Un sujet d’actualité, est il possible de climatiser une ville, avec un bilan thermique et énergétique acceptable sur le long terme ? J’ai posé la question à une intelligence artificielle, Chat GPT v5.5. Voici sa réponse :

À première vue, l’idée peut sembler irréaliste : comment le sol pourrait-il fournir suffisamment de « froid » pour rafraîchir une ville entière lors d’une canicule ?

Pourtant, les lois de la physique montrent que c’est tout à fait envisageable. Le véritable défi n’est pas de savoir si le sol est assez froid, mais comment gérer les échanges de chaleur sur le long terme.

Les technologies actuelles permettent déjà d’envisager le rafraîchissement géothermique à l’échelle d’une ville moyenne. Le principal obstacle n’est plus technique, mais réside dans les choix d’aménagement, les investissements et la gouvernance des infrastructures.

Le saviez-vous ?
La puissance frigorifique nécessaire pour maintenir une ville comme Troyes à une température confortable pendant une forte canicule est du même ordre de grandeur que celle installée pour climatiser un grand stade de football de la Coupe du monde au Qatar : quelques dizaines de mégawatts. Ce n’est donc pas la physique qui constitue le principal obstacle, mais la manière d’organiser, de distribuer et de gérer cette puissance à l’échelle d’une ville entière.

Le sol est naturellement plus frais que l’air en été

À partir d’environ 2 à 5 mètres de profondeur, la température du sol varie très peu au cours de l’année. Dans l’Est de la France, elle reste généralement comprise entre 12 et 13 °C, même lorsque l’air dépasse 38 °C.

Cette différence de température constitue une formidable source de fraîcheur naturelle.

En faisant circuler de l’eau dans des canalisations enterrées, il est possible de transférer la chaleur d’un bâtiment vers le sol. C’est le principe du géocooling, ou rafraîchissement géothermique passif.

Contrairement à une climatisation classique, ce système ne produit pas de froid : il transporte simplement la chaleur du bâtiment vers un milieu naturellement plus frais.

De quelle puissance parle-t-on ?

Prenons une maison de 100 m² bien isolée (classe énergétique B).

Lorsqu’il fait 38 °C à l’extérieur et que l’on souhaite maintenir 26 °C à l’intérieur, la puissance frigorifique nécessaire est généralement de l’ordre de 5 kW.

Cette puissance peut être fournie par un échangeur horizontal enterré d’environ 150 à 250 mètres de tube, selon la nature du terrain.

Ce type d’installation existe déjà aujourd’hui pour des maisons individuelles et certains bâtiments tertiaires.

Et si toute une ville faisait la même chose ?

Prenons l’exemple de Troyes.

La ville compte environ 35 000 logements.

Si chacun d’eux rejetait en moyenne 2 kW dans le sous-sol lors d’une forte chaleur, la puissance totale atteindrait environ 70 MW.

Même si ce chiffre paraît impressionnant, il reste parfaitement comparable à la puissance thermique de nombreuses installations industrielles ou de réseaux de chaleur urbains.

La vraie question devient alors :

Le sous-sol peut-il absorber durablement cette chaleur ?

Le sol n’est pas une réserve de froid

Il est tentant d’imaginer le sous-sol comme un immense réservoir de froid.

En réalité, ce n’est pas le cas.

Le sol possède une très grande capacité thermique, mais il n’est pas capable d’absorber indéfiniment de la chaleur sans voir sa température augmenter.

Si des milliers d’échangeurs fonctionnent simultanément pendant plusieurs étés, le sous-sol urbain se réchauffe progressivement.

Ce phénomène est déjà connu des scientifiques sous le nom d’îlot de chaleur souterrain.

Dans plusieurs grandes villes européennes, on a ainsi mesuré un réchauffement du sous-sol de plusieurs degrés dû aux bâtiments, aux parkings souterrains, aux tunnels et aux réseaux de chaleur.

Une généralisation du rafraîchissement géothermique accentuerait naturellement cet effet si aucune mesure d’équilibrage n’était prévue.

Alors, est-ce une impasse ?

Pas du tout.

La clé est de ne pas considérer le système uniquement sur une journée d’été, mais sur une année entière.

