Analyse comparative des performances de la géothermie à basse enthalpie dans les climats arides et semi-arides

Refroidir les bâtiments grâce à la puissance discrète du sol

Dans les régions chaudes, les climatiseurs fonctionnent en surcapacité, mettant à rude épreuve les réseaux électriques et les budgets tout en augmentant les émissions qui réchauffent le climat. Cette étude explore une aide plus discrète qui se trouve juste sous nos pieds : la température stable du sol à quelques mètres de profondeur. En utilisant des conduites enterrées pour exploiter ce climat souterrain constant, les bâtiments peuvent pré-refroidir ou préchauffer l'air neuf entrant et réduire le travail que doivent fournir climatiseurs et chauffages.

Une idée simple sous nos pieds

Bien en dessous des variations quotidiennes du soleil et du vent, le sol reste à une température quasiment constante toute l'année. Le système examiné dans ce travail, appelé échangeur air–terre, tire parti de cet environnement souterrain stable. L'air extérieur est aspiré par un ventilateur à travers de longues conduites en plastique enterrées à plusieurs mètres de profondeur. En circulant dans la conduite, l'air échange de la chaleur avec le sol environnant. L'air chaud des rues estivales est refroidi avant d'atteindre le bâtiment, tandis que l'air froid hivernal peut être doucement réchauffé. Cette « pré-condition » réduit l'écart de température que les systèmes mécaniques doivent compenser, économisant de l'énergie sans modifier l'usage des espaces par les occupants.

Mettre le sol à l'épreuve dans deux villes égyptiennes

Le chercheur a utilisé un modèle informatique détaillé, préalablement validé par des expériences, pour évaluer l'efficacité de ce système de conduites souterraines dans deux climats égyptiens très différents. Assouan, en Haute-Égypte, représente une ville désertique extrêmement chaude et sèche, tandis qu'Alexandrie, en bord de mer, présente un climat semi-aride plus tempéré influencé par la Méditerranée. Pour chaque ville, des enregistrements météorologiques à long terme ont été utilisés pour estimer l'évolution de la température du sol avec la profondeur et au fil de l'année. Ces profils de sol ont ensuite été intégrés dans un modèle d'écoulement d'air et de transfert de chaleur à l'intérieur de la conduite enterrée, permettant à l'étude d'explorer comment les choix de conception et le climat local influencent les performances.

Trouver le point optimal pour la conception des conduites

L'étude a testé l'influence de la longueur de la conduite, de la profondeur d'enfouissement, de la vitesse de l'air et du diamètre de la conduite sur la température de l'air en sortie du système. La majeure partie du refroidissement se produit dans les 20 premiers mètres de conduite, avec un bénéfice qui diminue au-delà d'environ 40 à 50 mètres. Un enfouissement plus profond améliore les performances jusqu'à environ 4 à 5 mètres, où la température du sol devient très stable ; creuser plus profond augmente les coûts pour un gain marginal. Des vitesses d'air plus faibles, en particulier autour de 2 mètres par seconde, laissent plus de temps à l'air pour se rapprocher de la température du sol sans exiger une puissance élevée du ventilateur. Des conduites plus étroites, de l'ordre de 0,1 à 0,2 mètre de diamètre, offrent une plus forte chute de température ; si un débit d'air plus important est nécessaire, il vaut mieux installer plusieurs conduites en parallèle plutôt qu'une seule grande.

Pourquoi les déserts peuvent en fait aider au confort

Avec les meilleurs réglages de conduite appliqués, le modèle a comparé les performances lors des heures les plus chaudes dans les deux villes. À Assouan, le système refroidissait l'air entrant d'environ 11 degrés Celsius, tandis qu'à Alexandrie la baisse était d'environ 7,6 degrés, offrant à la ville désertique une réduction 45 % plus importante. Le facteur clé n'est pas la saison en soi mais l'amplitude de l'écart entre la température de l'air extérieur et celle du sol non perturbé. En hiver, lorsque le sol est plus chaud que l'air, la même configuration peut préchauffer l'air ; à Alexandrie, ce potentiel de chauffage hivernal était même plus marqué que l'effet de refroidissement estival. Sur l'année, les lieux aux températures plus extrêmes et au plus grand écart entre air et sol, comme Assouan, offrent les plus grandes économies.

Ce que cela signifie pour les bâtiments de demain

Ce travail montre que de simples systèmes de conduites enterrées peuvent être adaptés aux conditions locales et offrir des bénéfices constants en saison de chauffage comme en saison de refroidissement. En identifiant des plages de conception pratiques pour la profondeur, la longueur, la vitesse d'air et la taille des conduites, l'étude fournit une feuille de route pour utiliser le sol en tant que partenaire naturel des systèmes de climatisation et de chauffage conventionnels. Si des recherches futures devront prendre en compte les systèmes complets de bâtiment, les réseaux complexes de conduites et le comportement à long terme du sol, le message pour le grand public est clair : dans les régions chaudes et sèches, la température souterraine, discrète et constante, peut jouer un rôle majeur pour améliorer le confort intérieur tout en réduisant la consommation d'énergie.

Citation: Hegazy, A. Comparative performance analysis of low-enthalpy geothermal energy in arid and semi-arid climates. Sci Rep 16, 14279 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47489-4

Mots-clés: échangeur air-terre, refroidissement géothermique, climat aride, énergie du bâtiment, refroidissement passif