Géothermie en Suisse : sondes verticales, forages et principe de fonctionnement
Comment fonctionne une installation géothermique à sondes verticales ? Principes physiques, profondeurs de forage, fluide caloporteur et caractéristiques du sol suisse.
La géothermie à sondes verticales est le système de PAC sol-eau le plus répandu en Suisse résidentielle. Contrairement aux idées reçues, elle n'exploite pas la chaleur du manteau terrestre mais la stabilité thermique du sous-sol à partir de quelques mètres de profondeur. Ce guide couvre les principes et les spécificités suisses.
Le principe : extraire la chaleur du sol
À partir de 15 mètres de profondeur, la température du sol reste stable toute l'année, typiquement entre 8 et 12 °C selon les régions suisses. Cette stabilité est la clé du système.
La sonde géothermique est un circuit fermé de tuyaux en PEHD descendant dans un forage vertical de 80 à 250 m de profondeur. Un fluide caloporteur (mélange eau/antigel, typiquement propylène glycol) y circule en boucle fermée :
- Le fluide descend dans la sonde et absorbe la chaleur du sol
- Il remonte réchauffé (souvent +3 à +5 °C par rapport à la descente)
- La PAC élève cette chaleur à la température de distribution (35–55 °C pour le chauffage)
- Le fluide refroidi redescend et le cycle recommence
Ce qui différencie la géothermie de l'air-eau : la source froide (le sol) est à température constante, quelle que soit la saison. Résultat : un COP stable tout l'hiver, même par −15 °C extérieurs. C'est l'avantage principal sur les PAC air-eau.
Les températures du sous-sol en Suisse
La température du sous-sol varie selon la géologie et la localisation :
| Zone | Température à 100 m | Gradient géothermique | |------|--------------------|-----------------------| | Plateau suisse | 10–14 °C | ~3 °C / 100 m | | Alpes (granit) | 7–10 °C | ~2,5 °C / 100 m | | Jura (calcaire) | 10–12 °C | ~3 °C / 100 m | | Molasse du Plateau | 12–16 °C | ~3,5 °C / 100 m |
Le Plateau suisse offre des conditions parmi les meilleures d'Europe centrale : géologie favorable, température stable, flux de chaleur terrestre suffisant.
Dimensionnement des sondes : la puissance extractible
La capacité d'extraction d'une sonde dépend principalement de la conductivité thermique du terrain et de la profondeur.
Valeurs d'extraction standard (flux moyen annuel) :
| Type de sol | W/m linéaire de sonde | |-------------|----------------------| | Gravier aquifère, eau souterraine | 70–100 W/m | | Roche dure compacte (granit, gneiss) | 60–80 W/m | | Molasse, sédiments | 40–60 W/m | | Argile, marnes sèches | 25–40 W/m | | Calcaire fissuré | 50–80 W/m |
Formule de première estimation :
Profondeur totale (m) = Puissance chaleur sol (kW) / flux extractible (kW/m)
Exemple — PAC 10 kW avec COP 4 : puissance extractible du sol = 10 × (1 − 1/4) = 7,5 kW Sur molasse (50 W/m = 0,050 kW/m) : 7,5 / 0,050 = 150 m de sonde (1 sonde × 150 m ou 2 sondes × 75 m)
Note : cette estimation est indicative. Le dimensionnement précis requiert une simulation thermique selon les directives de la SIA D 0190.
Sonde simple vs double U
La géométrie interne de la sonde influence la surface d'échange avec le sol :
- Sonde simple U : 2 tubes dans le forage — standard pour les profondeurs < 100 m
- Sonde double U : 4 tubes — meilleure extraction, recommandée pour les grandes profondeurs et les terrains conducteurs
Les sondes double U permettent de réduire la profondeur totale de forage pour une même puissance extraite.
Le fluide caloporteur
Le fluide dans les sondes est un mélange eau + antigel pour protéger contre le gel (la sonde peut descendre à des températures inférieures à 0 °C en extraction intense).
Le propylène glycol est le standard recommandé en Suisse pour les sondes géothermiques : non toxique, biodégradable, approuvé par la plupart des cantons pour les forages en zones de protection des eaux souterraines.
Le monoéthylène glycol est plus performant thermiquement mais plus toxique — refusé dans les zones de protection des eaux dans de nombreux cantons.
Concentration typique : 25–33 % glycol pour une protection jusqu'à −10/−15 °C.
Spécificités du sous-sol suisse
Présence de nappes phréatiques
La Suisse a un réseau dense de nappes phréatiques, notamment sur le Plateau. Ces nappes peuvent :
- Augmenter fortement le flux extractible (l'eau transporte la chaleur)
- Imposer des contraintes de protection strictes (zones de protection S1, S2, S3)
- Interdire certains fluides caloporteurs
La carte nationale de protection des eaux souterraines (disponible sur geo.admin.ch) est le premier document à consulter avant tout projet géothermique.
Zones de forages problématiques
Certaines zones géologiques présentent des contraintes spécifiques :
- Zones karstiques (Jura) : risque d'effondrement de forage, connexions hydrauliques imprévues
- Zones glissantes ou instables : forage difficile et risqué
- Présence de gaz (méthane dans certaines molasses) : procédures spéciales
La consultation de la carte géologique suisse (swisstopo) est indispensable avant le dimensionnement définitif.
👉 Dimensionner une installation géothermique avec Notivia
L'outil Guide géothermie de Notivia estime le nombre et la profondeur de sondes recommandés selon les données du bâtiment et 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.
Sources et références officielles
- SIA D 0190 — Utilisation de la chaleur du sol par des systèmes de sondes géothermiques (SIA, Zurich)
- OFEN — Géothermie de faible profondeur : ofen.admin.ch
- geo.admin.ch — Cartes eaux souterraines et géologie : map.geo.admin.ch
- Géothermies — Association suisse de géothermie : geothermies.ch
FAQ — Géothermie à sondes verticales
Une installation géothermique peut-elle surchauffer le sol sur le long terme ? Oui, si la recharge estivale (apport de chaleur solaire au sous-sol) ne compense pas l'extraction hivernale. Ce déséquilibre thermique est calculé lors du dimensionnement — les directives SIA D 0190 imposent de vérifier que le régime thermique à long terme reste stable. Les installations avec rafraîchissement passif estival rechargent naturellement les sondes.
La profondeur maximale d'une sonde est-elle réglementée ? Oui — la plupart des cantons fixent une profondeur maximale autorisée sans procédure d'autorisation spéciale (souvent 250–400 m). Au-delà, un permis spécial et des études géologiques approfondies sont requis.
Peut-on utiliser les sondes géothermiques pour le rafraîchissement en été ? Oui — c'est le « cooling géothermique » ou « geocooling ». Le sol à 10–12 °C sert de puits thermique : le fluide des sondes circule directement dans le plancher chauffant (sans compresseur PAC) et rafraîchit les pièces. COP de rafraîchissement extrêmement élevé (10–20) car il n'y a pas de compresseur actif.
Les sondes nécessitent-elles un entretien ? Très peu. Les sondes géothermiques sont des circuits fermés sans pièces mobiles dans le sol. L'entretien se limite à la vérification périodique de la pression du circuit et de la concentration du fluide caloporteur — typiquement lors de la maintenance annuelle de la PAC.
Testez ces calculs en situation réelle
Les outils Notivia appliquent ces méthodes automatiquement à vos projets CVC.