21 Géothermie Comment prévoyons-nous de démanteler les centrales nucléaires ? - Tec21
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21 144e année / 9 novembre 2018
Bulletin technique de la Suisse romande
DOSSIER
Géothermie
Pieux énergétiques
Anergie
Géothermie et opinion publique
Régénération thermique
Comment prévoyons-nous
de démanteler les centrales
nucléaires ?
Zurich-Ouest : un ascenseur rouge au style rétro
Depuis l’automne dernier, la musique classique résonne dans l’espace Maag. L’orchestre de
la Tonhalle réside pendant trois ans dans l’ancien entrepôt industriel. AS Ascenseurs a modernisé
un ascenseur de personnes dans un style rétro.
Que ce soit dans l’agréable foyer avec bar spacieux, dans
l’espace sonore destiné aux petits concerts de chambre
ou dans la bibliothèque de l’orchestre, l’ensemble de la
Tonhalle Maag exhale un charme post-industriel très sin-
gulier jusque dans ses moindres recoins. Jusqu’en 2001,
ce site de Zurich Ouest était utilisé par l’entreprise Gebrü-
der Maag Maschinenfabrik AG pour la production d’en-
grenages géants. L’année dernière, il a été transformé,
en un temps record et avec brio, en salle provisoire pour
l’orchestre de la Tonhalle.
Un écrin en épicéa
Dotée d’une capacité d’accueil de 1224 spectateurs, la
salle de concert proprement dite est aménagée d’après
le concept « box in the box », ce qui signifie qu’elle est
intégrée dans la halle existante. Pour ce projet, le bureau
d’architectes zurichois Spillmann Echsle Architectes, a
collaboré avec l’acousticien munichois Karlheinz Müller.
L’objectif consistait, moyennant le moins de travaux et de
frais possible, à obtenir un résultat optimal du point de vue
acoustique et esthétique. Les réflecteurs, dont certains
sont inclinés, ainsi que l’absence d’angles droits dans
toute la salle garantissent une acoustique équilibrée.
L’ascenseur dans le style rétro : extérieur d’époque et intérieur tout neuf.
Une modernisation tout en discrétion
Le travail d’équipe du client et du donneur d’ordre a joué
un rôle majeur dans le projet d’ascenseur du bâtiment
K. « Nous avons chargé AS de procéder à la modernisa-
tion de l’ascenseur de personnes sans toutefois que cela la nouvelle technique. L’installation présente d’anciens
ne se voie. La conservation des monuments historiques ferme-portes pivotants et un tableau d’époque à l’extérieur
exigeait en effet d’utiliser autant de pièces d’origine que de l’ascenseur, mais toute la technique de cette installa-
possible », affirme Harald Echsle. Dotée d’une structure tion CUST a été complètement renouvelée. L’installation
légère, la gaine existante a été pleinement exploitée. La possède un entraînement à courroies moderne et le local
cabine a été agrandie au moyen d’un arrondi supplémen- des machines se situe au-dessus de la gaine. De quoi as-
taire, si bien que l’ascenseur est désormais accessible surer la parfaite intégration de cet « ancien » ascenseur de
aux fauteuils roulants et est davantage en phase avec personnes flambant neuf dans la Tonhalle Maag.
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GÉOTHERMIE
21
Valoriser le sous-sol et ses infrastructures
7 Les géostructures énergétiques :
une énergie renouvelable sous nos pieds ntie
Gara ans
Margaux Peltier, Alessandro Rotta Loria et Lyesse Laloui 1 5
11 Autopsie d’un projet bien vivant Après - Pendant - Avant -
Protégé Sablé Rouillé
Fabrice Dupray, propos recueillis par Philippe Morel
STOP AUX ATTAQUES DE ROUILLE ET CORROSION
16 L’anergie : une nouvelle piste pour pour une eau propre et fluide!
la géothermie
David Orlando et Boris Clivaz, propos recueillis par Marc Frochaux > Nettoyage mécanique par sablage.
> Revêtement intérieur par résine (colmate même les perforations cuivre).
> Protection anti-corrosion garantie, sans entretien ultérieur.
> Idéal pour conduites d’eau sanitaire, de chauffage (également au sol), piscines, etc.
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26 ACTUALITÉS
Systema ideale quo exprimitur, aquarum per canales
hydragogos subterraneos ex mari et in montium
hydrophylacia protrusio, aquarumq[ue] subterrestrium
per pyragogos canales concoctus. Illustration tirée de
Mundus subterraneus, quo universae denique naturae
divitiae (1665) d’Athanasius Kircher (© alamy)
En ligne :
Pavillon suisse de la Biennale d’architecture 2020 :
7 équipes présélectionnées
Parmi les 51 dossiers reçus, le jury a sélectionné sept
équipes – quatre romandes et trois zurichoises –
invitées à défendre leur projet avant le deuxième tour.
http://bit.ly/Biennale2020_1
Paraissent chez le même éditeur :
TEC21 Nr. 45 (9.11.2018) Wo schliesst das Haus an
die Stromwende an?
Der nächste Nachhaltigkeitshype? | Wo die E-City
gegründet wird | Geteilte E-Mobilität
Nr. 44 (2.11.2018) BIM für komplexe Projekte
Hochbau: Kunst der Koordination | Tiefbau: Digitali-
sierung mit Hürden
ARCHI Nr. 5/2018 (08.18) Elogio della compressione
La pietra naturale massiccia | Sobrio e frugale |
C’è abbastanza pietra in Svizzera?
TRACÉS 21/2018 ÉDITORIAL 5
Caviar géothermique
proximité du portail Nord du tunnel de base du
Lötschberg, une entreprise élève depuis près de
dix ans des esturgeons de Sibérie pour la pro-
duction de caviar made in Berner Oberland. Les
bassins dans lesquels ils barbotent sont tempé-
rés en exploitant la chaleur emmagasinée par
les eaux qui circulent à l’intérieur du massif de
l’Aar et que draine le long tube ferroviaire percé
sous plusieurs centaines de mètres de roche.