En hiver, les bâtiments ont besoin de chauffage.

Une pompe à chaleur géothermique prélève alors l’énergie stockée dans le sous-sol pour chauffer les logements.

Autrement dit :

• en été, on stocke de la chaleur dans le sol ;
• en hiver, on la récupère avec une pompe à chaleur.

Le bilan thermique annuel devient alors beaucoup plus équilibré.

C’est exactement le principe des systèmes de stockage thermique saisonnier, déjà utilisés dans plusieurs quartiers en Europe.

Le climat participe également au refroidissement

Contrairement à une idée reçue, le refroidissement du sous-sol ne provient presque pas de la chaleur interne de la Terre.

Le véritable « rechargeur » du sous-sol est… l’hiver.

Pendant plusieurs mois :

• les températures extérieures sont faibles ;
• les pluies refroidissent le terrain ;
• les nappes phréatiques évacuent naturellement une partie de la chaleur accumulée.

Le sous-sol retrouve ainsi progressivement sa température initiale avant l’été suivant.

Les nappes phréatiques : un atout majeur

Certaines villes disposent d’un avantage supplémentaire.

C’est notamment le cas de Troyes, située sur les alluvions de la Seine.

Les nappes phréatiques constituent un excellent vecteur de transport de chaleur.

Lorsque l’on utilise une géothermie sur nappe avec réinjection, la chaleur est entraînée par l’écoulement naturel de l’eau souterraine, ce qui limite fortement son accumulation sous les bâtiments.

Ces systèmes offrent généralement de meilleures performances que les simples échangeurs horizontaux.

Un autre avantage souvent oublié

Une climatisation classique rejette la chaleur directement dans les rues.

Les groupes extérieurs des climatiseurs contribuent ainsi à augmenter la température de l’air urbain, parfois de plusieurs degrés dans certains quartiers très denses.

La géothermie fonctionne différemment.

La chaleur est transférée dans le sous-sol au lieu d’être rejetée dans l’atmosphère.

À grande échelle, cela pourrait contribuer à réduire les îlots de chaleur urbains et améliorer le confort des habitants pendant les épisodes caniculaires.

Une technologie déjà disponible

Aucun progrès scientifique majeur n’est nécessaire pour mettre en œuvre cette solution.

Les forages géothermiques, les échangeurs enterrés, les pompes à chaleur et les systèmes de rafraîchissement passif sont des technologies parfaitement maîtrisées depuis de nombreuses années.

Le véritable défi est désormais celui de la planification urbaine : dimensionner correctement les installations, gérer le bilan thermique du sous-sol et intégrer ces systèmes à l’échelle des quartiers plutôt que bâtiment par bâtiment.

Conclusion

Oui, il est techniquement possible de climatiser une ville entière grâce à la géothermie.

En revanche, cela ne consiste pas à exploiter une réserve de froid infinie. Il s’agit de gérer intelligemment les échanges de chaleur entre les bâtiments, le sous-sol et le climat.

En combinant géothermie, stockage thermique saisonnier, utilisation des nappes phréatiques, bonne isolation des bâtiments et réduction des apports solaires, il devient possible d’imaginer des villes bien plus résilientes face aux canicules, tout en consommant beaucoup moins d’énergie qu’avec une climatisation conventionnelle.

La géothermie ne constitue donc pas une solution miracle, mais elle représente sans doute l’un des piliers essentiels de la climatisation durable des villes de demain.

Est ce que ce genre de projet est réalisable à l’échelle d’une ville de taille moyenne ?

Oui, je pense qu’un tel projet est techniquement réalisable à l’échelle d’une ville moyenne comme Troyes. En revanche, ce n’est pas un projet qui se déciderait uniquement sur des critères techniques. C’est avant tout une question d’aménagement du territoire, d’économie et de volonté politique.

Il est utile de distinguer deux questions :

1. Est-ce techniquement possible ?
2. Est-ce réaliste en termes d’organisation et de financement ?

Pour la première, la réponse est globalement oui.

