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Des pieux géothermiques pour un collège
Perspective d'un pieu équipé de tubes de géothermie sur le chantier du collège d'Achères - © © Olivier Baumann

Des pieux géothermiques pour un collège

Olivier Baumann |  le 19/04/2013  |  EtatERPEquipementEducationEnergies renouvelables

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Le Conseil général des Yvelines a choisi d’équiper les pieux de fondation du nouveau collège d’Achères en construction d’un système de captage géothermique. Le procédé, développé par la société Ecome Géothermie Professionnelle, et qui a récemment obtenu un avis technique du CSTB, va permettre de couvrir 69 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire, et 86% des besoins de rafraîchissement.

« Nous avions connaissance et étions intéressés par le concept de fondations géothermiques depuis longtemps, mais c’est l’obtention de l’avis technique du CSTB qui nous a définitivement convaincus de franchir le pas ». Pour Roselyne Masse, chef du projet du nouveau collège d’Achères pour la Direction des bâtiments du Conseil général des Yvelines, comme pour beaucoup d’autres maîtres d’ouvrage publics, l’existence d’un avis technique est la condition sine qua non de l’inscription d’un procédé innovant dans les cahiers des charges. Ce précieux sésame (consultable sur le site du CSTB),  Ecome Géothermie Professionnelle l’a obtenu en juin 2012, après une démarche de trois ans qui, selon Jean-Baptiste Bernard, gérant de la société,  a relevé d’un véritable parcours du combattant. Mais enfin, l’avis technique est là, et il est probable que le procédé, déployé jusqu’ici sur une petite dizaine de projets français (contre environ 1 000 en Europe, voir le premier encadré ci-dessous) va maintenant pouvoir se diffuser largement. Il faut dire qu’il a de quoi séduire.

Transformer une contrainte structurelle en un atout énergétique

Le concept est simple : il consiste à profiter de la présence des fondations profondes, rendues nécessaires par la géologie du site, pour y intégrer un système de tubes géothermiques, qui vont permettre d’extraire la chaleur du sol en hiver et la fraîcheur en été (à faible profondeur et dans la grande majorité des terrains, voir le deuxième encadré ci-dessous). Autrement dit, il s’agit de transformer une contrainte structurelle en un atout énergétique.

Collège d'Achères. Installation d'un pieu géothermique par l'entreprise Sondefor.
Collège d'Achères. Installation d'un pieu géothermique par l'entreprise Sondefor. - © © Olivier Baumann

L’opportunité est d’autant plus intéressante que l’intégration des équipements géothermiques dans les fondations ne modifie qu’à la marge leur mode de réalisation, n’induisant généralement que de faibles surcoûts, compensés dans le temps par les économies d’énergie qu’elle génère (voir les tableaux ci-dessous). « S’il est bien étudié et intégré au projet suffisamment en amont, le système devient rentable pour le maître d’ouvrage », assure Jean-Baptiste Bernard.

Un tiers d'économies sur 25 ans

C’est aussi ce qu’a estimé le Conseil Général des Yvelines sur le projet du nouveau collège d’Achères. D’une surface utile de 2 600 m², le bâtiment, qui sera certifié HQE, avait des besoins en chauffage de 79,3 MWh/an, avec une puissance maximale de 228 kW. Le contexte géologique imposait de le fonder sur 93 pieux de 15 mètres de long.  84 sont équipés de tubes géothermiques.

Tableau sur la production énergétique du système géothermique
Tableau sur la production énergétique du système géothermique - © © Ecome Geothermie professionnelle

 

Reliés à une PAC géothermique, ils vont permettre de couvrir 69 % (au bout de 25 ans, davantage les premières années) des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Le système est couplé à une chaudière gaz d’appoint. En plus de fournir le complément d’énergie, cette dernière donne  le surplus de puissance nécessaire à certains moments de l’année, notamment lors des veilles de rentrée des classes.  « Au final, notre système va générer 1/3 d’économie sur 25 ans comparé à la solution de référence, une PAC air/eau couplée à une chaudière gaz ». Soit 146 000 euros HT sur 25 ans. Le temps de retour lui, est estimé par Ecome Géothermie Professionnelle  à 16 ans.

Cerise sur le gateau, les besoins de rafraîchissement du bâtiment d’été seront assurés quasi « gratuitement »  à 86% par les pieux géothermiques. En effet pour assurer la pérennité du système géothermique, il faut équilibrer le sol thermiquement: les calories pompées dans le sol l’hiver y  sont ainsi réinjectées l’été.