La Terre produit de la chaleur, beaucoup de
chaleur. A l’échelle humaine, un flux continu et
exploitable par des moyens techniques relative-
ment simples et peu onéreux (en comparaison
d’une centrale nucléaire par exemple), à l’impact écologique plutôt faible
(par rapport à l’extraction des sables bitumineux de l’Arctique américain).
La géothermie est multi-facettes : de la sonde géothermique équipant la
villa de Monsieur et Madame Tout-le-monde à la géothermie profonde et
l’hydrofracturation, nombreux sont les moyens de tirer profit d’un potentiel
géothermique, dont l’exploitation n’est toutefois pas exempte de tout risque,
comme le rappellent les séismes provoqués tant à Bâle en 2006/2007 qu’à
St-Gall en 2013.
Les deux technologies mentionnées plus haut nécessitent la réalisation d’in-
frastructures ad hoc pour aller puiser la chaleur du sous-sol. L’élevage d’es-
turgeons de Frutigen montre qu’il est possible de suivre une autre piste et de
profiter de la construction d’infrastructures souterraines de tout type (tun-
nel, parking, fondation, etc.) et de s’en servir, plus ou moins passivement,
comme échangeur de chaleur avec le sous-sol au prix d’un modeste surcoût.
La présente édition de TRACÉS vous invite à la découverte de cette piste.
A elle seule, elle ne permettra pas de réaliser l’indispensable virage énergé-
tique, mais sa rationalité économique mériterait d’être davantage connue des
maîtres d’ouvrage et encouragée par nos autorités.
Philippe Morel
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2017/2018 Die Form
des Hauses
Neubau in Monte Carasso TI
Die Form des Gebäudes als T mit den zwei symmetrischen,
jeweils 10 m langen Auskragungen entstand nicht aus einer
La forme
Laune, sondern aus der Notwendigkeit heraus, auf dem
> p. 97
begrenzten Terrain Platz für Haus, Garten und Parkplatz zu
schaffen. Der Bau als Stahlfachwerk, konstruiert wie Eisen-
bahnbrücken, auf einem Fuss mit weiten Auskragungen,
ermöglicht die Befreiung aus dem Korsett. de la maison
Die eng begrenzte Grundstücksfläche für ein Doppelfamilienhaus
in Monte Carasso hat zu einer statisch herausfordernden Lösung
Nouvelle villa jumelée, Monte Carasso TI
geführt: Um das Minimum an Stellplätzen und je einen ausreichend
breiten Wohnungseingang zu schaffen, entstand die spezielle
Form des Hauses. Auf einem rund 9 m breiten, zentralen Eingangs-
La forma della
> p. 97
sockel lagert ein 18 m langer, zweigeschossiger Wohnriegel. Dieser
kragt seitlich jeweils 10 m weit aus. Bei einem Betonbau hätten
casa
solche Spannweiten doppelte Vorspannkabel und somit eine
Wandstärke von 40 cm zuzüglich der Wärmedämmung erfordert.
Ein Leichtbau aus Stahlfachwerken begrenzt diese Dimensionen.
So entstand die Idee eines Stahltragwerks mit einfachen und mo-
dularen Formen, das die Eigenlasten und die Kosten begrenzt. Nuova residenza bifamiliare
a Monte Carasso TI
Optisch und statisch aufeinander abgestimmt
Vom Erdgeschoss aus gelangt man über den Eingangssockel ins
1. Obergeschoss, wo sich das Arbeitszimmer und die Schlafzimmer
1
befinden. Es sind mit Tageslicht durchflutete Räume, die über dem
Baugrund schweben. Die Transparenz dieses Geschosses verdeut-
licht das Tragkonzept: Das 1. Obergeschoss ist an der Tragkon-
struktion des oberen Geschosses aufgehängt. Entsprechend ist
das Dachgeschoss komplett geschlossen und funktioniert sowohl
optisch als auch statisch als Träger. In diesem geschlossenen Riegel 1 2 3 4 5 6
sind neben der Küche und dem Wohnbereich auch Innenhöfe ver-
ortet. Diese sind nur oben offen. So ermöglichen sie den Bewoh-
nern ein hohes Mass an Privatsphäre – trotz der gegenüber den
Nachbargebäuden relativ exponierten Lage.
Der Kern aus Stahl und Holz 7 8 9 10 11 12
Der taktangebende und formbestimmende Raster des Tragwerks
2
ist mit einer Abmessung von ungefähr 3,30 m rhythmisiert. Die
Fachwerkstäbe bestehen generell aus RRW-Profilen. Wo Leitungen
verlaufen, sind die Streben als HEA-Profile ausgebildet. Die zwi-
schen die Stahlträger über schalldämmende Schnittverbindungen
eingehängten Holzdecken tragen einerseits die Lasten und ver-
steifen andererseits die Fachwerkkonstruktion in horizontaler 1_Blick von Südwesten auf das Haus.
Vue de la maison depuis le sud-ouest.
Richtung. Die Decken sind 20 cm stark, sie bestehen aus massivem
Vista della casa a sud-ovest.
Holz des Typs X-Lam und sind in der Untersicht und auf der Ober-
fläche roh belassen. 2_Die Montage- und Bauphasen der Tragkonstruktion aus Stahl mit
Der Fuss des T-Tragwerks ist im betonierten Kellergeschoss aussteifenden Massivholzplatten (Typ X-Lam).
verankert, und eine Stahlbetonscheibe zwischen den Wohnein- Committenza Fisica della costruzione Phases d’assemblage et de construction de la structure porteuse en acier avec
Comunione Ereditaria N. Guidotti EcoControl, Locarno des dalles en bois massif de type X-lam qui assurent le contreventement.
heiten stabilisiert das Bauwerk im EG zusätzlich. Die horizontalen
Ingegneria civile Acustica Le fasi di montaggio e di costruzione della struttura eseguita in carpenteria
Einwirkungen aus Wind und Erdbeben werden von den Holzdecken metallica con solai di piano controventati in legno massiccio di tipo X-lam.
