Lorsqu’un ancien développeur de pétrole et de gaz s’est associé à l’Université Colorado Mesa dans le domaine de la géothermie, l’école a économisé des millions et a établi une nouvelle norme en matière de bâtiments économes en énergie.
GRAND JUNCTION, Colorado—Les discussions ont commencé il y a environ dix ans, lorsqu’un responsable de compte chez Xcel Energy, le fournisseur de services publics d’électricité et de gaz, a exprimé sa confusion, se souviennent des responsables de l’Université Colorado Mesa.
Colorado Mesa, une école publique située sur le versant ouest de l’État, a récemment doublé de taille, mais sa consommation d’énergie n’a pratiquement pas bougé lorsqu’elle a commencé à installer un système de chauffage et de refroidissement géothermique avancé.
Depuis le début de sa construction géothermique en 2008, l’université a économisé plus de 15 millions de dollars en coûts énergétiques, argent qu’elle a transmis aux étudiants grâce à une baisse des frais de scolarité et à un financement accru des bourses d’études.
Des centaines de forages creusés à environ 500 pieds sous les terrains de sport et les parkings exploitent l’énergie thermique à basse température pour aider à chauffer et à refroidir les bâtiments du campus dans ce qui est aujourd’hui l’un des plus grands réseaux de ce type du pays.
La haute efficacité du système, confirmée plus tard dans une analyse indépendante par Xcel, signifie que les bâtiments du campus nécessitent environ deux fois moins d’énergie pour le chauffage et le refroidissement que des bâtiments similaires, ce qui permet à l’université d’agrandir son campus sans augmentation correspondante de la consommation d’énergie.
Alors que l’administration Trump cible les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, le développement de réseaux thermiques hautement efficaces comme celui de Colorado Mesa offre aux communautés une autre voie pour s’éloigner des combustibles fossiles.
« C’est depuis longtemps le secret le mieux gardé de tout l’ouest du Colorado », a déclaré Kent Marsh, vice-président de la planification des investissements, de la durabilité et des opérations du campus de Colorado Mesa. « Nous n’avons tout simplement jamais vraiment fait du bon travail pour faire valoir notre klaxon. »
Alors que les températures de l’air à Grand Junction fluctuent entre les sommets estivaux des années 90 et les plus bas hivernaux dans les années 20, les températures souterraines restent ici à environ 60 degrés toute l’année. L’eau qui circule dans les forages est chauffée ou refroidie par la roche environnante, selon la saison. Des pompes à chaleur géothermiques installées dans chaque bâtiment assurent un chauffage ou un refroidissement supplémentaire selon les besoins.
L’université a commencé à planifier son premier projet géothermique en 2007. À l’époque, elle cherchait à fournir du chauffage et de la climatisation à un seul bâtiment universitaire. L’exploitation de l’énergie géothermique a aidé Colorado Mesa à répondre aux exigences d’efficacité énergétique pour obtenir un financement public.
Cary Smith, propriétaire du cabinet de conseil Sound Geothermal Corporation et architecte du système de la CMU, s’est rendu compte que l’université était sur le point de construire deux bâtiments supplémentaires à proximité et a suggéré de connecter les trois dans un réseau thermique.
Smith, qui a travaillé pendant des décennies dans l’industrie pétrolière et gazière avant de se tourner vers l’énergie géothermique, a pensé que l’université pourrait réduire ses coûts énergétiques en connectant les bâtiments.
Le dortoir nécessitait plus de chauffage que de refroidissement, mais les bâtiments universitaires, où les étudiants sont entassés dans les salles de classe et les amphithéâtres, nécessitaient davantage de refroidissement. Pour Smith, il était contre-productif de dépenser de l’énergie pour chauffer un bâtiment tout en dépensant davantage pour refroidir les autres. Si la chaleur pouvait être extraite des bâtiments universitaires et transférée vers le dortoir, cela réduirait les besoins énergétiques des trois bâtiments, a déclaré Smith.
