Dans le bâtiment D, la production d’air chaud ou froid repose sur un processus thermodynamique en plusieurs étapes. Les sondes géothermiques constituent un élément essentiel de ce concept énergétique. Elles permettent d’exploiter comme réservoir d’énergie renouvelable la chaleur solaire stockée dans le sol.
Les bâtiments situés sur le site de la Guisanplatz sont raccordés aux systèmes énergétiques de la première étape de réalisation du centre administratif, où une combinaison de récupération de chaleur, de sondes géothermiques, de pieux énergétiques et d’un système de refroidissement naturel (free-cooling) assure la production de chaleur et de froid nécessaires à la régulation thermique des locaux (informations).
Ce concept a été repris pour le bâtiment D. Sa caractéristique tient au fait que ces installations exploitent les fluctuations saisonnières de température du sol non seulement pour produire de la chaleur, mais aussi pour refroidir. Associé à l’installation photovoltaïque sur le toit, ce système permet ainsi d’économiser près d’un quart de l’électricité provenant du réseau. Pour leur procédé de valorisation de l’énergie environnementale en plusieurs étapes, l’équipe de planification a mis à profit quatre éléments.
À côté du bâtiment D, douze sondes géothermiques s’enfoncent verticalement jusqu’à 300 mètres de profondeur. Dans chacune d’elle, de l’eau traitée circule au sein d’un système de tubes en U. Contrairement à la géothermie profonde, qui capte la chaleur à plusieurs kilomètres dans la croûte terrestre ou dans l’eau, le site de la Guisanplatz utilise le sous-sol comme réservoir de chaleur solaire. Cette énergie géothermique constitue une ressource locale et neutre en CO2, disponible toute l’année, qui couvre durablement les besoins en chaleur, indépendamment des conditions météorologiques.
Dans le sous-sol, une loi physique simple s’applique : la chaleur va du chaud vers le froid. Le fluide qui circule dans les sondes géothermiques prélève la chaleur du sol et la remonte en surface, où elle atteint une température de base comprise entre 10° C (fin de la saison de chauffage) et 18° C (début de saison de chauffage).
Deux puissantes pompes à chaleur convertissent cette énergie géothermique en énergie calorifique puis un échangeur de chaleur la distribue dans le bâtiment. À l’intérieur de ce dernier, des plaques de plafond rayonnantes assurent à la fois le chauffage et le refroidissement des locaux, et créent un climat ambiant agréable (sur la technique du bâtiment).
Roman Portmann, directeur général du projet et coordinateur interdisciplinaire pour la technique du bâtiment, a extrapolé les chiffres de consommation d’énergie. Il estime que ce très bon bilan est notamment dû au fait que les besoins en énergie de ce système sont presque entièrement couverts par la géothermie.
Besoins énergétiques en fonctionnement normal
Sources d’énergie en fonctionnement normal
En été, le rayonnement solaire réchauffe le sol en profondeur. Au début de la saison de chauffage, la chaleur géothermique ainsi stockée atteint environ 18° C. Il suffit alors de l’élever de 17° C pour obtenir une température de départ de 35° C. Avec cette température de départ, le bâtiment peut être maintenu à une température intérieure agréable de 21° C, même les jours de gel.
En hiver, le sol se refroidit progressivement jusqu’à 9 – 10° C. « Le système s’inverse donc au printemps, explique Roman Portmann. Jusqu’à mi-juillet environ, nous utilisons l’eau plus fraîche provenant des sondes géothermiques pour maintenir la température ambiante à 24° C. » Ce procédé de refroidissement naturel (free-cooling), qui valorise de manière efficace la fraîcheur du sol, permet de refroidir le bâtiment sans recourir à des éléments frigorifiques, ou en n’y recourant que de façon limitée.
À partir du milieu de l’été, le sol devient trop chaud pour le free-cooling. Dès lors, les pompes à chaleur prennent le relais et produisent mécaniquement l’énergie nécessaire au refroidissement des locaux. « Quand on extrapole, le chauffage et le refroidissement ne représentent que 17% de la consommation énergétique totale du bâtiment », précise Roman Portmann.
Comme le bâtiment D fonctionne avec une température de départ de 35° C seulement, il requiert beaucoup moins d’énergie qu’un bâtiment classique, où une température de départ de 40 à 50° C est courante. Outre les installations techniques performantes, l’architecture joue aussi son rôle dans ce résultat : le bâtiment présente une forme très compacte, sans porte-à-faux ni renfoncements de grande envergure. La façade offre une isolation maximale. « Sans cela, nous ne parviendrions pas à chauffer les locaux avec une température de départ aussi basse ; il nous faudrait davantage de corps de chauffe », poursuit Roman Portmann.
Le bâtiment D présente une faible empreinte carbone. « Ce n’est pas un bâtiment à énergie zéro, concède Roman Portmann. Mais nous n’utilisons que de l’électricité, sans aucun combustible fossile. Si toute l’électricité du réseau était d’origine hydraulique ou éolienne, nous pourrions exploiter le bâtiment D sans émissions de CO2. »