Messi & Associati, Bellinzona EcoControl, Locarno
aufgenommen, entsprechend der Steifigkeit des statischen Sys-
Architettura Pianificazione energetica 3_Das Stahlskelett des Gebäudes während der Bauarbeiten: RRW-Hohlprofile,
tems auf die einzelnen Etagen verteilt und über den Sockel mit Guidotti Architetti, Monte Carasso Tecno Progetti, Camorino Stahlstäbe als Verstrebungen und HEA-Stahlträger.
zwei flankierenden Fachwerkwänden mit K-Verbänden und der Impresa Date progetto Le squelette métallique pendant le chantier : profils de type RRW complétés
Stahlbetonwand in den Baugrund geleitet. Rohes Massivholz und G.R. Costruzioni, Monte Carasso gennaio 2014–ottobre 2016 par des contreventements en barres d’acier et des profils HEA.
ein Fachwerk aus Stahl wurden so zum visuellen und statischen Progetto impianti Date realizzazione Lo scheletro metallico durante il cantiere : profili di tipo RRW completati da
Herzstück eines komfortablen Zweifamilienhauses. Tecno Progetti, Camorino novembre 2016–marzo 2018 controventi in barre d’acciaio e profili HEA.
3
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TRACÉS 21/2018 PIEUX ÉNERGÉTIQUES 7
Les géostructures énergétiques :
une énergie renouvelable sous nos pieds
Le Laboratoire de mécanique des sols (LMS)
de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne
(EPFL) a fait œuvre de pionnier dans le domaine
des géostructures énergétiques. Récemment
récompensé par la Fondation de la Banque
Cantonale Vaudoise pour ses développements
techniques dans ce domaine, il s’engage pour
la diffusion à large échelle de ce procédé.
Margaux Peltier, Alessandro Rotta Loria et Lyesse Laloui
L
a part des bâtiments représente environ 40 % sol. En hiver, l’eau se réchauffe en captant la chaleur
de l’énergie consommée aujourd’hui au niveau du sol et approvisionne les bâtiments en chauffage. En
mondial. En fonction des pays, 60 à 80 % de été, l’eau se refroidit au contact du sol et rafraîchit les
cette énergie est utilisée pour le confort thermique des bâtiments. La technologie peut ainsi couvrir jusqu’à
locaux et la production d’eau chaude. Le recours à des 70 % des besoins énergétiques des bâtiments au moyen
énergies fossiles pour cette production de chaleur est d’énergie renouvelable. Son efficacité est encore accrue
responsable d’une grande partie des émissions de gaz si une pompe à chaleur est couplée aux pieux.
à effet de serre. Minimiser l’impact environnemental En ajoutant un rôle énergétique au rôle struc-
du bâti est donc primordial ; les géostructures turel des fondations, les géostructures énergétiques
énergétiques représentent une piste intéressante pour permettent d’optimiser et de multiplier les usages de
y parvenir. chaque nouvelle construction, tout en exploitant au
Le principe en est simple : exploiter l’énergie ther- maximum les ressources environnementales durables.
mique naturellement présente dans le sol (voir encadré
La Terre cette machine thermique) grâce à des ouvrages Additionner les fonctions structurelles et thermiques
en contact avec celui-ci (fondations d’immeubles, En puisant les ressources énergétiques sur les lieux
parkings, etc.). Dès quelques mètres de profondeur, des constructions, potentiellement dans un rayon de
la température du sol n’est plus affectée par les condi- 500 mètres, cette innovation répond aux nouvelles
tions extérieures et leurs variations saisonnières : à directives européennes et internationales pour des
partir d’une profondeur donnée, elle reste constante. édifices neutres en carbone, voire à énergie positive.
Il est donc possible d’exploiter cette énergie tout au Parkings, gares souterraines et même tunnels peuvent
long de l’année, quels que soient les caprices de la servir à des fins énergétiques et bénéficier d’une tech-
météo et ce de manière durable. nologie capable de délivrer de la chaleur mais aussi de
Par rapport aux autres systèmes géothermiques, le dégivrer le bitume des routes ou d’une piste d’aéro-
principal avantage de cette technologie réside dans port, ou encore, à de plus larges échelles, d’assurer
son intégration dans des structures indispensables à l’alimentation d’un chauffage urbain ou le stockage de
la réalisation d’un projet de construction. Les pieux chaleur. A des coûts comparables aux autres solutions
en béton, par exemple, sont équipés de tubes en plas- énergétiques, un quart des nouvelles constructions, en
tique avant d’être coulés ; il suffit dès lors d’y faire Suisse comme ailleurs, pourraient ainsi être équipées
circuler de l’eau pour échanger de la chaleur avec le au cours des prochaines années.
8 GÉOTHERMIE TRACÉS 21/2018
4
1
1 Pieux énergétiques
2 Tunnel/métro énergétique
3 Illustration de simulations de pieux
énergétiques
4 Analyse numérique d’un tunnel éner-
gétique (projet de Master EPFL)
5 Fossé rhénan : isobathes de la dis-
continuité de Mohorovičić, ou Moho,
marquant la limite entre la croûte et
le manteau supérieur de la Terre.
D’après Lithothèque d’Alsace (© VB)
(Sauf mention, les illustrations de cet
2 3 article proviennent du LMS-EPFL.)
Une technologie peu onéreuse
L’énergie puisée dans le sol est gratuite et renou-
velable. Les géostructures énergétiques étant direc-
tement intégrées aux indispensables fondations, elles
permettent de substantielles économies en compa-
raison avec d’autres technologies. Contrairement à de
simples sondes géothermiques, on évite non seulement
les coûts liés à des forages supplémentaires, mais aussi
une perte de surface et de terrain à bâtir.
En comparaison avec des fondations classiques, le SYMPOSIUM SUR L’ÉNERGIE EN GÉOTECHNIQUE
surcoût de la construction lié à cette technologie est Du 25 au 28 septembre dernier, plus de 250 personnes issues de
très faible. L’installation des tuyaux dans les géostruc- 35 pays se sont réunies au SwissTech Convention Center de l’EPFL à
tures est rapide, et l’investissement vite amorti grâce l’occasion du Symposium sur l’énergie en géotechnique organisé par le
à la production d’énergie. En revanche, les coûts asso- prof. Lyesse Laloui, directeur du LMS de l’EPFL.