Marsh, ingénieur de formation, et d’autres dirigeants universitaires étaient intrigués. Le chauffage et le refroidissement géothermiques étaient relativement nouveaux. Un réseau thermique équilibrant les charges de chauffage et de refroidissement entre les bâtiments était largement inconnu, mais Smith avait récemment réalisé des projets similaires à Steamboat Springs et à Las Vegas.
Les administrateurs de Colorado Mesa, dont la mascotte est le Maverick, ont décidé de tenter le coup.
« Nous avions une équipe de direction assez progressiste à l’époque où nous disions : ‘vous savez, nous ne sommes pas sûrs à 100 %, mais oui, on dirait que ça marche, ce n’est pas de la science folle, faisons-le' », a déclaré Marsh.
Le système a fonctionné et, à mesure que le campus s’agrandissait, de nouveaux bâtiments ont été ajoutés au réseau. Une conduite d’eau de 18 pouces de diamètre relie désormais 20 bâtiments.
Par une fraîche soirée de fin octobre, une équipe masculine de rugby s’est entraînée sur un terrain de sport du campus de la CMU alors que le soleil se couchait sur le plateau du Colorado. Les seuls signes d’un vaste champ de forage enfoui sous le gazon étaient quelques plaques de soupapes étiquetées « Geo » dans un parking voisin.
Une chaudière fournissant du chauffage d’appoint est rarement utilisée. Un défi plus important consiste à gérer l’excès de chaleur en été, lorsque l’énergie thermique est puisée dans les bâtiments pour les maintenir au frais.
Une grande partie de cette chaleur est pompée sous terre et stockée pour une utilisation hivernale. De la chaleur supplémentaire est utilisée pour réchauffer la piscine, les douches et le système d’irrigation du campus de l’université. Ces utilisations créatives de la chaleur résiduelle réduisent le besoin de l’université en tours de refroidissement conventionnelles qui dépendent de l’évaporation.
Sound Geothermal estime que la CMU a réduit de 10 millions de gallons sa consommation annuelle d’eau provenant du bassin versant très restreint du fleuve Colorado.
Xcel Energy a commandé un rapport sur le système géothermique de Colorado Mesa qui a confirmé les économies d’énergie du système.
Un « avantage clé » du réseau thermique de l’université est sa capacité à partager les charges de chauffage et de refroidissement, conclut le rapport 2023. « Ce partage de charge peut se produire d’une pièce à l’autre, d’un étage à l’autre et d’un bâtiment à l’autre. »
Le rapport mesurait le « coefficient de performance » ou l’efficacité globale du système. Une chaudière à gaz, par exemple, peut théoriquement avoir un coefficient de performance allant jusqu’à un, ce qui signifie que pour chaque unité de gaz entrant dans la chaudière, une unité de chaleur est produite. Les pompes à chaleur à air, en comparaison, sont plus efficaces. Ils ont généralement un coefficient de performance plus élevé, allant de 2 à 4, car ils ne génèrent pas de chaleur ; ils utilisent plutôt des ventilateurs et des compresseurs pour extraire la chaleur de l’air extérieur.
Le système de Colorado Mesa, qui utilise l’énergie géothermique, stocke la chaleur de façon saisonnière dans des forages souterrains et équilibre les charges de chauffage et de refroidissement entre les bâtiments, avait un coefficient de performance beaucoup plus élevé, allant de 3,6 à 8,9, selon la période de l’année.
« C’est tout simplement remarquable », a déclaré Bryce Carter, responsable du programme géothermique du Colorado Energy Office. « Cette performance montre que son efficacité est deux à trois fois supérieure à celle de l’électrification par pompe à chaleur à air. »
« Lorsque vous commencez à projeter cela sur des décennies, et que ces systèmes sont conçus pour rester dans le sol pendant plus de 50 ou 100 ans, vous parlez en réalité d’économies d’énergie substantielles », a ajouté Carter.
