Réalisation

Deux PAC à absorption gaz géothermique sur nappe pour la halle multisport Jacky Trévisan de Ris-Orangis (91)

Mis à jour le

Carte d'identité

Date des travaux :
début des travaux : Automne 2013
Localité :
Ville de Ris-Orangis (91)
Type de bâtiment :
Complexe sportif
Superficie :
2 100 m²
Maître d'ouvrage : Thierry Leveillé, responsable patrimoine
Architecte : Antonini-Darmon
Bureau d'études thermiques : Alexandre Tabarie, Ingénieur d’affaires, Scoping
Consommations observées : 124 MWh/an
Label : BBC Effinergie (RT 2005)

Contexte

Implanté dans la ville de Ris-Orangis, la halle Jacky Trévisan est un complexe sportif inauguré en novembre 2013. Après 19 mois de travaux, elle remplace désormais la halle multisports Emile Gagneux. La halle est destinée à accueillir le club de roller-hockey de Ris-Orangis, ainsi que les locaux de l’Union Sportive de Ris-Orangis (USRO) et ses 33 sections sportives.

D’une surface totale d’environ 2 100 m², le bâtiment de deux niveaux est composé des espaces suivants :

  • Une halle de hockey, avec un terrain entouré d’une rambarde en bois et de plexiglas, ainsi que des gradins pouvant accueillir 280 spectateurs
  • Des vestiaires et sanitaires
  • Une salle polyvalente d’environ 100 m²
  • Une zone de bureaux avec une salle de réunion
  • Un parvis dont la toiture terrasse est plus basse que la toiture terrasse de la halle de hockey

A travers le projet de halle multisport, la ville de Ris-Orangis souhaitait réaliser un bâtiment innovant et de haute qualité environnementale, récompensé par le label BBC Effinergie. Pour cela, le maître d’ouvrage souhaitait installer un système alliant haute performance énergétique et confort.

La solution retenue : PAC gaz à absorption géothermique sur nappe

La halle multisport Jacky Trévisan est le premier site de la région Île-de-France alimenté par une solution géothermique sur nappe à base de pompes à chaleur (PAC) au gaz naturel. De par le caractère novateur de cette solution, la ville de Ris-Orangis s’est entourée d’experts techniques pour le dimensionnement et l’installation des équipements.

Une consommation énergétique réduite par une isolation renforcée du bâti

Afin de respecter les critères de consommation énergétique du label BBC Effinergie, le bureau d’étude a dû dimensionner une isolation de sorte à minimiser les consommations en chauffage :

  • Les murs de la halle sont isolés par 16 cm de laine de verre (R= 4,95), ou par 20 cm de laine de roche (R = 5,9) pour les murs exposés au nord
  • La toiture terrasse, répartie sur deux niveaux, est soit isolée par 28 cm de laine de roche (toiture haute) ou 12 cm de polystyrène extrudé (toiture du parvis) selon les niveaux
  • Au sol, une isolation périphérique composée de polyuréthane sur 8 cm a été installée
  • Concernant les surfaces vitrées des bureaux, du double vitrage (Uw= 1,8) renforce également l’isolation
  • Les ponts thermiques ont été traités, notamment via des menuiseries alu

Par ailleurs, il était nécessaire d’exploiter les apports lumineux du soleil, afin de réduire au maximum les consommations en éclairage. Pour cela, le plafond de la halle de hockey est percé de 21 sheds, de sorte à ce que la lumière naturelle éclaire le terrain. Les murs derrière les cages du terrain laissent également passer la lumière extérieure via des bandes en polycarbonate (Uw = 0,83). Le polycarbonate permet de diffuser la lumière sans faire de trace ou reflet sur le sol, et évite aux joueurs d’être éblouis.

Deux PAC gaz à absorption géothermique sur nappe couplées à une chaudière à condensation pour chauffer et produire de l’ECS

Réseau de chaleur alimenté par les deux PAC gaz à absorption géothermique sur nappe
Réseau de chaleur alimenté par les deux PAC gaz à absorption géothermique sur nappe

Le souhait d’obtenir une production thermique performante a orienté le maître d’ouvrage à choisir la PAC gaz à absorption géothermique sur nappe. En effet, celles-ci sont très bien positionnées pour répondre aux exigences du label. En tant que première ville de la région Île de France à installer une solution géothermique, Ris-Orangis apparait comme une ville très innovante en matière d’efficacité énergétique.

Au total, ce sont deux PAC de 37 kW chacune qui ont été installées en cascade. Dans la PAC à absorption, le traditionnel fluide frigorigène est remplacé par un mélange eau-ammoniac et le compresseur mécanique est remplacé par un compresseur thermochimique. Ce dernier se compose d’un brûleur gaz chauffant le mélange eau-ammoniac qui va séparer les deux éléments. Ensuite, l'ammoniac vapeur vient céder ses calories à la boucle du complexe sportif en se condensant. C'est ensuite en captant des calories sur la nappe qu'il se revaporise.

