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Wikigeotech:Pieux géothermiques

De Wikibardig
Représentation de pieux géothermiques[1]



Sommaire

Principe et généralités

Les pieux géothermiques sont des ouvrages géotechniques qui assurent leur rôle mécanique de fondation mais auxquels on attribue un second rôle, énergétique cette fois. Tous les ouvrages géotechniques sont susceptibles d’être des géostructures thermiques. Bien que cela dépendent des régions du monde, les pieux géothermiques sont les géostructures les plus couramment utilisées du fait de leur proximité technique avec les autres systèmes de géothermie plus classiques.

L’idée est de tirer profit de la chaleur naturellement présente dans le sol, en contact avec les pieux. En effet, le béton, connu pour ses propriétés mécaniques, possède également de bonnes propriétés thermiques[2] (conductivité et stockage de chaleur). Les pieux géothermiques font donc partie des géostructures thermiques qui se classent dans les techniques de géothermie de très basse énergie, c’est-à-dire, dans les trente premiers mètres du sous-sol, là où la température est relativement stable (insensible aux variations saisonnières et journalières extérieures) autour de 14°C en France métropolitaine.

Le principe consiste à fixer à l’intérieur des pieux des tubes échangeurs de chaleur. Ces derniers sont traversés par un fluide caloporteur qui est mis en mouvement par une pompe à chaleur et qui circule des pieux jusqu’au bâtiment. L’un des avantages de cette technique est que la pompe à chaleur est généralement inversible. Ainsi, il est possible de puiser de la chaleur dans le sol pour chauffer le bâtiment en hiver ou alors d’injecter de la chaleur dans le sol pour rafraichir le bâtiment en été.




Équipement d'un pieu géothermique

Les pieux géothermiques se différencient des pieux classiques par le fait qu’ils sont soumis en plus des charges mécaniques classiques à des charges thermiques induisant des déformations et des contraintes dans la structure. Ces charges thermiques, du fait des besoins du bâtiment, sont généralement cycliques, ce qui entraine des effets particuliers sur la mécanique de l’ouvrage.

La présence d’écoulement d’eau dans le sol complexifie encore la question puisque les échanges thermiques qui impactent la mécanique des ouvrages sont très fortement sensibles à l’hydrologie[3]. Le sol devient donc le théâtre de différents couplages entre hydrologie, thermique et mécanique.

Schéma représentant les effets mécaniques thermiquement induits sur un pieu géothermique






Avantages économiques et environnementaux

Les pieux géothermiques permettent de créer une énergie renouvelable et par la même occasion, de réduire les émissions de gaz à effet de serre dont le secteur du bâtiment est l’un des responsables majeurs. On considère que 320 kg de CO2 sont économisés pour chaque kW produit par une source utilisant une pompe à chaleur (Selon British Building Services Research and Information Association).
L’avantage principal de cette technique est qu'elle ne nécessite pas de travaux de forages supplémentaires, contrairement aux autres techniques de géothermie, et se présente donc comme une solution relativement économique sur le long terme[4].
A la différence des autres énergies renouvelables classiques, cette technique peut être utilisée partout sur terre et dans n’importe quelles conditions[2], sans contrainte climatique ou journalière.

D’un point de vue économique, on considère que le Temps de Retour sur Investissement (TRI) pour une structure géothermique varie entre 7 et 12 ans[5].
Cela dépend du projet en lui-même et des subventions qui lui sont allouées. De plus, contrairement aux méthodes de géothermies classiques, les pieux géothermiques permettent de répondre à une demande énergétique avec des surcoûts très acceptables car cette technique n’étend pas le chantier dans le temps[4], contrairement aux sondes géothermiques, qui nécessitent des excavations en plus de celles qui permettent la mise en place des fondations. Dans le cas de structures géothermiques, aucune excavation supplémentaire n’est réalisée car le système d’échange de chaleur fait partie des fondations.

Références

  1. Bertrand François ((2017). Présentation Optimisation de la source froide : valorisation de la géothermie peu profonde.
  2. 2,0 et 2,1 Hossam Abuel-Naga et al. (2015). Energy piles : current state of knowledge and design challenges. Environmental Geotechnics Volume 2 Issue E.
  3. Yvon Delerablee (2019). Intégration thermique et mécanique des géostructures thermiques : de l'échelle du bâtiment à l'échelle de la cité. Thèse de doctorat, Université Paris-Est Marne la vallée, 315 p.
  4. 4,0 et 4,1 Alice Di Donna, Marco Barla and Tony Amis (2017). Energy Geostructures: Analysis from research and systems installed around the World.
  5. CFMS/SYNTEC INGENIERIE/SOFFONS-FNTP (2017). Recommandations pour la conception, le dimensionnement et la mise en œuvre des géostructures thermiques.
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