Le tuyau géothermique Geoperformx

C’est maintenant bien connu, la géothermie permet de chauffer et de climatiser en utilisant beaucoup moins d’énergie que les systèmes classiques. Toutefois, son coût d’acquisition constitue souvent un obstacle à son intégration dans des projets. Et c’est pourquoi l’industrie travaille à améliorer encore davantage la performance des composantes du système afin d’augmenter l’économie d’énergie et, ainsi, de réduire la période d’amortissement.

Un système géothermique, faut-il le rappeler, est essentiellement composé d’une pompe à chaleur qui puise la chaleur du sol au moyen d’un échangeur souterrain et qui transfère cette dernière au bâtiment par le biais d’un système de distribution. Si la pompe à chaleur et son système de distribution ont connu de multiples améliorations au fil des années, il en est autrement pour l’échangeur souterrain.

C’est que l’on utilise encore aujourd’hui des tuyaux de polyéthylène haute densité (PEHD), à l’origine conçus pour le transport de l’eau, que l’on insère dans un forage vertical ou que l’on enfouit à l'horizontale. La chaleur récupérée doit migrer dans le sol entourant le tuyau et traverser la paroi de ce dernier afin d’être collectée par le liquide caloporteur circulant dans le tuyau. Plus les conductivités thermiques du sol et de la paroi du tuyau sont élevées, plus la chaleur peut migrer aisément et plus le système géothermique sera performant. Or, le PEHD a une très mauvaise conductibilité thermique, étant davantage un isolant qu’un conducteur.

Dans le but d’améliorer le transfert de chaleur entre le sol et le caloporteur, il a d’abord été envisagé de changer la forme ronde du tuyau pour une forme plus ovale, par exemple. Ainsi, pour un même volume intérieur, la surface de tuyau en contact avec le sol sera plus grande, favorisant un meilleur transfert de chaleur. Ce changement implique par contre des modifications majeures sur les plans de la production et de l’installation du tuyau. Ensuite, il a été envisagé d’amincir la paroi du tuyau afin de réduire l’épaisseur de PEHD devant être traversée par la chaleur pour atteindre le liquide caloporteur. On sacrifiera par contre la résistance du tuyau, chose que l’on désire éviter.

Le choix s’est finalement porté sur une modification des propriétés du PEHD afin d’augmenter sa conductibilité thermique, tout en préservant l’essentiel de ses qualités. Pour ce faire, on a établi une recette de résine de PEHD additionnée de 10 % de particules nanométriques. La résine ainsi obtenue affiche une conductibilité thermique supérieure de 75 %.

Les simulations et un projet pilote ont démontré que le nouveau tuyau produit par IPL Versaprofiles, qui se nomme le Geoperformx, permet une réduction globale de la résistance thermique de l’échangeur souterrain de 17 à 24 %. Cette amélioration augmente la performance d’un système géothermique ou encore, à performance égale, permet de réduire de 10 % la longueur de la boucle de l’échangeur. Dans le cas d’un échangeur vertical, on parle alors d’une économie équivalant à 1,32 dollar par pied de forage. En prime, les tuyaux faits de cette nouvelle résine sont plus rigides et plus pesants que les tuyaux conventionnels, ce qui en facilite l’installation par les foreurs.

À l’heure actuelle, une centaine de forages géothermiques ont été réalisés en utilisant le Geoperformx,  soit pour six projets commerciaux et une dizaine de projets résidentiels. Dans tous les cas, les performances supérieures ont été confirmées.

L’auteur est expert-conseil en énergie et bâtiment chez Écobâtiment