Durant ces quatre jours, de nombreux sujets liés à la géotechnique
ciés à la maintenance d’une pompe à chaleur doivent
énergétique ont été discutés entre scientifiques, praticiens et repré-
être pris en compte. Mais ceux-ci peuvent être amortis sentants des autorités. Les géostructures énergétiques, la stimulation
en quelques années seulement. hydraulique, la séismicité induite, les hydrates de gaz, le stockage de
déchets nucléaires et la séquestration de CO2 ont été les sujets phares
Du laboratoire à la pratique de cette manifestation.
Les participants ont de plus eu l’opportunité de participer à un
Il y a 20 ans, l’EPFL réalisait les premiers tests de
cours intensif organisé dans le cadre de l’Action Européenne COST
pieux énergétiques sur son campus. En 2003, c’est TU 1405 How to plan a successful thermoactive geostructure design ?,
au tour du terminal E de l’aéroport de Zurich d’être ainsi qu’à un forum consacré à l’innovation et au transfert technolo-
équipé de plus de 300 pieux énergétiques. Depuis, le gique – une plateforme adressée aux praticiens, ingénieurs et cher-
LMS est parvenu à amener cette innovation à matu- cheurs, visant à encourager la discussion sur la construction des
systèmes d’infrastructures durables et les technologies de demain. Le
rité et joue un rôle majeur dans l’essor de cette techno-
symposium a été suivi d’une visite au laboratoire souterrain du Mont
logie, aujourd’hui mondialement reconnue. En Suisse, Terri, projet international de recherche pour la caractérisation hydro-
une centaine de constructions ont fait le pas. Depuis géologique, géochimique et géotechnique de la formation argileuse du
plusieurs années maintenant, ce sont les dalles, les Jura suisse.
gares et les tunnels qui suscitent l’intérêt des spécia-
TRACÉS 21/2018 PIEUX ÉNERGÉTIQUES 9
listes. Le LMS intervient comme expert dans de
Fossé rhénan
nombreux projets internationaux et contribue au déve- 25 Isobathe du Moho
Mannheim
loppement des géostructures énergétiques, notam- (km)
ment grâce au bureau d’ingénieurs conseils GEOEG.
Cette spin-off transfère son expertise afin de proposer RHIN
des solutions adaptées et optimisées à chaque étape 27
Strasbourg
de l’ouvrage, depuis le soutien à la conception archi- 26
tecturale, au monitoring d’optimisation énergétique,
en passant par les dimensionnements structurels et
25
géotechniques nécessaires à la prise en compte des FORÊT NOIRE
variations thermiques dans les ouvrages. L’intégration Colmar
24
Fribourg
de géostructures énergétiques dans un projet de tour
VOSGES
reposant sur un parking souterrain de 7 étages dans la 24
Principauté de Monaco, ou encore dans une construc- Mulhouse
tion souterraine de 1 km de long en Corée du Sud, est 25
actuellement à l’étude. 26
Bâle
27
Le développement de cette technologie passe aussi 5
par la formation. En 2016, première mondiale, un
cours sur les géostructures énergétiques était donné LA TERRE, CETTE MACHINE THERMIQUE
aux étudiants en génie civil de l’EPFL. Son but était La chaleur émise par la Terre est d’origine interne. Dans la croûte
d’initier les futurs ingénieurs à l’analyse et au dimen- terrestre continentale, d’une épaisseur moyenne de 30 kilomètres,
le gradient géothermique est d’environ 30° C/km, ce qui explique la
sionnement des géostructures énergétiques et connaît température régnant au cœur d’un tunnel comme celui du Gothard ou
depuis un vrai succès. En effet, plusieurs projets de d’une mine profonde. Cette chaleur est principalement produite par la
diplôme master EPFL ont été réalisés en collaboration désintégration radioactive d’éléments comme l’uranium, le potassium ou
avec différents bureaux de la région. Ils ont permis aux le thorium dans les roches du manteau et de la croûte terrestres. Mais
futurs ingénieurs civils de travailler sur des projets une autre partie de cette chaleur a pour origine la formation même de la
Terre : par accrétion, soit la violente capture gravitaire de corps célestes
concrets tout en apportant l’expertise de l’EPFL aux attirés par la proto-Terre. L’énergie cinétique de ces différents corps s’est
bureaux d’ingénieurs conseils. A titre d’exemple, en transformée en chaleur lors d’innombrables collisions. C’est cette ma-
Suisse et en France, ces trois derniers semestres, des chine thermique interne qui fait de la Terre une planète tectoniquement
travaux ont été réalisés sur la faisabilité technique de active, au contraire de son satellite sœur, la Lune, froide et figée depuis
la mise en place de géostructures énergétiques dans bien longtemps.
Dans certains contextes tectoniques, par exemple au-dessus d’un
des gares et des tunnels, pour des projets de grandes point chaud ou le long d’un rift continental, la croûte terrestre est
infrastructures, ainsi que pour une tranchée couverte plus mince et le gradient géothermique plus élevé, offrant un terrain
d’une nouvelle ligne de chemin de fer. plus favorable à la géothermie. C’est précisément un rift qui explique
à la fois le potentiel géothermique et le risque sismique de la région
Margaux Peltier, ingénieure civile EPF, Alessandro Rotta Loria, bâloise, ainsi que la présence des volcans éteints du Hegau (vieux de
Dr Sc. EPF et Lyesse Laloui, prof. Dr Sc., Laboratoire de mécanique 6 mio d’années) et du Kaiserstuhl (vieux de 18 mio d’années) au sud-
des sols de l’EPFL ouest de l’Allemagne, entre le lac de Constance et le coude du Rhin
à Bâle. Sous le Kaiserstuhl, situé entre Bâle et Fribourg-en-Brisgau,
l’épaisseur de la croûte terrestre est inférieure à 24 km. PM
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1
Autopsie d’un projet
bien vivant
Soucieuse de valoriser les rejets de chaleur
liés à ses activités, une entreprise de Val-
de-Travers1 a souhaité équiper son nouveau
site de production de sondes géothermiques
verticales. Face au refus de cette installation
par les autorités, l’ingénieur CVS en charge
du projet propose alors au maître d’ouvrage
d’étudier la variante des pieux énergétiques
couplés à une pompe à chaleur. Tour d’horizon
d’un chantier emblématique des enjeux et
des spécificités de cette technologie avec
Fabrice Dupray, responsable géothermie chez
De Cérenville Géotechnique.
