Visite de la plateforme géothermie du BRGM par le SER en 2019
@BRGM
Inaugurée en décembre 2008, la plate-forme Géothermie du BRGM permet de tester tout type d’échangeur superficiel à boucle fermée. Cette plateforme est co-financée par la Région Centre et le FEDER depuis sa phase de construction.
Il s’agit d’un site laboratoire unique en France destiné à tester en conditions réelles les échangeurs géothermiques superficiels qui équipent les maisons individuelles ou bâtiments de petite taille pour la fourniture de chaud et de froid. Pour ce type d’habitat la plate-forme va plus précisément s’intéresser aux solutions exploitant des échangeurs de chaleur implantés dans le proche sous-sol, c'est-à-dire à une profondeur n’excédant pas 100 m ou 200 m. La plate-forme est constituée de différents types d’échangeurs géothermiques connectés à une machinerie thermodynamique. Une instrumentation innovante a également été mise en œuvre sur cette plate-forme permettant de suivre au plus près l’évolution de l’environnement souterrain suite aux sollicitations thermiques imposées par les échangeurs géothermiques.
Ses objectifs :
- Accompagner les professionnels vers un développement de la géothermie respectueux des ressources du sous-sol grâce aux recommandations issues des campagnes scientifiques de tests.
- Contribuer à la formation des futurs professionnels grâce aux partenariats, échanges et projets communs noués avec des centres de formations.
- Diffuser la connaissance sur les échangeurs géothermiques superficiels via des visites de la plate-forme. Vous êtes un enseignant, un chercheur, un étudiant, un industriel, un professionnel du secteur géothermique et vous souhaitez organiser votre visite ? Merci de remplir ce formulaire de contact
Les installations
plan de situation de la plateforme géothermie
@BRGM
La plate-forme est constituée de différents types d’échangeurs géothermiques en boucle fermés connectés à une machinerie thermodynamique. Celle-ci permet d’imposer différents types de consigne en termes de température d’injection, débit de fluide caloporteur, puissance échangée. D'autres machine thermodynamique innovantes peuvent aussi être connectés à la machinerie de la plateforme pour en valider et explorer le fonctionnement. Un système de contrôle-commande permet de réguler l’installation par informatique sur place ou à distance par l’intermédiaire d’une connexion réseau.
Machinerie & Instrumentation
Circuit hydraulique de la plateforme géothermie du BRGM
@BRGM
La machinerie thermodynamique de la plateforme reproduit les sollicitations du sous-sol en chaleur ou rafraîchissement de tout système thermodynamique susceptible d’être raccordé à de tels échangeurs géothermiques (pompe à chaleur de maison individuelle, chaleur excédentaire de panneaux solaires, …).
Ce dispositif permet ainsi d’imposer des cycles de fonctionnement spécifiques (contrôle des températures et débits d’entrée) sur chacun des 6 circuits régulés et hydrauliquement découplés, connectés aux différents échangeurs ou machines testés.
Caractéristiques et spécificités :
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Thermo-frigo pompe permettant de produire respectivement du chaud à hauteur de 190 kW et du froid à hauteur de 210 kW.
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Alimentation des échangeurs géothermiques dans la gamme de température [-3 ; +40°C].
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Deux ballons tampons de 1 500 L chaud et froid, respectivement maintenus à des températures de - 8 et 60°C.
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Pilotage des essais par automate programmable industriel.
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Interface web de pilotage et suivi des essais à distance.
Connecteurs fibre optiques sur la plateforme géothermie
@BRGM-Boucley
Par ailleurs, 13 km de fibres optiques sont déployées au voisinage de tous les échangeurs. Ces fibres permettent des mesures distribuées de température, c’est à dire qu’elles permettent une mesure moyenne de température le long de chaque mètre de fibre déroulée.
Caractéristiques et spécificités :
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L’acquisition des températures est effectuée avec une durée d'acquisition minimale d'une minute.
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Les températures sont mesurées en moyenne sur chaque mètre de fibre déroulée dans le sous-sol.
Ainsi, près de 13 000 valeurs de température du sous-sol peuvent être mesurées toutes les minutes.
Echangeurs horizontaux
Un échangeur géothermique horizontal est constitué d'un tube fermé serpentant à une profondeur précise du sol, généralement autour de un mètre. Si son installation est simple et économique, il peut être sensible au variation saisonnière de température, et nécessite un terrain dégagé pour être installé. La puissance maximale extractible est de 10 à 40 W/m2 de surface de terrain, suivant les propriétés du sol et du climat.
