + PAC 12 000
Chaleur prélevée dans le sol
14 026kWh/an
100 kWh par mètre de forage
Heures de pleine charge
2 296h/an
Chaleur fournie par an
18 368kWh
CO₂ par an
1,52t
contre 3,73 t au gaz
Température du sol
11,4°C
Berlin, Allemagne
Électricité mensuelle : géothermie ou aérothermie
Longueur de forage selon le type de sol

Types de sol (puissances d’extraction indicatives VDI 4640)

SolForage W/m (1 800 h)W/m (2 400 h)Horizontal W/m² (1 800 h)Forage nécessaire (m)Surface du capteur (m²)
Gravier / sable sec252012293642
Argile / limon humide453528166265
Gravier / sable saturé d’eau706038140234
Calcaire (massif)625230140244
Grès726030140244
Granite / gneiss756330140244
Basalte524530140244
Sol / roche moyen (λ ≈ 2 W/mK)554525140293
  • Les puissances d’extraction sont les valeurs indicatives VDI 4640 pour les petites installations (< 30 kW) sans écoulement de nappe. Pour le dimensionnement définitif, faites un test de réponse thermique et une simulation de type EED/GLHEPro, ou utilisez les tableaux MCS MIS 3005.
  • La longueur de forage retenue est la plus grande des deux valeurs : critère de puissance de pointe (W/m) ou limite d’énergie annuelle de 100 kWh/m (60 kWh/m² pour les capteurs horizontaux). Les forages sont en général espacés d’au moins 6 m. Un capteur horizontal demande environ 1,5 à 2 fois la surface chauffée en terrain libre.
  • Climat : Berlin, Allemagne. Pendant la saison de chauffe, l’eau glycolée circule ~4 à 8 K sous la température du sol non perturbé.

Comment fonctionne ce calculateur de pompe à chaleur géothermique

Une pompe à chaleur géothermique (PAC sol-eau) puise de la chaleur basse température dans le sol grâce à une boucle fermée de tubes en plastique remplis d’eau glycolée, sous forme de sondes verticales ou de capteurs horizontaux enterrés dans le jardin, puis la porte à la température du circuit de chauffage. Le dimensionnement se ramène à trois questions liées. Quelle puissance de PAC faut-il ? Combien de chaleur prélèvera-t-elle dans le sol ? Et quelle longueur de capteur faut-il pour que le sol ne se refroidisse pas au fil des ans ? Le calculateur répond aux trois :

  1. Besoins de chaleur. Surface et niveau d’isolation (ou consommation annuelle connue en kWh), plus l’eau chaude sanitaire, simulés mois par mois pour votre climat avec des classes de température. C’est le même moteur que notre calculateur de pompe à chaleur air-eau.
  2. Température du fluide et COP. La température du sol non perturbé est estimée à la température moyenne annuelle de l’air + 1,5 K, ou vous pouvez la saisir. Pendant la saison de chauffe, le fluide circule 4 à 8 K en dessous, davantage pendant les mois les plus froids. Le COP découle des températures du fluide et du départ chauffage.
  3. Puissance de la PAC = déperditions de base à la température extérieure de base locale + 10 % pour la relance de l’eau chaude.
  4. Extraction dans le sol. Puissance extraite = puissance calorifique × (1 − 1/SCOP). En la divisant par la puissance d’extraction spécifique VDI 4640 de votre type de sol (interpolée selon vos heures à pleine charge), on obtient la longueur de sonde ou la surface de capteur. Cette longueur est ensuite comparée à une limite d’énergie annuelle de 100 kWh par mètre et par an (60 kWh/m² pour les capteurs horizontaux), et c’est la plus grande valeur qui l’emporte.
  5. Coûts du forage ou de la tranchée et de la PAC, coût d’exploitation, et comparaison avec une PAC air-eau et une chaudière à gaz.

