Impacts de la géothermie de basse température sur les sols, les nappes et les structures

Responsables

Jeanne-Sylvine Guédon (Ifsttar/GERS/SRO) et Charles Kréziak (CETE IdF)

Enjeux et objectifs

Les conclusions du Grenelle de l’Environnement ont abouti à des objectifs chiffrés ambitieux quant au rôle de la Géothermie de basse ou très basse température à l’horizon 2020.

L’objectif de cette opération est de contribuer à la mise en œuvre du « Plan géothermie », dans une optique « principe de précaution + optimisation » en s’attachant plus particulièrement à l’amélioration des connaissances sur les mécanismes induits par des échanges thermiques forcés dans le proche sous-sol et sur les paramètres et méthodes de dimensionnement de différents procédés, en vue de favoriser l’essor de techniques tout en limitant leurs effets indésirables.

Outre les applications à usage du bâtiment, cette opération vise à explorer également les potentialités de la géothermie pour résoudre des problèmes spécifiques aux infrastructures tels que la prévention du gel sur les chaussées ou pistes aéroportuaires.

Sujets traités

1. Nomenclature des dispositifs et technologies
Les travaux s’appuyant sur les constatations des pratiques de terrains et de l’état de l’art permettront de mieux appréhender les incidences potentielles des systèmes géothermiques de proche surface. L’objectif est notamment de produire des documents d’appui pour les particuliers et des méthodologies d’évaluation des enjeux pour les professionnels et l’administration.

2. Dimensionnement et impacts environnementaux de systèmes géothermiques – pathologies induites par leur fonctionnement
Un examen des méthodes de dimensionnement mises en œuvre pour ces systèmes et en particulier des méthodologies de caractérisation des sites et des paramètres dimensionnant. L’objectif de l’axe est notamment d’identifier les dysfonctionnements qui tirent leur origine des difficultés de réalisation ou de déficiences de reconnaissances, afin de préconiser des méthodes et moyens de reconnaissances pour les études de faisabilité.

3. Caractérisation des propriétés thermiques des matériaux et de leurs modifications potentielles au cours du temps : sols, nappes et produits cimentaires
A l’issue d’une phase d’inventaire des méthodes et outils de caractérisation des propriétés thermiques des sols en laboratoire et in situ, les participants examineront le comportement des constituants enterrés des systèmes géothermiques (notamment les coulis de scellement) sous l’effet de cycles thermiques.

Effet de cycles de gel-dégel sur des éprouvettes représentant une Sonde Géothermique Verticale (LR Nancy – 2010)

4. Systèmes géothermiques appliqués aux infrastructures
Il s’agit de mener des études expérimentales de systèmes géothermiques puis des modélisations afin de valider des méthodes de calcul et de définir des instrumentations pour valider les modèles. Les travaux seront plus spécifiquement dédiés aux pieux géothermiques et à leur comportement sous l’effet des cycles thermiques.

Aspect des efforts et déformation d’un pieu subissant une charge de 10°C en étant bloqué en tête (CETE NP – 2011)
Fixation des échangeurs thermiques sur une cage d’armature de pieux (CETE NP - 2013)

5. Effets des échanges thermiques sur la chimie de l’eau et le milieu vivant
Les travaux se concentrent sur l’incidence possible des cycles de température induits par les systèmes de proche surface (échangeurs horizontaux notamment) sur les marqueurs biologiques.

Partenariats

  • Université de Lille, EPFL, BRGM, Institut Navier (Ifsttar/COSYS), Géothermie professionnelle.

Produits principaux visés

  • Préconisation de méthodes et moyens à mettre en œuvre dans le cadre des études de faisabilité des systèmes géothermiques de proche surface
  • Méthodes d’essais de caractérisation thermique des sols et des sites
  • Recommandations pour le dimensionnement et la réalisation de géostuctures (dont pieux géothermiques)
  • Monographies d’opérations exemplaires 

Thèses

  • Dimensionnement des pieux géothermiques – Université de Lille/USTL/CETE NP
  • Géothermie peu profonde : propriétés thermiques des matériaux, modifications potentielles au cours du temps – IFSTTAR

Opérations 

  • Opération ANR GECKO