La surface d'échangeurs horizontaux installés sur la plate-forme est divisée en 4 secteurs de 100 m². Chacun des 4 secteurs est caractérisé par le type de surface (pelouse ou caillebotis végétalisé, également désigné comme « parking ») et son exposition – (soleil ou ombre). Les tubes dans lesquels circule le fluide caloporteur sont espacés de 50 cm, la longueur totale de tube par secteur est de 200 m répartie en 2 circuits parallèles de 100 m chacun. Les tubes sont placés à une profondeur de 1 m comme illustré sur la photo prise lors de leur mise en place.
Trois fibres optiques ont été installées pour mesurer l'évolution de la température du sol : la 1ère le long du tube de l'échangeur et les 2 autres disposées suivant le même schéma 0, 50 cm en dessous et au dessus.
Cette installation a été mise en place grâce au projet ANR-CARNOT SOLYTHER afin d'étudier le comportement de ce type d'échangeur face à l'environnement.
Sondes géothermiques verticales
Ces sondes géothermiques verticales sont constituées d'un double tuyau en U mis en place dans des forages verticaux et dans lesquels circule un fluide caloporteur en boucle fermée (généralement un mélange eau – monopropylène glycol). Comme le recommande la norme NF X 10-970, une cimentation de ces forages sur toute leur hauteur a été réalisée afin d’assurer un bon échange thermique et d’éviter la mise en communication de différents niveaux aquifères.
Une des sondes est constituée d'un tuyau coaxial en 5 tubes (voir ci-dessous).
Dans le cadre du projet VERTHYGE, 3 piézomètres ont été installés avec ces échangeurs afin d'analyser l'impact de l'hydrogéologie et de la géologie sur les performances des sondes géothermiques.
Le projet ABC STORAGE a permis l'installation d'un champ de 13 sondes verticales dans le but de mesurer et d'améliorer la capacité de stockage de chaleur ou de froid en sous-sol.
Des modélisations ont été effectuées en amont pour déterminer la meilleure configuration du champ de sondes prenant notamment en compte la profondeur des sondes, leur agencement et leur espacement. La configuration retenue est : 13 sondes agencées sous forme d'étoile (pour retenir la chaleur ou le froid en sous-sol tout en réduisant l'influence des échanges entre les sondes), installées à 100 m de profondeur et espacées de 4,5 m.
De plus, différents modes d'installation ont été testés :
- En positionnant ou non, des écarteurs entre les tubes des tuyaux double U : les perfomances des sondes augmentent avec les écarteurs qui permettent de bien positionner les tubes lors du forage (ceci évite que les tubes s'enroulent, s'écrasent ou se pincent).
- En injectant ou non, du coulis géothermique amélioré : le coulis amélioré offre de meilleurs résultats de transfert thermique.
Echangeurs compacts (corbeilles géothermiques)
Installations de corbeilles géothermiques Terrendis sur la plateforme géothermie
@BRGM
Les corbeilles de marque TERRENDIS® installées sur la plate-forme sont présentés sous forme de ressorts de 1 à 1,2 m de diamètre et 2,3 à 2,7 m de hauteur. Celles-ci sont transportées repliées à plat afin d'en réduire l'encombrement et d’optimiser les coûts de transport et de stockage.
Les corbeilles de marque REHAU® installées sur la plate-forme se présentent aussi sous forme de ressorts de 38 cm de diamètre et 3 m de hauteur. Celles-ci sont transportées sous une forme compacte, afin également d’optimiser les coûts de transport et de stockage. La hauteur des sondes conditionnées est de 1,1 m. L'une des 7 corbeilles de ce format a été confectionnée en cuivre dans les ateliers du BRGM afin d'évaluer l'impact du matériau du tube sur la performance d'échange thermique, les autres étant fournies par REHAU® en polyéthylène réticulé (PEX). Le schéma ci-après précise l'implantation de ces corbeilles sur la plate-forme.
Ce type d'échangeur a fait l'objet d'un projet collaboratif CORGEOSOLA dans le but d'optimiser la conception des corbeilles géothermiques, une solution encore peu développée.
Puits canadiens
Entrée d'air des puits canadien de la plateforme géothermie
@ BRGM
Les puits canadiens, enterrés d'1 à 2 m de profondeur sont relativement similaires aux échangeurs géothermiques horizontaux à la différence que de l'air circule dans les tuyaux plutôt que de l'eau.
Ils permettent de préchauffer ou rafraîchir l'air de ventilation d'un bâtiment. En effet, l'air extérieur s'y réchauffe ou s'y refroidit par contact avec le sous-sol où la température est plus stable que celle de l'air extérieur.
C'est ainsi que nos chalets Maintenance et Métrologie sont chauffés et rafraîchis par le sous-sol avec au besoin le complément d'un réchauffeur électrique pour l'un et d'une Pompe à Chaleur Air/Air pour l'autre.
Caractéristiques et spécificités de ce type d'échangeur :
- Installés entre 1 et 2 m de profondeur
- La température d'air de ventilation est peu influencée par le climat par rapport à un système classique
- Terrassement nécessaire