La formule

P_extract = P_hp × (1 − 1/SCOP) L_borehole = max( P_extract / q_W/m , E_extract / 100 kWh/m·yr ) A_horizontal = max( P_extract / q_W/m² , E_extract / 60 kWh/m²·yr ) E_extract = chaleur fournie − électricité consommée COP = η × T_cond / (T_cond − T_brine + 3 K) T_brine = T_ground − 4 K − 4 K × (charge mensuelle / charge de pointe)

Exemple chiffré : maison de 180 m² à Berlin

Les valeurs par défaut décrivent une maison de 180 m² moyennement isolée à Berlin, avec plancher chauffant (départ à 35 °C) et eau chaude pour quatre personnes. Les besoins de chaleur annuels atteignent environ 18 370 kWh et les déperditions de base 7,0 kW à −9 °C : le calculateur retient donc une PAC géothermique de 8 kW.

Avec une température du sol estimée à 11,4 °C, le COP saisonnier vaut 4,23 ; une PAC air-eau dans la même maison atteindrait environ 3,79. La PAC consomme environ 4 340 kWh d’électricité, soit ≈ 1 216 € par an à 0,28 €/kWh. L’économie est d’environ 141 € par an face à l’aérothermie et d’environ 825 € face à une chaudière à gaz au rendement de 90 % (2 041 € à 0,10 €/kWh).

Chaque année, l’installation prélève environ 14 030 kWh dans le sol. Dans un sol moyen (λ ≈ 2 W/mK), le seul critère de puissance de pointe donnerait environ 130 m à près de 47 W/m, mais la limite d’énergie annuelle de 100 kWh/m porte la longueur à 140 m, par exemple deux sondes de 70 m. À 70 €/m de forage plus 12 000 € pour la PAC, le coût d’installation estimé avoisine 21 800 €. Un capteur horizontal demanderait plutôt environ 290 m² de terrain. Les émissions de CO₂ s’élèvent à environ 1,5 t par an sur un réseau à 350 g/kWh, contre 3,7 t au gaz.

Comment lire les résultats

  • La longueur de sonde / surface de capteur détermine le coût. Le verdict indique si c’est la limite d’énergie ou le critère de puissance qui la fixe.
  • Des heures à pleine charge au-delà de ~2 400 h signalent de longues saisons de fonctionnement (climat froid ou forte consommation d’eau chaude) : des puissances d’extraction en W/m plus faibles s’appliquent alors.
  • L’économie face à l’aérothermie est ce que vous rapporte le surcoût du capteur enterré. Divisez ce surcoût d’installation par cette économie pour obtenir un temps de retour approximatif.
  • Le tableau des types de sol compare les longueurs pour chaque géologie. Une étude de sol ou les données des forages voisins vous diront lequel s’applique.

Valeurs typiques (VDI 4640, petites installations < 30 kW)

Sol Sonde W/m à 1 800 h Sonde W/m à 2 400 h Capteur horizontal W/m² à 1 800 h
Gravier / sable sec < 25 < 20 10–15
Argile / limon humide 35–50 30–40 25–30
Gravier / sable saturé d’eau 65–80 55–65 35–40
Calcaire (massif) 55–70 45–60 –
Grès 65–80 55–65 –
Granite, gneiss 65–85 55–70 –
Basalte 40–65 35–55 –

Conseils

  • Faites réaliser un test de réponse thermique pour les installations au-delà de ~30 kW ou à plusieurs sondes. Il mesure la conductivité réelle du sol et peut raccourcir (ou allonger) le champ de sondes de 20 à 30 %.
  • Espacez les sondes d’au moins 6 m. Plus près, elles se volent mutuellement de la chaleur.
  • Gardez une température de départ basse. C’est avec un plancher chauffant à 35 °C que la géothermie brille ; avec des radiateurs à 55 °C, son avance sur l’aérothermie se réduit.
  • Pensez au géocooling. En été, faire circuler le fluide dans le plancher rafraîchit presque gratuitement et recharge en partie le sol.
  • Réduisez d’abord les besoins avec le calculateur d’économies d’isolation. Une PAC plus petite, c’est une sonde plus courte et moins chère.

Limites

Les puissances d’extraction sont indicatives. Elles supposent l’absence d’écoulement souterrain notable (qui peut les augmenter fortement) et une construction de forage standard avec sondes en simple U ou double U. Les champs de sondes voisins, les très longues durées de fonctionnement, les besoins de rafraîchissement et les grandes installations exigent une vraie simulation (EED, GLHEPro ou les tableaux MCS MIS 3005). Un forage demande en général une autorisation, surtout au-delà de 100 m ou dans les périmètres de protection des captages d’eau. Les coûts varient beaucoup selon le pays et l’accès au chantier : saisissez des devis locaux dans les réglages avancés.

