Installation d’un démonstrateur de géoénergie avec approche systémique

Celsius Energy, filiale du groupe Schlumberger, développe une solution de géoénergie pour le chauffage et la climatisation, permettant de diviser par 10 l’empreinte carbone associée à ces usages.

Leviers de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES)

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Sobriété énergétique et ressources

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Décarbonation de l’énergie

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Amélioration de l’efficacité énergétique

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Amélioration
de l’efficacité en ressources non énergétiques

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Absorption d’émissions

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Financement d’émetteurs bas-carbone ou désinvestissement d’actifs carbonés

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Réduction des autres gaz à effet de serre

Objectifs recherchés

Le projet répond à un triple objectif de :
1- Réduire de 90% les émissions de CO2 du chauffage des bâtiments et de leur climatisation en ayant recourt à la solution de géoénergie
2- Éliminer les contributions aux îlots de chaleur dues à la climatisation
3- Simplifier l’installation et l’exploitation de la géoénergie

25% des émissions de GES dans le Monde proviennent du chauffage et de la climatisation des bâtiments (source IEA).

 

La Terre est un accumulateur thermique géant apte à fournir des calories l’hiver, les stocker l’été pour les rendre l’hiver suivant. En connectant directement les bâtiments à l’énergie de la Terre, Celsius Energy développe une solution de géoénergie simplifiée pour le chauffage et la climatisation de bâtiments neufs et existants et ce, même en milieu très urbanisé.

Le démonstrateur de géoénergie développé par Celsius Energy permettant de diviser par 10 l’empreinte carbone de la production thermique. Il est composé principalement de trois éléments :

  • Un échangeur thermique fermé en forme d’étoile, équipé de sondes en double U, typiquement de 200 mètres de profondeur, dans lesquelles circule un fluide caloporteur. Cette structure innovante permet de réduire de manière drastique l’empreinte au sol : seuls 14m2 de foncier suffisent pour connecter un bâtiment à l’énergie de la Terre. La solution est donc adaptée au neuf comme à la rénovation y compris en milieu urbain.
  • Une pompe à chaleur (PAC) permet d’échanger les calories avec le sous-sol pour les fournir au bâtiment en hiver et les extraire en été. La fourniture simultanée de chaud et de froid est également possible.
  • Un pilotage digital minimise la consommation d’électricité en optimisant en temps réel l’exploitation du sous-sol et l’utilisation des pompes à chaleur couplées au bâtiment. Le contrôle digital permet également de contrôler la performance du système et de réduire la maintenance des pompes à chaleur connectées.

Une analyse comparative entre la solution développée par Celsius Energy et un système conventionnel [chaudière gaz + groupe froid], a été réalisée avec un focus particulier sur le rejet de tonne équivalent de CO2. L’analyse montre que les émissions de la solution Celsius Energy liées à la phase travaux sont compensées en 10 mois par rapport à ce système de référence, avec un potentiel de réchauffement climatique 7.5 fois plus faible au bout de 50 ans d’exploitation.

 

En usage, ce sont 90% des émissions carbone qui sont éliminées par kilowattheure généré par la géoénergie par rapport à cette référence gaz + groupe froid.

Scope(s) d'émissions

sur le(s)quel(s) le projet a un impact significatif

  • Scope(s) d’émissions
  • Description et quantification des émissions de GES associées
  • Précisions sur le calcul

Scope 1

Émissions directes générées par l’activité de l’entreprise.

Scope 2

Émissions indirectes associées à la consommation d’électricité et de chaleur de l’entreprise.

Scope 3

Émissions induites (en amont ou en aval) par les activités, produits et/ou services de l’entreprise sur sa chaine de valeur.

Absorption d’émissions

Création de puits de carbone, (BECCS, CCU/S, …)

Émissions évitées

par les activités, produits et/ou services de l’entreprise ou par le financement de projet de réduction d’émissions.

Scope 2 - Remplacement de 100% des besoins en gaz naturel pour la production de chaleur par un mix : 82% ENR (géoénergie) + 18% électrique (alimentation par la PAC).

  • Quantification: - 40TCO2 par an : ce bâtiment rejetait 45 TeqCO2 par an en moyenne, soit 3250 TeqCO2 sur 50 ans. Il n’en rejette plus que 5 par an (-92% CO2)

Le bâtiment pilote (surface de 3000 m²) consommait pour la production de chaleur ou de froid (167 MWh/an), 186 MWhPCI/an de gaz naturel. Avec un facteur d’émission de 253 kgCO2/MWhI, cela représente 47 tCO2/an.

La solution de géoénergie développée par Celsius Energy permet de satisfaire les mêmes besoins avec 123 MWh/an de géoénergie avec un facteur d’émissions de 14,97 kgCO2/MWh.

Soit une réduction de 94.7% des émissions de CO2 par kWh de chaleur (ou de froid) consommée et une baisse annuelle des émissions de CO2 de l’ordre de 44,5 tCO2.

Les points clés

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Montant de l’investissement réalisé

Schlumberger = 500 000€
Fonds Chaleur de l’ADEME = 400 000 €

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Date de démarrage du projet

2020

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Localisation

Clamart, Hauts-de-Seine

Niveau de maturité

Test prototype en laboratoire (TRL 7)

Test en réel (TRL 7-8)

Prototype pré-commercial (TRL 9)

Mise en œuvre à petite échelle

Mise en œuvre à moyenne ou grande échelle

Rentabilité économique du projet

Court terme (0-3ans)

Moyen terme (4-10 ans)

Long terme (> 10 ans)

Images / Vidéos

A partir d’une emprise foncière de 14m2, le démonstrateur offre la possibilité en milieu urbain dense :

  • De fournir une climatisation renouvelable ;
  • De garantir un confort d’été efficace en période de canicule prolongée ;
  • De fournir un rafraîchissement naturel quasi passif avec une consommation énergétique jusqu’à 6 fois meilleure que les groupes froids traditionnel en utilisant l’énergie de la Terre, la géoénergie ;
  • D’éliminer la contribution aux îlots de chaleur urbains de la climatisation, problème sanitaire en croissance pour les populations vulnérables.

Cette installation a été réalisée dans une démarche industrielle systémique afin de mettre en place et d’optimiser les processus de conception et de réalisation de la solution. Ce projet est reproductible. 500 000 m2 sont actuellement à l’’etude en France et dans le monde pour de futures installations.

Le projet de démonstrateur s’inscrit au sein de l’initiative « Nous Sommes Prêts ». Cette initiative promeut l’utilisation de la géoénergie sur le plan national regroupant plus de 50 acteurs de la chaine de valeur engagés pour le bâtiment durable : Engie Solutions, Dalkia Smart Building, Vinci Construction, Rabot Dutilleul, Groupama Immobilier, l’Institut Français de la Performance Écologique du Bâtiment, Artelia, et les acteurs de la géoénergie.

La structuration de cette filière est essentielle pour atteindre les ambitions de la SNBC, du PPE et du Plan Bâtiment Durable.

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Contacter l'entreprise :

Cindy Demichel, présidente de Celsius Energy :
cdemichel@celsiusenergy.com