La chaleur est ainsi produite via trois leviers, permettant ainsi d’atteindre un rendement entre 140 % et 170 % sur PCI :

- la condensation du fluide frigorigène (ammoniac)
- la réaction exothermique d’absorption entre l’ammoniac et l’eau 
- la récupération sur les produits de combustion

Schéma de fonctionnement de la PAC absorption géothermique
Schéma de fonctionnement de la PAC absorption géothermique

Deux forages permettent de faire circuler l’eau de la nappe en circuit ouvert. Chaque PAC comprend un compresseur faisant circuler l’eau de la nappe jusqu’à l’évaporateur. La liaison avec la nappe assure une source chaude dont la température est quasi constante sur l’année, d’où l’avantage d’une solution géothermique.

Les deux PAC gaz à absorption géothermique sur nappe délivrent une énergie de base couvrant 75 % des besoins en chauffage et ECS du complexe. Une chaudière gaz à condensation d’une puissance de 35 kW intervient en appoint, lors des fortes périodes de chauffe et de production d’ECS. La régulation de l’installation commande les deux PAC, les pompes secondaires, la chaudière, la production d’ECS.

Pour le stockage de l’eau chaude en provenance des PAC et de la chaudière, un ballon d’une capacité de 2 000 l a été installé. Un échangeur intégré à l’intérieur du ballon permet d’optimiser l’échange de chaleur pour la préparation d’ECS. La température d’eau en sortie de ballon est comprise entre 55°C et 60°C, avec une température de retour de l’ordre de 50°C, contrôlée par une sonde.

Un chauffage différencié selon les espaces du complexe

Les besoins en confort thermique d’une halle de sport sont spécifiques. En effet, la consigne de température est de 15°C en hiver pour la halle de hockey, de sorte à garantir aux joueurs un confort thermique. Une température trop élevée n’est pas souhaitable pour les athlètes qui s’échauffent via la pratique sportive. Toutefois, les autres espaces de réception, les vestiaires, et les bureaux nécessitent un chauffage plus conséquent : 19°C en consigne. La solution de chauffage a donc dû prendre en compte ces contraintes de sorte à proposer la solution technique la plus adaptée.

En aval des deux PAC et de la chaudière gaz à condensation, 5 départs alimentent différents circuits :

  • les deux CTA pour les salles de réunion et les bureaux 
  • la CTA pour la salle polyvalente
  • les radiateurs des vestiaires
  • les radiateurs des bureaux
  • les panneaux rayonnants de la halle

L’avantage des panneaux rayonnants est que la chaleur est diffusée sans soufflage, ce qui limite la nuisance sonore et garantit le confort des joueurs.

Pour le réglage de la température, les radiateurs sont munis de robinets thermostatiques, en complément de la sonde extérieure. Pour la halle de hockey, la sonde d’ambiance agit sur le réglage de chauffe. Les CTA sont des centrales à double flux. D’un rendement d’environ 80 %, l’échangeur récupère la chaleur de l’air sortant pour réchauffer l’air rentrant. Pour assurer la ventilation des vestiaires et des sanitaires, une ventilation simple flux a été installée.

Bilan

Une consommation énergétique en accord avec le label BBC Effinergie RT 2005

L’étude thermique révèle une consommation énergétique estimée à 124 500 kWhep/an. Avec respectivement 53 000 kWhep/an et 37 000 kWhep/an, le chauffage et la production d’ECS représentent les plus gros postes de consommation. Une économie importante a été obtenue grâce à l’isolation du bâtiment et à l’éclairage naturel et à une gestion du niveau d’éclairement différentiée.

Le coût d’investissement pour l’ensemble du complexe s’élève à 3 500 k€ HT. La consommation énergétique se répartit de la façon suivante entre les différents postes d’usage :

Consommation en énergie finale estimée (kWep/an)
Consommation en énergie finale estimée (kWep/an)

Témoignages

A travers le projet de la halle Jacky Trévisan, nous souhaitions une solution de chauffage et de production d’ECS innovante et aux performances énergétiques remarquables. Après trois années depuis l’installation, nous sommes satisfaits des performances et du confort apporté par les PAC gaz absorption géothermique sur nappe. A l’hiver 2015-2016, l’obstruction du puit reliant à la nappe, à cause d’un dépôt ferreux associé à la présence de bactéries, nous a obligé à entreprendre trois jours de nettoyage du circuit primaire cet été. Un système de filtration et un suivi de l’eau dans le circuit primaire permettra d’éviter que ce phénomène se reproduise.
Par Thierry Leveillé Leveillé
Responsable patrimoine, Ville de Ris Orangis
La solution PAC gaz absorption géothermique sur nappe installée pour le complexe sportif permet d’atteindre facilement le label BBC Effinergie. Le rendement de l’installation supérieur à 140 % sur PCI permet de réduire la consommation en énergie finale à 90 000 kWh par an pour le chauffage et la production d’ECS, selon la RT 2005. De plus, la solution nécessite moins de forages que les solutions géothermiques classiques. Seuls deux forages ont été nécessaires, contre une vingtaine pour une solution géothermique avec circulation de l’eau en boucle fermée. La réduction des coûts d’investissement relatifs aux sondes géothermiques peut donc dépasser 60 %.
Par Alexandre Tabarie
Ingénieur d’affaires chez Scoping, BE Technique
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