« Affiner le potentiel géothermique des grandes métropoles »

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TRAJECTOIRE LE MAGAZINE, DÉCEMBRE 2018

Fruit d’une collaboration entre Antea Group et le Laboratoire Sols, Roches et Ouvrages géotechniques de l’Ifsttar, la thèse CIFRE que s’apprête . soutenir Yvon Delerablée vise notamment à étudier l’impact de la circulation des nappes d’eau souterraines sur les systèmes géothermiques urbains.

Ces travaux qui s’appuient à la fois sur un modèle numérique et expérimental devraient permettre de mieux cerner le potentiel géothermique des gares du futur métro Grand Paris Express.

Quel est l’objet de votre thèse ?
Yvon Delerablée : Mon travail de thèse porte sur la géothermie très basse température en milieu urbain. Cette technologie repose sur l’utilisation de tubes échangeurs de chaleur dans lesquels de l’eau est mise en circulation entre +1°C et +35°C. Lors de la construction d’infrastructures souterraines comme des parkings ou des gares, ces tubes peuvent être intégrés dans les parois en béton de leurs fondations ce qui permet de chauffer le bâtiment en hiver et de le refroidir en été de manière efficace et à moindre coût. L’objectif de ma thèse était d’analyser les performances de tels dispositifs géothermiques au niveau d’un bâtiment ainsi que leurs interactions éventuelles avec d’autres dispositifs géothermiques localisés dans son voisinage immédiat. Il s’agissait par ailleurs de mieux comprendre l’impact de la circulation des nappes d’eau souterraines sur le fonctionnement de ces systèmes géothermiques à l’échelle d’une agglomération.

Comment avez-vous procédé pour mener vos investigations ?
Y. D. : Nous avons d’abord conçu un modèle numérique en trois dimensions permettant de simuler l’écoulement d’une nappe d’eau souterraine autour d’un parking ou d’une gare. Ce modèle couplé a notamment permis d’analyser l’influence de la vitesse d’écoulement de l’eau de la nappe sur les échanges thermiques à l’échelle d’un ou plusieurs ouvrages souterrains de ce type. Cette modélisation a été complétée par une phase d’expérimentation au sein de la chambre climatique Sense-City de Champs-sur-Marne. Dans cette cuve de 400 m2 pour une profondeur de 3 m, nous avons reconstitué à l’échelle 1/10 ème la structure de plusieurs ouvrages souterrains équipés de dispositifs géothermiques. En modifiant l’orientation et la vitesse d’écoulement d’une nappe d’eau dans cet espace par ailleurs rempli de sable, nous avons pu mesurer, à l’aide de capteurs, les variations de température au sein de la structure en béton armé de ces bâtiments en miniature ainsi que dans le terrain environnant.
En quoi vos recherches devraient-elles aider à améliorer les performances des installations géothermiques susceptibles d’équiper certaines gares du Grand Paris Express ?
Y.D. : Grâce à ces travaux, les maîtres d’ouvrage des gares du futur métro francilien souhaitant les équiper de systèmes géothermiques disposent désormais de recommandations pour optimiser leur efficacité en tenant compte à la fois de la nature du terrain, des installations géothermiques existantes et de la présence éventuelle d’une nappe d’eau souterraine. Lorsque cette dernière rencontre la façade d’un bâtiment doté d’un dispositif géothermique, mes recherches ont montré qu’elle pouvait faire barrage à l’écoulement et modifier la recharge thermique du système. Une nappe d’eau souterraine en circulation peut également capter la chaleur d’ouvrages géothermiques situés en amont ce qui provoque la diffusion d’un panache thermique à même de réduire les performances géothermiques d’une gare qui serait construite plus en aval. En prenant en compte des facteurs de ce genre, ma thèse devrait contribuer à affiner le potentiel géothermique de métropoles comme le Grand Paris.

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