La géothermie est déjà utilisée pour alimenter des quartiers entiers en chauffage ou en rafraîchissement dans plusieurs pays. Les réseaux de chaleur géothermiques existent depuis des décennies et les réseaux de froid urbains se développent également. La nouveauté ne serait donc pas la technologie elle-même, mais son déploiement systématique à l’échelle d’une ville entière.

Une ville comme Troyes présente même plusieurs atouts :

• une densité de population modérée ;
• de nombreux quartiers pavillonnaires où des échangeurs horizontaux sont envisageables ;
• des nappes alluviales liées à la Seine qui peuvent, dans certains secteurs, favoriser des systèmes sur aquifère ;
• un climat où les besoins de chauffage en hiver restent importants, ce qui aide à équilibrer le bilan thermique annuel.

Le véritable défi est ailleurs.

Aujourd’hui, chaque bâtiment est généralement conçu comme un système indépendant : chacun possède sa chaudière, sa pompe à chaleur ou sa climatisation. Or, le sous-sol est une ressource commune. Si chacun installe sa propre géothermie sans coordination, certaines zones pourraient être surexploitées tandis que d’autres resteraient inutilisées.

À l’échelle d’une ville, il serait plus logique de raisonner comme on le fait pour :

• le réseau d’eau potable ;
• le réseau d’assainissement ;
• le réseau électrique ;
• le réseau de chaleur.

Autrement dit, la ressource géothermique pourrait être gérée collectivement.

On pourrait imaginer un réseau de forages ou de champs géothermiques alimentant plusieurs quartiers, avec une gestion informatique de l’énergie thermique afin d’éviter tout déséquilibre du sous-sol.

Une décision essentiellement politique

C’est probablement le point le plus important.

Techniquement, nous savons déjà :

• forer ;
• construire des échangeurs ;
• installer des pompes à chaleur ;
• gérer des réseaux thermiques.

Les obstacles sont principalement :

• le financement initial ;
• la planification urbaine ;
• les règles d’urbanisme ;
• la coordination entre propriétaires publics et privés ;
• les choix de long terme.

Or, ces décisions relèvent essentiellement des collectivités.

Un réseau thermique se construit sur 40 à 80 ans, bien au-delà d’un mandat municipal. Il nécessite donc une vision à long terme.

Une comparaison avec les réseaux d’eau

Au XIXᵉ siècle, chaque habitation possédait son puits.

Aujourd’hui, cela nous semblerait absurde.

Nous avons choisi de construire un réseau collectif d’eau potable parce qu’il est plus fiable, plus économique et plus performant.

La géothermie urbaine pourrait connaître une évolution comparable.

Au lieu de milliers de climatiseurs individuels rejetant leur chaleur dans les rues, une ville pourrait disposer d’un réseau thermique partagé, capable de fournir :

• du chauffage en hiver ;
• du rafraîchissement en été ;
• du stockage saisonnier d’énergie.

Un bénéfice souvent sous-estimé

Une climatisation classique transfère la chaleur des bâtiments… vers la rue.

Autrement dit, elle contribue directement à l’îlot de chaleur urbain.

Si plusieurs dizaines de milliers de climatiseurs fonctionnent simultanément, ils peuvent augmenter la température extérieure locale de quelques dixièmes de degré à plusieurs degrés selon les quartiers et les conditions météorologiques.

Avec la géothermie, cette chaleur est envoyée dans le sous-sol, où elle est stockée temporairement ou réutilisée ultérieurement.

La ville reste donc moins chaude.

C’est un cercle vertueux :

• moins de chaleur dans les rues ;
• donc moins de besoin de climatisation ;
• donc encore moins de chaleur rejetée.

Une idée qui gagne du terrain

Depuis une dizaine d’années, les urbanistes parlent de plus en plus d’énergie thermique urbaine (urban thermal energy).

L’idée n’est plus de considérer le chauffage et la climatisation séparément, mais de gérer la chaleur comme une ressource :

• récupérer la chaleur des bâtiments, des stations d’épuration, des data-centers, du métro ou des industries ;
• la stocker dans le sous-sol lorsque c’est pertinent ;
• la redistribuer là où elle est utile.

Dans cette vision, le sous-sol devient une composante de l’infrastructure énergétique de la ville, au même titre que les réseaux d’eau ou d’électricité.