Comment une tour de 142 m se chauffe sans gaspiller
Dans une tour de grande hauteur, chauffer et refroidir ne sont pas deux métiers séparés. C'est un seul flux thermique permanent, où la chaleur qu'on retire d'un côté peut nourrir le chauffage de l'autre côté — à condition de l'organiser.
Un cas documenté illustre bien ce principe : la tour EDGE East Side, à Berlin, culmine à 142 m et abrite plus de 65 000 m² de bureaux répartis sur 36 étages.
Ce que ce cas montre surtout, c'est un principe transposable à d'autres tours de grande hauteur : rien ne doit se perdre, ni la chaleur extraite par le froid, ni l'énergie stockée dans le sol.
Points clés à retenir
- Une pompe à chaleur géothermique (sol-eau) peut atteindre un COP de 8 en conditions optimales, contre 4 pour une pompe à chaleur air-eau classique — des valeurs de pointe, pas des moyennes saisonnières.
- Dans la tour EDGE East Side, à Berlin, quatre refroidisseurs fournissent une puissance frigorifique combinée d'environ 2,7 MW.
- Le refroidisseur le plus puissant de la tour stocke la chaleur qu'il extrait dans un réservoir tampon en sous-sol, qui la redistribue ensuite aux circuits de chauffage.
- En géothermie, l'eau qui ressort d'une sonde à 18-20°C après l'hiver peut refroidir directement le bâtiment, sans passer par la pompe à chaleur — à condition que les émetteurs intérieurs (plafonds froids, poutres froides) soient adaptés à une eau tempérée.
- Un forage géothermique descend typiquement de 50 à plus de 150 m sous terre.
Comment la chaleur perdue par le refroidissement devient le chauffage de la tour ?
Quatre refroidisseurs, deux métiers différents
Dans la tour EDGE East Side, quatre refroidisseurs Climaveneta de la série i-FX-G05, à compresseurs à vis pilotés par onduleur, fournissent une puissance frigorifique combinée d'environ 2,7 MW. Mais ces quatre machines ne font pas le même travail.Deux d'entre elles, d'environ 600 kW chacune, pré-refroidissent l'air aspiré par la ventilation avant qu'il n'entre dans les étages. Les deux autres, de 830 et 842 kW, climatisent directement les pièces via des plafonds climatiques, où circule de l'eau froide.
Le réservoir qui ne laisse rien se perdre
Chaque fois qu'un refroidisseur retire de la chaleur à l'air ou à l'eau, cette chaleur ne disparaît pas : elle est évacuée quelque part. Dans cette tour, le refroidisseur le plus puissant stocke cette chaleur perdue dans un réservoir tampon installé au sous-sol, puis la redistribue vers plusieurs circuits de chauffage et sous-stations.Deux centrales de ventilation, elles aussi équipées de récupération de chaleur et reliées au réseau de chauffage urbain, assurent l'apport d'air frais et couvrent la charge de base en chauffage comme en refroidissement. Quand cela ne suffit pas, l'appoint vient soit du réseau urbain, soit de la fonction récupération de chaleur d'un des refroidisseurs.
Selon l'étude de cas publiée par Mitsubishi Electric sur ce chantier : « La chaleur récupérée ne quitte pas le système ; au lieu de cela, elle est réutilisée de manière efficace et distribuée à plusieurs circuits de chauffage et sous-stations, atteignant finalement les pièces via des plafonds tendus. »
Un pilotage qui s'ajuste à la demande
Le matériel compte, mais la façon de le piloter compte tout autant. Les compresseurs à vis pilotés par onduleur permettent un ajustement continu de la puissance, ce qui rend les unités économes même à charge partielle — soit la majorité du temps, puisqu'une tour tourne rarement à pleine capacité.La commande, via les plateformes W3000+ et KIPlink, intègre ces équipements à la gestion technique du bâtiment : éclairage, chauffage et climatisation s'ajustent en temps réel selon l'occupation réelle des pièces, plutôt que de tourner en continu par défaut.
Le fluide frigorigène utilisé, le R513A, complète ce tableau : il affiche un pouvoir de réchauffement global inférieur de 56 % à celui du R134a qu'il remplace, tout en étant non toxique et non inflammable (classé A1 selon la norme ASHRAE 34), avec des performances thermodynamiques comparables.
Pourquoi la géothermie reste la championne du rendement, même pour un très grand bâtiment ?
Face à cette orchestration de groupes froids, une autre technologie répond au même problème par un chemin différent : la géothermie peu profonde. Une sonde géothermique est un échangeur de chaleur installé dans un forage vertical, parcouru par une boucle hydraulique à eau glycolée. Ce forage descend typiquement de 50 à plus de 150 m, selon le type de sol.
L'intérêt de creuser aussi profond tient à une propriété simple du sous-sol : en dessous de 10 à 15 m, sa température reste constante toute l'année, au-dessus de 10°C, et augmente ensuite de 2 à 3°C tous les 100 m. Une pompe à chaleur qui puise dans cette ressource stable n'a presque jamais à lutter contre un air extérieur glacial en hiver ou brûlant en été.
C'est ce qui explique l'écart de performance mesuré par Buildwise, le centre belge de recherche en construction, dans sa fiche technique sur la géothermie pour le chauffage et le refroidissement : une pompe à chaleur sol-eau peut atteindre un coefficient de performance (COP) de 8, contre 4 pour une pompe air-eau. À besoin de chaleur égal, la version géothermique consomme donc deux fois moins d'électricité que la version classique — un calcul détaillé plus loin.