Xcel Energy a refusé une demande visant à ce que quelqu’un soit disponible pour discuter du rapport, mais a déclaré dans une déclaration écrite qu’elle travaillait en étroite collaboration avec l’université et avait commandé le rapport pour quantifier les avantages du système. Carter, dont le bureau supervise les subventions et les crédits d’impôt de l’État en matière d’énergie géothermique, a salué le rôle de Smith dans l’avancement des systèmes de chauffage et de refroidissement géothermiques.
« C’est vraiment devenu non seulement un exemple national mais aussi international de la dernière génération de réseau énergétique qui montre vraiment ce qui est possible et aide les gens à réfléchir à ce qui pourrait être possible dans leurs propres communautés », a déclaré Carter.
Smith a conseillé HEET, une organisation à but non lucratif de Boston axée sur les réseaux d’énergie thermique, avant de travailler avec Eversource Energy pour construire le premier système de chauffage et de refroidissement géothermique alimenté par les services publics du pays, qui a été achevé à Framingham, Massachusetts, en 2024.
Il existe désormais plus de vingt réseaux d’énergie thermique dirigés par les services publics en cours de développement ou achevés dans tout le pays, selon la Building Decarbonization Coalition. Xcel Energy travaille actuellement sur trois projets de réseaux d’énergie thermique, deux au Colorado et un au Minnesota, a déclaré un porte-parole dans un communiqué écrit.
L’entreprise souhaite évaluer la faisabilité et la rentabilité de réseaux thermiques qui s’alignent sur son objectif climatique de zéro émission nette de carbone d’ici 2050, a déclaré le porte-parole.
Les crédits d’impôt pour le chauffage et la climatisation géothermiques approuvés en vertu de la loi sur la réduction de l’inflation de 2022 couvrent 30 % ou plus du coût total du projet. Contrairement aux réductions des crédits d’impôt pour l’éolien et le solaire, le One Big Beautiful Bill Act, adopté par les républicains et signé par le président Donald Trump en juillet, a largement laissé intacts les crédits d’impôt pour la géothermie.
Les réseaux Colorado Mesa et Framingham sont considérés comme « 5ème génération » de systèmes énergétiques de quartier qui offrent l’efficacité énergétique la plus élevée parmi les réseaux de chauffage et de refroidissement multi-bâtiments, selon une étude réalisée en 2024 par des chercheurs du Département américain de l’énergie publiée dans la revue Energy Conversion and Management : X.
En 2022, le gouverneur du Colorado, Jared Polis, a mis en avant le réseau géothermique de Colorado Mesa dans le cadre de l’initiative The Heat Beneath Our Feet qu’il a dirigée en tant que chef de la Western Governors’ Association.
Depuis lors, plus de 80 communautés du Colorado ont exprimé leur intérêt pour le développement de systèmes similaires et environ la moitié ont commencé les premières études de faisabilité, a déclaré Carter, du Bureau de l’énergie de l’État.
Le chauffage et le refroidissement géothermiques sont particulièrement attrayants pour les communautés rurales de montagne où l’accès au gaz naturel est limité, a déclaré Carter. Il a toutefois ajouté qu’il peut être difficile de maintenir la température des bâtiments dans les villes de montagne, où les altitudes sont plus élevées et où les conditions météorologiques sont plus extrêmes.
« Observer ces pics de chauffage hivernaux va être un grand défi », a déclaré Carter. « Comment pouvons-nous garantir que ces demandes pourront être satisfaites ?
Tandis que d’autres envisagent d’installer du chauffage et du refroidissement géothermiques, Colorado Mesa continue d’étendre son réseau, en ajoutant de nouveaux champs de forage à mesure que de nouveaux bâtiments sont mis en service.
« Cela réduit nos coûts d’exploitation », a déclaré Marsh, soulignant que les coûts initiaux plus élevés du système sont amortis en 6 à 10 ans environ. « Cela réduit également considérablement notre empreinte carbone. C’est exactement la bonne chose à faire. »
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