Fabrice Dupray, propos recueillis par Philippe Morel12 GÉOTHERMIE TRACÉS 21/2018
2 3
T
RACÉS : Quelles sont les spécificités légales native géothermique à un client intéressé par la
et administratives des pieux énergétiques ? valorisation de ses rejets de chaleur. Du coup, nous
Fabrice Dupray : D’un point de vue admi- nous sommes retrouvés intégrés très en amont, dès
nistratif, rien ne distingue un tel pieu d’une sonde le stade de l’avant-projet, ce qui a grandement faci-
géothermique verticale et d’un pieu standard. Il lité le processus. Nous avons ainsi profité du premier
revient à l’hydrogéologue cantonal de se prononcer sondage géotechnique carotté pour y installer une
sur le projet, tant sur les risques liés aux pieux (mise sonde géothermique et réaliser un test de réponse
en communication de nappes, effet barrage…) que sur thermique. Connaître les caractéristiques thermiques
les risques d’influence thermique qu’il pourrait faire du sol nous a permis de prédimensionner de façon
courir à un réseau d’eau souterraine, par exemple ; satisfaisante l’installation du point de vue thermique.
globalement ces risques sont bien plus faibles qu’avec
une sonde géothermique verticale en raison de la faible Votre message auprès des entreprises, des
profondeur qu’atteignent les pieux – une quarantaine maîtres d’ouvrage et des autorités passe-t-il bien ?
de mètres étant considérée comme une valeur élevée Oui, il est très bien reçu, notamment en raison de la
en Suisse romande. Mais ces pieux sont structurel- faiblesse du surcoût et des contraintes administratives
lement indispensables à la réalisation du bâtiment, par rapport à d’autres technologies, géothermiques ou
aucun des 260 pieux sur les 530 que compte le projet non. Il faut aussi noter que les supports financiers aux
du Val-de-Travers n’a été ajouté ou rallongé selon projets de sondes géothermiques sont aussi valables
des critères géothermiques. C’est ce qui fait la perti- pour les pieux énergétiques. Le traitement est le
nence d’un tel projet et assure sa rentabilité écono- même. Dans les contextes favorables à large échelle à
mique : on ne fait qu’ajouter de la valeur à des objets cette technologie, les autorités commencent à en saisir
qui seront de toute façon réalisés. L’énergie captée ici la pertinence à long terme, en intégrant le dévelop-
représente environ un tiers de la consommation éner- pement de cette technologie dans le cadre du renou-
gétique du site. Au-delà des économies que pourra vellement des constructions à l’échelle d’un quartier.
réaliser le maître d’ouvrage, cela permet de diminuer Pas forcément pour leurs propres besoins mais, par
quelque peu l’empreinte carbone d’un ciment dont on exemple, pour planifier de manière optimale un réseau
ne peut pas souvent se passer pour les constructions de chauffage à distance. Cependant, si le principe
souterraines. rencontre l’approbation, le passage à l’exécution reste
encore rare, bien que des entreprises de construction
Comment ce projet a-t-il démarré pour vous ? s’impliquent elles aussi fortement dans le développe-
Depuis quelques années, nous nous efforçons de ment de la technique.
diffuser la technologie des pieux énergétiques auprès
de nos partenaires. Pour ce projet dans le Val-de-
1 Pour des raisons qui lui appartiennent, le maître d’ouvrage tient à rester
Travers, c’est cette connaissance qui a permis à l’in- anonyme tout en autorisant les publications relatives à son projet respectant
génieur CVS de rebondir et de proposer une alter- son souhait.TRACÉS 21/2018 PIEUX ÉNERGÉTIQUES 13
4 5
6
UNE RÉALISATION SUR ÉCOUTE
Au cours de l’avancée du projet, De Cérenville Géotechnique et 1 Production des cages d’armature
le maître d’ouvrage ont fait part de leur intérêt réciproque à suivre des pieux énergétique, à l’intérieur
le système de pieux énergétiques mis en place au moyen de jauges desquelles sont visibles les tuyaux où
thermiques et de contraintes placées dans quatre paires de pieux circulera l’eau.
standard/énergétiques. Chacun d’entre eux est équipé de cinq étages 2 Levage de la cage d’armature instru-
de capteurs qui permettront de suivre en direct les déformations du mentée d’un pieu énergétique
béton en fonction de la température, les contraintes dans les pieux et 3 Mise en place de la cage d’armature
instrumentée d’un pieu énergétique
l’évolution du champ de température. L’ensemble des pieux a été mis
4 Bétonnage du radier ; les tubes
en place en 2016, la mise en route de l’installation aura lieu en 2019 énergétiques dépassent du sol d’une
avec, rapidement, l’acquisition des premières données scientifiques. hauteur d’environ 2 m.
5, 6 Réseau de tubes énergétiques14 GÉOTHERMIE TRACÉS 21/2018
7 Extrait d’un plan de raccordement de tubes énergé-
tiques à un collecteur (au centre). La difficulté d’une
telle installation réside dans la cohabitation entre
le cheminement de ces tubes à celui d’autres réseaux
CVS (en bleu au bas de l’image et en rouge en haut
à droite). Les cotes sont en cm.
Pieu énergétique (longueur 30 m)
Pieu énergétique (longueur 35 m)
Pieu standard
Faisceau de tuyaux énergétiques (bi-couche)
Faisceau de tuyaux énergétiques (tri-couche)
(© ENERCRET)
(Toutes les illustrations de cet article proviennent de
7 De Cérenville Géotechnique.)
Quels sont ces contextes favorables ?
