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Les pieux géothermiquesCABOURG – 08 au 10 novembre 2011
LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES
GÉOTECHNIQUE
Les pieux géothermiques08 novembre 2011
Julien HABERT / CETE NP
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GÉOTECHNIQUE
• Géothermie : 2 principes– Source de
chaleur : gradient géothermique
– Inertie thermique
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GÉOTECHNIQUE
• Principe des pieux géothermiques : si des fondations profondes sont déjà nécessaires pour des considérations mécaniques, réutilisation des pieux comme échangeurs thermiques
Pieux géothermiques
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GÉOTECHNIQUE
• Double utilisation– Chauffage– Climatisation
=> bilan global neutre
• Pompe à chaleur– Rendement compris entre 3 et 5
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GÉOTECHNIQUE
• Pieux forés
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GÉOTECHNIQUE
• Mais aussi des barrettes isolées ou des barrettes de paroi moulée...
• …et des pieux préfabriqués battus
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GÉOTECHNIQUE
Construction Lieu AnnéePuissance
Chauffage
Rea Center 1996 - 270 kW
Centrum Bank Vaduz, Finlande 2002 150 kW 100 kW
Vienne, Autriche 2004 245 pieux 1680 kW 2026 kW
Dornbirn, Autriche 2005 357 pieux 600 kW 500 kW
Nature des échangeurs Refroidissem
entBad Schallerbach,
Autriche9 pieux, parois
mouléesStrabag
KonzernzentraleBatiment
PanoramaHaus
• Exemples de projets réalisés
• Nombre de
projets en
2006
=> « rien »
en France Sui
sse
Aut
riche
Hol
land
e
Alle
mag
ne
Lie
chte
nste
in
Chi
ne
Ital
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0
5
10
15
20
25
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GÉOTECHNIQUE
• En France, la technologie n'est pas mise en pratique du fait du « blocage » des bureaux de contrôle : interrogations légitimes sur le comportement thermo-mécanique des pieux– Tous les matériaux changent de volume avec les variations de
température• Si la température augmente : dilatation des matériaux• Si la température baisse : comportement contractant
– On peut définir un coefficient de dilatation thermique αT = variation d'une barre de longueur égale à 1 m pour une variation de température de 1°C
– Exemple de l'acier et du béton : αT = 1,2 10-5 = 0,0012 %
– Rail ferroviaire de 30 m de longueur entre été (40 °C) et hiver (-20 °C) => variation de longueur : 2,16 cm
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GÉOTECHNIQUE
• => Joints de dilatation thermique sur les ponts
• Des problèmes similaires sur les pieux– Tassements supplémentaires– Efforts parasites dans les structures– Mais aussi :
• Interrogations sur la variation des caractéristiques mécaniques elles-mêmes
• Durabilité du béton
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GÉOTECHNIQUE
• Modélisation : objectif, faire un outil d'ingénierie– Retour sur le comportement des sols chargés verticalement :
calculs aux modules de réaction (PIVER, Foxta)
=> PITHER : PIeu chargé THERmiquement
– On décompose les déformations d'origine mécanique (εe) et thermique (εth)
– Le pieu est supposé thermo-élastique et sa température est supposée homogène et εth = αT ∆T
– Problème 1D qui peut être résolu par discrétisation puis itération en imposant le déplacement en pointe de pieu jusqu'à obtenir les conditions en tête « adéquates »
=e
th
1
2
1
i
n
TN
Mobilisation du terme de pointe
Mobilisation du frottement latéral
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GÉOTECHNIQUE
• Comportement mécanique : calage des « ressorts »– Comportement en pointe : Règlementaire :
fascicule 62 titre V et Frank et Zhao (1982)– Lois d'interfaces
• Règlementaires : Frank et Zhao• Monnet (2000)
q
w
Kp
Kp/5
qp
t
w
Kt
Kt/5
qs
t
w
qs
wu
43
Em
B
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GÉOTECHNIQUE
• Exemple : pieu libre réfroidi (-15°)
=> Importance des conditions en tête!
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1000 2000 3000
N (kN)
z (m
/TN
)
Mécanique
Thermique
0
5
10
15
20
25
30
35
-100 -50 0 50 100
qs (kPa)z
(m/T
N)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15
w (mm)
z (m
/TN
)
Qs (kN) 3299 Qp (kN) 3142
Qu (kN) 6440 QELU (kN) 4045 QELS (kN) 2771
e (m) sol ncouches rhéologie Em (Mpa) a qs (kPa) p l (MPa) kp
27 Argile 20 fin 5 0,67 30 0,4
3 Sable 10 grenu 40 0,50 80 2,5 1,6Argile molle
Sable compact3 m
30 m
27 m
B = 1 m
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• Abaque synthétiqueDNt : effort en tête de pieuDwt : tassement en tête de pieuk : rigidité en tête de pieu
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GÉOTECHNIQUE
• Travaux réalisés ou en cours– Utilisation sur un cas réel : étude de la gare de Tramway de
Tours
– Test du logiciel sur site expérimental : pieux d'essais du futur bâtiment de l'IFSTTAR (batiment Descartes à Marne la Vallée) => 2012
– Vente du logiciel/feuille de calcul à un BE privé (Ecome)
• Réponse à appel à projet national : Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés (SEED)– Partenaires : Ecome, IFSTTAR, CERMES/UMR Navier,
USTL, ENSG, EPFL
– => projet GECKO : GEostructures – stoCKage-sOlaire
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GÉOTECHNIQUE
• Futurs développements– Lois de comportement de sols complexes– Chargement thermique cyclique
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Merci de votre attention