Dimensionner les sondes géothermiques selon SIA 384/6
Méthode de calcul officielle pour dimensionner les sondes géothermiques verticales en Suisse : démarche SIA 384/6, conductivité thermique du sol, puissance d'extraction et durée de vie du champ de sondes.
Les sondes géothermiques verticales constituent le couplage le plus stable et le plus performant pour une pompe à chaleur sol-eau. Mais leur dimensionnement ne souffre aucune approximation : une sonde sous-dimensionnée entraîne une chute progressive des performances sur 20 ans, voire un gel permanent du sol. La norme suisse SIA 384/6 fournit le cadre de calcul de référence — obligatoire dans la plupart des cantons pour l'obtention du permis de forage.
Pourquoi le dimensionnement des sondes est critique
Contrairement à une PAC air-eau dont la source de chaleur est quasi illimitée, une PAC sol-eau puise dans un volume de sol fini. Si l'on extrait plus d'énergie que le sol ne peut en restituer via la conduction géothermique et le flux solaire, la température autour des sondes descend progressivement. En dessous de 0 °C en continu, le sol se gélifie : les performances s'effondrent et la formation peut être endommagée de façon irréversible.
La SIA 384/6 impose un calcul sur 25 ans de fonctionnement pour garantir que la température minimale du fluide caloporteur reste au-dessus de −5 °C (limite de gel avec antigel standard).
Les paramètres fondamentaux du calcul
1. Besoin énergétique annuel de la PAC (Q_geo)
Le point de départ est l'énergie annuelle que la PAC devra puiser dans le sol :
Q_geo = Q_annuelle_chauffage / COP_annuel × (COP_annuel − 1)
Exemple : maison avec besoin annuel de 20 000 kWh, SCOP 4,0 → Q_geo = 20 000 / 4 × 3 = 15 000 kWh/an
2. Conductivité thermique du sol (λ)
C'est le paramètre le plus déterminant. Il varie fortement selon la géologie :
| Type de roche | λ (W/m·K) | |---------------|-----------| | Argile sèche | 0,8 – 1,2 | | Grès, molasse | 1,5 – 2,5 | | Calcaire | 2,0 – 3,0 | | Granite | 3,0 – 4,0 | | Gneiss, quartzite | 3,5 – 5,5 |
Sans test de conductivité thermique in situ (TRT — Thermal Response Test), la SIA 384/6 impose d'utiliser la valeur conservative de 1,5 W/m·K pour les calculs. Un TRT est obligatoire pour les champs de sondes > 5 forages dans plusieurs cantons.
3. Flux géothermique naturel
En Suisse romande et sur le Plateau, le flux géothermique moyen est de 0,065 W/m² (source : swisstopo, carte géothermique nationale). Ce flux est intégré dans les facteurs de la SIA 384/6.
4. Puissance d'extraction spécifique (q_s)
La norme définit une puissance d'extraction par mètre linéaire de sonde, en W/m, dépendante de λ et du régime de fonctionnement annuel :
| λ sol (W/m·K) | 1800 h/an | 2400 h/an | |----------------|-----------|-----------| | 1,5 | 35 W/m | 28 W/m | | 2,0 | 45 W/m | 36 W/m | | 3,0 | 60 W/m | 48 W/m |
Source : SIA 384/6:2010, tableau 5
La démarche de dimensionnement SIA 384/6
Étape 1 — Calculer la puissance thermique à extraire
P_geo = P_PAC × (1 − 1/COP_nominal)
Avec une PAC de 12 kW à COP 4,0 → P_geo = 12 × 0,75 = 9 kW
Étape 2 — Déterminer la longueur totale de sonde
L_totale = P_geo / q_s
Avec q_s = 40 W/m (λ = 2,0, 2200 h/an) → L = 9 000 / 40 = 225 m linéaires
Étape 3 — Répartir en forages
La profondeur maximale d'un forage standard en Suisse est généralement 200 m (limite des permis simplifiés dans la plupart des cantons). Pour 225 m, on optera pour 2 forages de 115 m (légère marge de sécurité).
Étape 4 — Vérifier l'espacement entre sondes
La SIA 384/6 recommande un espacement minimum de 6 m entre forages. En dessous, l'interférence thermique à long terme dégrade les performances. Pour les grands champs (>5 sondes), des logiciels de simulation comme EED (Earth Energy Designer) ou SBM sont requis.
Le Thermal Response Test (TRT) : quand et pourquoi ?
Le TRT consiste à injecter une puissance thermique connue dans une sonde de référence pendant 50 à 72 heures et à mesurer la réponse en température. Il permet de mesurer in situ λ et la résistance thermique du forage (R_b).
Obligatoire dans ces cantons : Vaud (>3 sondes), Genève (>1 sonde si puissance >10 kW), Berne (>5 sondes), Zurich (>5 forages). Coût : 3 000–6 000 CHF.
Recommandé pour tout projet > 30 kW ou champ > 5 forages, même si non imposé.
Cas particuliers et limites du calcul simplifié
Nappe phréatique présente : si les forages traversent un aquifère, l'advection d'eau augmente fortement la conductivité effective — facteur 2 à 5 selon le débit. Le calcul SIA 384/6 standard est conservatif et peut être recalibré à la hausse, mais uniquement avec un TRT ou des données hydrogéologiques certifiées.
Zone de protection des eaux souterraines : les zones S1, S2 et S3 imposent des restrictions voire une interdiction de forage géothermique. Vérification obligatoire sur le géoportail cantonal avant tout projet.
Réhabilitation thermique : si un champ existant est sous-dimensionné (température fluide chroniquement basse), il est possible d'ajouter des sondes ou d'installer une recharge solaire (sondes solaires) pour régénérer le sol en été.
Dimensionner mes sondes géothermiques
Estimez la longueur totale de sonde et le nombre de forages selon SIA 384/6 à partir de votre puissance PAC et de la géologie locale.
Les résultats fournis sont des estimations indicatives destinées au pré-dimensionnement. Ils ne se substituent pas aux calculs d'un ingénieur qualifié.
Accéder à l'outilSources et références
- SIA 384/6:2010 — Installations à pompes à chaleur et systèmes de refroidissement. Sondes géothermiques verticales.
- SIA 384/1:2009 — Installations de chauffage dans les bâtiments. Bases de calcul et exigences.
- swisstopo — Carte géothermique de la Suisse (géothermie.ch)
- OFEV / OFEN — Guide pratique pour la réalisation de sondes géothermiques verticales (2016)
- Association suisse des foreurs de puits et sondes (ASFS) — Recommandations techniques
FAQ
La SIA 384/6 est-elle obligatoire ou indicative ? Elle est la norme de référence reconnue par tous les cantons suisses. En pratique, le respect de ses préconisations est exigé dans les dossiers de demande de permis de forage.
Peut-on dimensionner avec un logiciel en ligne plutôt que manuellement ? Oui, des outils comme EED (commercial) ou le calculateur de l'OFEN permettent des calculs plus précis. Le calcul simplifié SIA suffit pour les petites installations résidentielles (<20 kW).
Quelle est la durée de vie d'une sonde géothermique ? Les tubes PEHD utilisés en Suisse ont une durée de vie garantie de 50 ans minimum. La sonde elle-même est dimensionnée pour fonctionner sans dégradation thermique sur 25 ans selon SIA 384/6.
Un seul forage de 200 m vaut-il mieux que deux de 100 m ? Thermiquement, un forage profond est plus efficace (température du sol plus stable) et coûte moins cher en mobilisation. Mais les contraintes géologiques et les permis cantonaux limitent souvent la profondeur. L'installateur forage adapte le choix au contexte local.
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