Qui dit pieux énergétiques dit pieux tout court. Il
s’agit donc de terrains, comme les plaines alluviales,
dont la mauvaise qualité géotechnique du sous-sol
nécessite ce genre d’ouvrages pour stabiliser les fonda-
tions d’une construction. Ces terrains ont souvent
une assez faible conductivité thermique, mais la récu-
pération de la chaleur estivale (par le sol ou par du
solaire thermique) ou des rejets industriels permet
de compenser ce paramètre. On bénéficie ainsi d’un
stockage saisonnier d’énergie, favorisé par la faible
conductivité. Selon un principe contraire, la présence
d’une nappe en mouvement est intéressante, particu-
lièrement pour les bâtiments d’habitation qui ne récu-
pèrent souvent pas d’assez d’énergie estivale pour faire
du stockage.
Du point de vue des intervenants, quelles sont les
spécificités d’un projet de pieux énergétiques ?
Un ingénieur CVS maîtrisant les problématiques
propres aux champs de sondes géothermiques d’une
certaine ampleur s’adaptera facilement à cette
nouvelle technologie, moyennant quelques conseils
d’un spécialiste et l’aide de la documentation SIA D
0190 Utilisation de la chaleur du sol par des ouvrages
de fondation et de soutènement en béton – Guide pour
la conception, la réalisation et la maintenance et la
norme SIA 384/6 Sondes géothermiques. Déterminer
et dessiner le cheminement de centaines de tuyaux PARTICIPANTS AU PROJET
afin d’éviter les obstacles et les charges représente par Génie civil : GVH St-Blaise SA
contre un travail non négligeable. CVS : Chammartin & Spicher SA
Géotechnique/géothermie : De Cérenville Géotechnique
Le travail du géotechnicien est plus délicat. Il a à sa Entreprise de travaux souterrains : Marti Gründungs-
disposition les normes SIA 262 Construction en béton technik AG
et SIA 267 Géotechnique. Aucune des deux n’est expli- Entreprise générale : Bernasconi Entreprise Générale
Architecte : Bauart
cite quant aux pieux énergétiques. Elles indiquent MO : anonyme
simplement que les influences externes comme laTRACÉS 21/2018 PIEUX ÉNERGÉTIQUES 15
température et la présence d’eau doivent être prises contrainte et de déformation du pieu et on peut déter-
en compte dans le dimensionnement de l’ouvrage et miner son enveloppe de dimensionnement ; à partir de
que la responsabilité se trouve du côté de l’ingénieur. là, on retourne à une géotechnique classique. Malgré
La documentation SIA D0190 est alors très utile. On la complexité des calculs, l’installation de pieux éner-
peut comparer un bâtiment sur pieux à une caisse gétiques est un processus totalement maîtrisé, ce n’est
posée sur de longs bâtons. Avec les variations de plus du tout de la recherche !
température, la longueur des pieux varie par dilata- On se trouve ici à la croisée des chemins entre les
tion thermique. En fonction de la longueur des pieux sciences des matériaux, la thermique, le génie civil et
et du différentiel de température, la caisse va monter la géotechnique. La présence au sein de l’équipe d’un
et descendre au rythme de ces variations, que les spécialiste capable de faire le lien entre ces disci-
frottements pieu-sol vont amoindrir. Dans un projet plines est donc un atout. Malheureusement, l’expé-
comme celui qui nous intéresse, seule une moitié des rience acquise avec des pieux standards n’est pas
pieux sont énergétiques : leur comportement ther- directement transposable ; les spécialistes sont donc
mique sera différent de celui des pieux classiques. peu nombreux.
A cela s’ajoute les inhomogénéités du champ de
température et de concentration des pieux, comme Les pieux énergétiques font-ils justement partie
dans le cas d’une cage d’ascenseur, par exemple. Dans du cursus des jeunes ingénieurs civils ?
la configuration la plus défavorable, on peut même se C’est en tout cas le cas à l’EPFL, sous l’impulsion de
retrouver en décalage, avec un pieu qui se refroidit Lyesse Laloui (voir article p. 7), où les étudiants ont
situé à côté d’un pieu qui se réchauffe ! La maîtrise de tout loisir d’acquérir de solides bases théoriques. La
ces déplacements différentiels est la clé d’un tel projet formation est un paramètre essentiel à la diffusion de
pour l’ingénieur, car elle implique aussi l’ingénieur cette technique !
structures. Thermopile, un logiciel développé par le
Laboratoire de mécanique des sols de l’EPFL facilite Fabrice Dupray est géotechnicien, responsable du secteur
grandement ces calculs. En entrant des paramètres géothermie chez De Cérenville Géotechnique.
thermiques et géotechniques, on obtient l’état de
Surface de douche CAYONOPLAN
kaldewei.ch16 GÉOTHERMIE TRACÉS 21/2018
L’anergie : une nouvelle piste
pour la géothermie
A Zinal (VS), un concept géothermique à basse
profondeur est fondé sur le principe de l’anergie.
Le réseau promet de livrer à distance du froid,
du chaud, de l’électricité, tout en étant neutre
en terme de CO2, et sans rejeter de l’eau ou des
microparticules dans l’environnement. Entretien
avec David Orlando et Boris Clivaz, concepteurs
du système.
David Orlando et Boris Clivaz,
propos recueillis par Marc Frochaux
T
RACÉS : Qu’est-ce qu’une boucle anergie ? Comment fonctionne le système ?
David Orlando : L’anergie, c’est la partie de D. O. : Un peu comme une pile électrique qui
l’énergie qui ne se transforme pas1 . Une boucle se rechargerait très facilement. Le réseau anergie
anergie, c’est en pratique de l’eau à basse température, a une température très basse – à peine quelques
toujours en mouvement. C’est l’une des différentes degrés au-dessus de 0. Or, il est beaucoup plus facile
techniques de géothermie qui connaît actuellement de réchauffer de l’eau à basse température que de
un développement intéressant 2 . Au lieu de pomper de conserver de l’eau à 12 ou 15° C, comme dans les
l’énergie dans le sol au moyen de sondes, une boucle systèmes géothermiques traditionnels. Le tube
anergie met en réseau les unités qui consomment et (ø 25 cm) est enfoui à une profondeur où les variations
qui produisent de l’énergie. C’est donc un système de de température sont peu importantes (de l’ordre de
stockage dynamique qui permet de fournir indifférem- 2° C annuellement, à Zinal). Dans le concept Anergy+,
ment chauffage, eau chaude ou rafraîchissement. la boucle anergie est capable de capter toutes les éner-
Boris Clivaz : Un tel système est actuellement gies qui se trouvent alentour, même en hiver, quand les
déployé sous le campus Science City de l’EPFZ. Mais températures sont basses.
il est couplé à quelque 800 sondes de moyenne profon- A partir de là, n’importe quelle source de chaleur de
deur. C’est pourquoi la boucle est bitube (un aller, un plus de 4° C peut être exploitée, qu’elle provienne de la
retour) et ne peut fonctionner que sur la même plage terre, du soleil ou même de l’air ambiant. Si la tempé-
de température que les sondes, comprise entre 8 et rature de l’air est de 6° C, le réseau gagne 6 degrés.
