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Julien HABERT – CETE Nord-Picardie Page 1/16 Les pieux géothermiques CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Les pieux géothermiques 08 novembre 2011 Julien HABERT / CETE NP

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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

ie

Ang

lete

rre

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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LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

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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LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

GÉOTECHNIQUE

• Abaque synthétiqueDNt : effort en tête de pieuDwt : tassement en tête de pieuk : rigidité en tête de pieu

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LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

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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LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

GÉOTECHNIQUE

• Futurs développements– Lois de comportement de sols complexes– Chargement thermique cyclique

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GÉOTECHNIQUE

Merci de votre attention