Méthode et hypothèses

Les besoins de chauffage et d’eau chaude sont simulés mois par mois (classes de température), avec une eau glycolée qui entre dans la pompe à chaleur à Tsol − 4 K − 4 K × (charge mensuelle ÷ charge de pointe). La machine est dimensionnée sur les déperditions de base + 10 %. Puissance extraite du sol = puissance de la PAC × (1 − 1/SCOP). Longueur de forage = puissance extraite ÷ puissance d’extraction spécifique (W/m) du type de sol, interpolée entre les valeurs VDI 4640 à 1 800 h et 2 400 h de pleine charge. La surface du capteur horizontal se calcule de la même façon en W/m².

Questions fréquentes

Quelle profondeur de forage faut-il pour une pompe à chaleur géothermique ?
On retient souvent 15 à 25 m de sonde par kW de puissance de PAC dans un sol moyen. Pour une maison typique de 6 à 10 kW, cela fait 100 à 200 m, en général répartis en un ou deux forages de 60 à 150 m. Une roche très conductrice (granite, grès) en demande moins ; un sable ou un gravier sec deux à trois fois plus.
Quelle surface de terrain faut-il pour un capteur horizontal ?
En général 1,5 à 2,5 fois la surface chauffée, enterrée à 1,2–1,5 m de profondeur. Une maison équipée d’une PAC de 8 kW a besoin le plus souvent de 250 à 400 m² de terrain libre et non ombragé dans un sol limoneux humide. Un sol sableux sec en demande nettement plus.
La géothermie est-elle meilleure que l’aérothermie ?
Elle est plus efficace, avec un SCOP de 4 à 5 en général contre 3 à 3,5, car le sol reste à 8–12 °C tout l’hiver alors que l’air peut descendre sous −10 °C. Elle est aussi silencieuse à l’extérieur et ne connaît pas de cycles de dégivrage. Le capteur enterré ajoute toutefois 6 000 à 15 000 au coût d’installation : face à une PAC air-eau, le retour sur investissement est souvent long, sauf si les besoins de chaleur sont importants.
Combien coûte une pompe à chaleur géothermique ?
En Europe, une installation domestique typique coûte environ 18 000 à 35 000 € posée : 8 000 à 15 000 € pour la PAC et son installation, plus 50 à 100 € par mètre de forage (ou 10 à 25 € par m² pour un capteur horizontal). Des aides comme le Boiler Upgrade Scheme britannique (7 500 £) ou les subventions allemandes BEG peuvent en couvrir une bonne partie.
Qu’est-ce que la puissance d’extraction spécifique (W/m) ?
C’est la puissance thermique qu’un mètre de sonde peut prélever durablement dans le sol. La VDI 4640 donne des valeurs indicatives allant d’environ 20 W/m dans un gravier sec à 70–85 W/m dans le granite ou le gneiss, pour des installations qui tournent 1 800 heures par an. Plus la durée de fonctionnement est longue, plus cette valeur baisse.
Un capteur géothermique peut-il geler ou s’épuiser ?
Si un champ de sondes est trop court, le sol autour se refroidit d’année en année et la température du fluide baisse, ce qui fait chuter le COP. Les bureaux d’études plafonnent donc aussi l’énergie extraite chaque année, autour de 100 à 120 kWh par mètre et par an pour les sondes verticales. Le calculateur applique les deux critères, puissance et énergie.

Sources et références

  1. VDI 4640 Part 2 : Thermal use of the underground: ground source heat pump systems
  2. MCS MIS 3005-D : Heat pump design standard (UK Microgeneration Certification Scheme)
  3. IEA Heat Pumping Technologies TCP
  4. US DOE : Geothermal heat pumps

Intégrer ce calculateur

Gratuit pour les blogs, installateurs, écoles et ONG. Copiez le code ci-dessous : il se met à jour tout seul.