12° C. Dans la commune de Zinal, nous avons installé C’est l’avantage d’un système anergie : au lieu de
un système beaucoup plus simple pour alimenter un conserver l’eau chaude, nous exploitons un différentiel.
complexe hôtelier de six bâtiments. Il n’y a aucune B. C. : D’autres éléments du contexte immédiat
sonde. Débarrassée de cette contrainte, la boucle peut peuvent alimenter la boucle, comme les eaux usées,
fonctionner sur une plage de 0 à 40° C. L’installation l’aération du garage souterrain, les rejets thermiques
consiste en un anneau monotube d’environ 500 m d’une entreprise, etc. Enfin, il est envisageable de
enfoui à 1.50 m. L’eau coule sans entrave, avec une valoriser le froid négatif, notamment des appareils
pression très basse (2 bar). Il n’y a donc pas de risques ménagers comme les réfrigérateurs.
de rejets. L’installation est évidemment plus écono- D. O. : Tout cela est évidemment régulé par un
mique, mais surtout elle limite l’impact sur le sous-sol module de contrôle, un algorithme qui gère les apports
et les risques courus lors de forages réalisés à proximité réguliers d’énergie et son extraction dans les pompes
des nappes phréatiques. à chaleur (PAC) des six bâtiments raccordés. Comme
chauffage d’appoint, et pour assurer leur fonctionne-
1 Une énergie noble (mécanique, électrique, chimique...) peut se convertir ou se
transformer en d’autres types d’énergie (nobles ou chaleur). La partie utile qu’on ment, nous employons actuellement une centrale de
récupère à la fin de cette transformation est l’exergie. Mais la partie qui ne se gazéification de plaquettes forestières.
transforme pas (qui est restée identique à sa nature d’origine) est nommée anergie.
2 Voir la brochure Géothermie en Suisse : une source d’énergie polyvalente éditée
par SuisseEnergie et disponible en ligne sur le site de l’Office fédéral de l’énergie A l’exception du développement du software, le
(OFEN). principe semble tellement évident, qu’on est enTRACÉS 21/2018 ANERGIE 17
1 2
1 Boucle anergie : concept mis en
œuvre par Anergy+ à Zinal
(© Anergy+)
2 Pendant le chantier de Zinal, pose du
tube (ø 25 cm) de la boucle anergie,
à 1.50 m de profondeur. (© Anergy+)
droit de se demander pourquoi un tel système n’a rature. L’efficacité de ce type d’installation est limité
pas été développé plus tôt… par la distance et son rendement dépend de l’isolation
B. C. : Oui, un réseau anergie monotube sans des tubes. Le réseau anergie, à basse température, ne
sondes, qui plus est en région montagneuse, c’est une connaît pas ce problème.
première mondiale. Il nous a fallu un peu de temps Tout ce qui crée de la chaleur peut être employé
pour convaincre les ingénieurs de l’intérêt du système, dans la boucle anergie. Plus les échanges sont favo-
mais la HES-SO Valais a contrôlé et validé le concept. risés, plus la part du chauffage d’appoint sera dimi-
D. O. : Il s’agit d’une manière nouvelle de conce- nuée, jusqu’à ce qu’elle soit inutile. Evidemment de
voir un réseau énergétique, non plus concentrée sur tels systèmes d’échanges intelligents à grande échelle
le s tockage mais sur la mise en réseau dynamique de existent déjà, mais la grande différence avec un réseau
tous les éléments du système. On peut faire reposer anergie, c’est que celui-ci peut être étendu facilement,
son principe sur une analogie avec l’électronique. Les avec un coût modéré.
circuits détestent les changements de température,
si bien que tous les éléments doivent être en perma- Un tel réseau connaît-il une limite ?
nence accordés sur la même température pour pouvoir D. O. : En théorie, non. Avec une boucle de 100 km
fonctionner. de diamètre, évidemment il y aurait des déperdi-
tions et des imprévus qui pourraient impacter l’en-
La boucle anergie peut-elle donner naissance à un semble du système. Mais nous pouvons créer des
véritable réseau à grande échelle ? boucles qui seront mises en réseau entre elles par de
B. C. : Nous avons conçu un réseau surdimensionné simples échangeurs thermiques. Ainsi, il est envisa-
par rapport aux besoins des premiers bâtiments geable de constituer progressivement un réseau à très
raccordés : le système mis en place assure une produc- grande échelle.
tion de 2 300 000 kWh par année, le complexe hôtelier A partir de là, on peut rêver : il existe sur le terri-
en nécessite 700 000. L’incidence est donc très faible toire des éléments qui produisent une quantité inouïe
sur l’ensemble du système et, avec la marge actuelle, de chaleur inexploitée. Prenons l’exemple extrême des
d’autres bâtiments du village pourront se raccorder et centrales nucléaires. Quand on pense en termes de
remplacer peu à peu les chauffages à mazout par des réseau anergie, on s’aperçoit de cet incroyable gaspil-
pompes à chaleur. Comme le réseau est froid, une fois lage : les masses de vapeur qui sortent des chemi-
la première unité mise en place, il n’est pas très diffi- nées de refroidissement, c’est comme des dizaines
cile d’étendre le réseau. Par la suite, on peut créer de de milliers de litres de fuel qui partent en fumée !
nouvelles boucles avec des stations intermédiaires. Plus Et personne ne s’inquiète de leur récupération.
les échanges thermiques augmenteront, plus le coût du
kWh diminuera. Notre objectif est d’atteindre un coût Boris Clivaz et David Orlando sont co-fondateurs de Anergy+.
de 10 ct/kWh après une année d’exploitation.