Tableau sur l'intérêt économique des fondations thermo-actives
Tableau sur l'intérêt économique des fondations thermo-actives - © © Ecome Geothermie professionnelle


Ecome Géothermie Professionnelle, qui intervient sur le projet du collège d’Achères à la fois comme expert technique auprès du Bureau d’étude thermique et fluide Cotec et comme installateur de la solution, a plusieurs projets en cours. L’entreprise conçoit et met en œuvre actuellement 74 pieux géothermiques (chauffage et rafraîchissement) sur une pépinière d’entreprise à Bayonne (maître d’ouvrage : groupe Etchart). Elle effectue un travail similaire sur une station d’épuration à Maintenon (Eure-et-Loir). Elle répond également à un appel d’offre lancé par la RATP pour équiper de captages géothermiques 5 000 m² de parois moulées sur la future station du métro parisien « Mairie d’Aubervilliers », sur la ligne 12.

Maitrise d’ouvrage: CG des Yvelines; Entreprise générale: Francilia; Architecte: Atelier Dutrevis; Bureau d’étude thermique et fluide: COTEC; Mise en oeuvre captage: ECOME géothermie-Professionnelle; Fournisseur tubes caloporteurs: RYB Terra

Des pieux à la paroi moulée, la vaste panoplie des fondations géothermiques

Les pieux sont les fondations profondes les plus couramment mises en oeuvre. En toute logique, les pieux géothermiques sont de ce fait les géostructures énergétiques les plus nombreuses. Dans certains pays, elles sont monnaie courante : l’Autriche en comptait 23 000 en 2004, et l’Angleterre 5 000 en 2008. L’un des exemples les plus illustres est celui du terminal de l’aéroport de Zurich, en Suisse, où 300 pieux de gros diamètre (90 cm à 150 cm) ancrés à 30 m de profondeur fournissent une puissance de 630 kW.
Mais si le pieu est roi, tous les types de fondations peuvent être transformés en échangeurs de chaleur. Ainsi des parois de soutènement (parois moulées, parois berlinoises…), avec la tour Odéon à Monaco, dont les parois moulées et les barrettes de fondation intègrent 20 km de tubes échangeurs. Ou la tour Uniqa, à Vienne, reconnue par le programme européen « Green Building », dont les 55 barrettes fournissent 420 kW de puissance.
Les radiers de fondation situés suffisamment en profondeur peuvent également être équipés, à l’instar du parking Vinci Park Parmentier, à Neuilly-sur-Seine, dont 300 m² de la dalle de fondation sont équipés. Reliés à une pompe à chaleur, les tubes échangeurs suffisent à chauffer et à rafraîchir les locaux techniques et d’accueil du parking.
Plus rare est l’équipement de la voûte des tunnels et des parois des tranchées couvertes. Utilisé pour chauffer les stations de métro ou les bâtiments à proximité, le procédé a déjà été mis en oeuvre dans le métro de Vienne, en Autriche, et dans celui de Stuttgart, en Allemagne. En France, la technique suscite l’intérêt de la RATP qui vient de lancer un appel d'offres pour équiper 5 000 m² de parois moulées sur la future station de la ligne 12 "Mairie d'Aubervilliers".
Enfin, l’intégration des tubes échangeurs dans les fondations superficielles (dallages, semelles…) ne semble pas très recommandée vu le faible volume de terrain mobilisé et les pathologies que celles-ci subissent fréquemment (tassements différentiels, sols gonflants…).

Les fondations thermo-actives, comment ça marche ?

Même à faible profondeur, en France, la température du sous-sol est quasi constante (entre dix et quinze degrés Cel­sius) à dix mètres de profondeur. Fichés dans le sous-sol jusqu’à quelques dizaines de mètres, les pieux géothermiques sont en position idéale pour en extraire les calories l’hiver ou les y injecter l’été afin de chauffer ou rafraîchir le bâtiment. L’échange de chaleur s’effectue à travers la paroi en béton armé du pieu via un fluide caloporteur (eau pure ou additionnée de glycol) qui circule dans un réseau de tubes flexibles fixés à la cage d’arma­tures de la fondation. Ceux-ci effectuent des allers-retours le long du pieu pour maximiser la surface d’échange . En tête de chaque pieu, les réseaux convergent vers une pompe à chaleur qui va transfé­rer cette énergie vers l’intérieur du bâtiment. De nombreux paramètres optimisent la qualité d’un sol vis-à-vis des échanges thermiques : principalement sa bonne conductivité thermique et la présence d’une nappe d’eau active à faible profondeur, qui permet de régénérer rapidement son stock de calories.Côté mise en oeuvre, deux phases exigent un soin parti­culier : le coulage du béton, fait à vitesse contrôlée pour ne pas abîmer les tubes ; et le recépage (étêtage) du pieu après béton­nage, pratiqué avec précision pour ne pas les couper.

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