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Cette énergie, dite géothermique parce qu’étymologiquement voulant dire « la chaleur de la Terre », est l’énergie calorique stockée à l’intérieur de la Terre. Elle provient d’une part (de 30 à 50 % env.) de la formation d’isotopes radioactifs naturels et d’autre part (de 50 à 70 % env.) de l’énergie de la désintégration de ces isotopes.
La température du noyau terrestre est estimée à plus de 6000 °C. Comme 99 % de la planète a une température supérieure à 1000 °C, autant dire que nous avons tout ce qu’il nous faut sous nos pieds. A 10 mètres de la surface du sol, la température est déjà constante et plus on descend, plus on gagne de degrés.
Or cette chaleur du noyau pourrait couvrir nos besoins d’énergie pendant des millions d’années. Encore faut-il aller la chercher!
L'énergie accumulée de façon naturelle et sans cesse renouvelée dans le sous-sol est relativement facile à utiliser par le biais de sondes géothermiques verticales pouvant aller jusqu'à 300 mètres de profondeur. L'installation de sondes géothermiques reste soumise à autorisation (canton, commune). Il existe d'autres possibilités d'exploiter la chaleur du sol: par exemple, des pieux énergétiques, des corbeilles géothermiques, des géostructures énergétiques ou des capteurs horizontaux. L'installation de tels systèmes peut être soumise à autorisation.
Tous ces systèmes ont en commun de fonctionner en circuit fermé. Il n'y a pas d'échange physique de matière qui s'effectue dans le sol, uniquement de la chaleur. C'est par le biais d'un fluide caloporteur ("littéralement: qui transporte l'énergie") circulant généralement dans deux tubes en U que l'énergie du sous-sol est puisée. Ce type de PAC est nommé "sol-eau" ou également "saumure-eau", étant donnée que c'est généralement une saumure à base d'eau et d'antigel qui est utilisée comme fluide caloporteur. La source de chaleur souterraine peut aussi servir à réaliser du rafraichissement estival passif de bâtiment.
Plus de 99% de la masse du globe terrestre est à une température supérieure à 1000 degrés. Le flux de chaleur géothermique se propage de l'intérieur vers l'extérieur de notre planète. Sous nos pieds, la température du sous-sol augmente en moyenne de 3°C tous les 100 mètres. A 300 m. de profondeur, la température s'élève donc à 9°C +la valeur de la température annuelle moyenne du lieu. Par exemple, pour une localité sur le Plateau suisse où la température annuelle moyenne est de 9°C, à 300 mètres sous cette localité, la température du sous-sol sera de 9 + (3 x 3) = 18°C. L'échangeur de chaleur qu'est une sonde géothermique capte littéralement en 3D le flux de chaleur géothermique conductif provenant des entrailles de la Terre. Pour pouvoir compter sur une installation "sol-eau" réussie, un point très important est de dimensionner correctement la longueur de l'échangeur thermique "sonde". Cela dépend notamment de la nature des couches composant le sous-sol. Depuis 2010, la norme SIA 384/6 réglemente le dimensionnement et la réalisation de sondes géothermiques.