D. O. : La boucle anergie peut également être
raccordée à un chauffage à distance à haute tempé-18 RECHERCHE TRACÉS 21/2018
La géothermie et l’opinion publique : l’importance du contexte
Quelle réception de la géothermie de la part des habitants ? Projet de recherche d’un laboratoire de l’EPFZ
risques qui lui sont liés. Il y avait aussi
quelques différences, en l’occurence concer-
nant les dynamiques de discussion et par
rapport aux thèmes traités entre les diffé-
rents groupes et localités.
La qualité de l’information était donc
un thème qui revenait souvent. Plusieurs
participants souhaitaient plus d’études et
plus d’informations avant de développer
une opinion. D’autres demandaient des
éléments de comparaison par rapport au
gaz de schiste ou à d’autres exemples de
géothermie. Même si dans chaque groupe
de discussion il y avait toujours au moins
une personne qui s’est profilée comme
un « expert » en géothermie ou énergies
renouvelables, le manque d’information
Les différents types de géothermie. Document issu de la brochure Géothermie en Suisse : une source d’énergie polyvalente
produite par SuisseEnergie. (© SuisseEnergie) a été mentionné à plusieurs reprises. Le
programme géothermique genevois n’ayant
pas encore eu beaucoup d’interventions
L e projet de recherche « Territorialiser
la géothermie à Genève » (TeGéGE)
mené par le Laboratoire Transdisciplinaire
que d’autres énergies renouvelables, comme
le solaire ou l’éolien. Il est néanmoins
crucial d’étudier sa perception par la popu-
concrètes sur le territoire cantonal, ce
manque d’information se référait rarement
au programme directement, mais plutôt à
du Département des Systèmes Environ lation, car celle-ci est la première concernée la technologie de la géothermie de manière
nementaux de l’EPF à Zurich depuis 2016 et peut avoir une influence directe sur générale.
– et financé par le Canton de Genève et les le développement des projets concrets. Même si les discussions étaient foca-
Services Industriels – vise à comprendre la Qu’est-ce que cela implique pour les initia- lisées sur la géothermie, les participants
réception sociale de la géothermie. Il étudie teurs d’un projet géothermique ? Comment ont préféré la mettre en relation avec des
le caractère volatil et dynamique aussi bien prendre en compte à la fois le caractère thèmes avec lesquels ils se sentaient plus à
de la technologie que du public. L’étude émergent de la géothermie et le public et ses l’aise. C’est un phénomène que l’on observe
démontre l’importance cruciale d’une infor- attentes ? souvent et qui est important pour des
mation ciblée. Au lieu de se focaliser sur un seul projets visant à inclure la population : s’il
projet, le programme cantonal genevois, s’agit d’un thème complexe et inconnu, il
Même si la Suisse est championne du GEothermie2020 2, vise à développer la est plus facile et efficace pour une partici-
monde en termes de densité de pompes à géothermie sur l’ensemble de son terri- pation soutenue de trouver une autre porte
chaleur, le développement de la géothermie toire en fonction des spécificités locales d’entrée basée sur les expériences vécues.
plus profonde reste lent et hésitant. Il y a du sous-sol. La communication et l’inclu-
peu d’exemples concrets sur lesquels s’ap- sion des parties prenantes font partie inté- Faute d’information, des comparaisons
puyer pour se faire une opinion sur cette grante du programme. Dans notre projet hasardeuses
technologie : seuls les deux grands projets de recherche, nous analysons le contexte Concernant les risques liés à la
géothermiques de Bâle et Saint-Gall qui institutionnel, la perception de la popu- géothermie, plusieurs participants dans
ont échoué dans le passé sont restés dans la lation, ainsi que les modèles participatifs les différentes localités ont évoqué que « le
mémoire collective1 . Par ailleurs, étant une qui, ensemble, orientent la mise en œuvre risque zéro n’existe pas ». Là aussi, l’infor-
technologie en sous-sol et donc invisible, la d’un tel programme. Pour travailler sur mation se révèle à nouveau nécessaire, les
géothermie est moins facilement saisissable la perception de la population, nous avons participants ne connaissaient pas assez
organisé six groupes de discussions dans bien la technologie pour donner un avis sur
1 A Bâle (2006), les Services industriels Industrielle Werke cinq communes et un quartier genevois le niveau de risque de la géothermie, mais
Basel AG (IWB) et le gouvernement de la Ville ont soutenu sur le thème de la transition énergétique et ils s’interrogeaient sur les risques pour les
le projet Deep Heat Mining qui aurait dû être la première la géothermie. Cette méthode permet de nappes phréatiques ainsi que les risques
centrale géothermique pétrothermale au monde exploitée à
des fins commerciales. Ce projet a déclenché un séisme de mieux comprendre la façon dont les parti- sismiques. Par contre, pour le contexte gene-
3,6 Mw et a donc été arrêté. En 2013, un autre projet, cette fois cipants envisagent la transition énergétique vois, la plupart des participants faisaient
hydrothermal, mis en œuvre par la compagnie d’électricité et leurs réceptions de la géothermie. confiance au Canton de Genève et aux SIG
St. Galler Stadtwerke (SGSW) et les autorités de la Ville de
Saint-Gall a provoqué un séisme de 3,4 Mw après un forage Nous avons pu identifier plusieurs quant à leur capacité à bien évaluer ces
inattendu dans un gisement de gaz naturel. Bien que les opinions partagées collectivement dans les risques.
opérations de forage aient repris après le séisme, le projet a différents lieux : la nature de l’information Les groupes de discussions ont révélé des
été arrêté en raison d’un manque de flux d’eau chaude.
2 Site web du programme genevois pour le développement de en lien avec la géothermie, sa connexion différences entre les communes et les quar-
la géothermie sur le canton : GEothermie2020.ch avec des thèmes plus quotidiens, et les tiers. L’existence de grands projets d’infras-Vous pouvez aussi lire