Le sol comme réserve d'une saison sur l'autre
La géothermie offre un second mécanisme d'économie, à une échelle de temps bien plus longue que le réservoir tampon d'une tour comme EDGE East Side. Une fois la saison de chauffe terminée, si l'eau qui ressort de la sonde est encore à 18-20°C et que les émetteurs intérieurs du bâtiment (plafonds froids, poutres froides) sont adaptés à une eau tempérée, elle peut refroidir directement le bâtiment sans passer par le mode froid de la pompe à chaleur : c'est le free-geocooling.Le refroidissement estival, à son tour, réchauffe le sol et le prépare pour la saison de chauffe suivante. Chauffage et refroidissement ne sont donc pas deux usages concurrents du même forage : ils sont complémentaires, le sol jouant le rôle d'un réservoir thermique qui s'étend sur l'année entière — là où le réservoir tampon d'un groupe froid ne couvre que quelques heures ou quelques jours.
Le vrai défi d'une tour : trouver la place pour forer
Un forage, oui, mais où ?
Sur le papier, la géothermie bat la récupération de chaleur sur groupes froids sur le seul critère du rendement hivernal. Alors pourquoi une tour comme EDGE East Side n'a-t-elle pas misé sur un champ de sondes plutôt que sur quatre refroidisseurs reliés à un réseau urbain ?La réponse tient à une contrainte que Buildwise documente précisément pour les projets en ville ou en rénovation : l'installation de sondes y est soumise à des contraintes de faible emprise au sol, d'espaces exigus et de difficultés d'accès pour la machine de forage. Des solutions de repli existent — une foreuse plus petite, un forage en cour, en jardin ou sous un parking souterrain — mais elles limitent mécaniquement le nombre de sondes qu'on peut installer sous l'emprise d'une tour, souvent occupée au sol par le hall d'entrée, les locaux techniques et les accès de sécurité.
Une tour de grande hauteur concentre des dizaines de milliers de m² de bureaux sur une emprise au sol réduite. Le besoin de chaleur et de froid est donc considérable, mais la surface disponible pour forer en dessous ne l'est pas. C'est cette asymétrie qui pousse souvent les grandes tours vers l'hybridation observée à Berlin : récupérer la chaleur perdue par les groupes froids eux-mêmes, et s'appuyer sur un réseau de chauffage urbain pour l'appoint, plutôt que de dépendre d'un seul grand champ de sondes.
Buildwise souligne d'ailleurs que la géothermie est un complément idéal aux réseaux de chaleur existants : elle fournit une eau tempérée distribuée avec de faibles pertes thermiques, l'appoint étant assuré ponctuellement par des pompes à chaleur dans les bâtiments raccordés. En contexte urbain dense, c'est souvent cette combinaison — réseau urbain plus récupération locale — qui remplace un champ de sondes impossible à caser.
Sur un chantier de sondes géothermiques, comme celui qu'impliquerait un tel champ installé au pied d'une tour, les rôles se répartissent clairement : le chauffagiste détermine les besoins thermiques du bâtiment, tandis que le foreur calcule la profondeur et le nombre de sondes nécessaires, réalise les forages, installe les sondes et leurs connexions, remplit le circuit et teste son étanchéité avant que le chauffagiste ne raccorde la pompe à chaleur.
L'équation économique : investir plus pour gaspiller moins
Reprenons les deux chiffres de Buildwise : un COP de 8 pour une pompe à chaleur géothermique, un COP de 4 pour une pompe à chaleur air-eau. Le COP indique combien de kWh de chaleur utile on obtient pour 1 kWh d'électricité consommée.
Pour produire 8 kWh de chauffage :
- la version géothermique (COP 8) consomme environ 1 kWh d'électricité ;
- la version air-eau (COP 4) consomme environ 2 kWh d'électricité pour le même résultat.
Cet écart de consommation ne se paie pas tout seul : Buildwise le rappelle, l'investissement initial d'une installation géothermique est plus élevé que celui d'une pompe à chaleur air-eau classique.
À cela s'ajoutent des bénéfices moins souvent chiffrés : les pompes à chaleur géothermiques sont silencieuses, consomment moins d'électricité au quotidien, et renforcent l'indépendance énergétique du bâtiment — des arguments qui pèsent sur la durée, même si le montant de départ est plus élevé.
Questions fréquentes
Comment hisse-t-on des refroidisseurs de plusieurs tonnes au sommet d'une tour ? Dans le chantier de l'EDGE East Side, les refroidisseurs — entre 6 700 et 9 700 kg chacun — ont été hissés à 142 m de hauteur en trois heures, à l'aide d'une grue fournie par le client. Derrière chaque mécanisme énergétique silencieux se cache une opération de levage très concrète, planifiée au même titre que le gros œuvre.
Le free-geocooling fonctionne-t-il aussi en plein été ? Il s'active surtout en intersaison, juste après la saison de chauffe, quand la température du sol a baissé sous l'effet de l'extraction de chaleur hivernale : l'eau qui ressort de la sonde, autour de 18-20°C, peut alors suffire à refroidir le bâtiment sans faire tourner le compresseur de la pompe à chaleur, ce qui évite la consommation électrique associée au mode froid, à condition que les émetteurs intérieurs soient adaptés à une eau tempérée.
