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Récupérer la chaleur du sol

 

En collaboration avec le bureau BG Ingénieurs Conseils, l’EPFL et l’Office cantonal de l’énergie, SIG mène un projet pilote visant à exploiter la chaleur du Léman Express à la gare de Lancy-Bachet. Le premier volet de tests touche à sa fin. A terme, le système pourrait permettre d’alimenter en chaleur et en froid des infrastructures situées aux alentours.

 

Texte et photos : SIG

«Ce projet pilote, que l’on a démarré en 2018, a pour objectif d’étudier les possibilités liées à l’exploitation de géostructures énergétiques dans un tunnel ferroviaire, explique Sandra Mamboundou, maître d’ouvrage déléguée au sein de l’unité de développement de réseaux thermiques chez SIG. Concrètement, cette technique novatrice a consisté à implanter des tubes dans le radier (une dalle épaisse en béton), sous les rails et au sein des parois moulées lors de la construction de la gare, afin de valoriser la chaleur dégagée par les trains. Les tubes noyés dans le béton seront remplis d’un fluide caloporteur qui échangera de la chaleur avec son environnement. Cette source sera reliée à une pompe à chaleur dans le but de produire du chaud et du froid. Le passage et le freinage des trains dissipent une énergie qui pourra être récupérée pour alimenter ensuite des réseaux de chauffage pour les constructions situées aux alentours de l’installation.» Cette technologie permet de valoriser l’énergie des matériaux, du sol et de l’air environnant afin de produire de la chaleur et du froid renouvelable pour alimenter des réseaux de chauffage ou de rafraîchissement. La mise en œuvre de géostructures énergétiques dans des tunnels ferroviaires n’étant pas encore très répandue, peu de données sont disponibles pour évaluer la performance opérationnelle de cette technique. C’est pourquoi l’opportunité a été saisie de lancer un programme de monitoring pour modéliser les échanges thermiques et évaluer le potentiel géothermique réel. C’est dans cette optique précisément que SIG et ses partenaires mènent un projet pilote dans la gare de Lancy-Bachet.

 

PHASE DE RECHERCHE

Dans un premier temps, il s’agit de mener une phase d’études visant à modéliser les échanges de chaleur qui se produisent dans les géostructures énergétiques. Lors de cet essai, de l’eau chaude est injectée à puissance constante dans les géostructures jusqu’à ce que le terrain atteigne un nouvel état d’équilibre thermique. Une étape qui permet de déterminer les paramètres thermiques du terrain. Une deuxième phase de test, qui devrait se terminer aux alentours d’avril 2020, permettra de coupler le système à une pompe à chaleur afin de simuler un fonctionnement en conditions réelles. «Cette phase de tests et de modélisation doit se dérouler sur une année entière afin de pouvoir analyser les résultats obtenus durant un cycle de saisons complet, poursuit Sandra Mamboundou. Nous devons en effet maintenir un équilibre entre l’énergie soutirée et celle réinjectée dans les géostructures. L’étude, débutée l’année dernière, devrait être bouclée en ce début de printemps.»

 

QUEL IMPACT AU-DESSUS?

Outre la modélisation des échanges thermiques, il s’agit aussi d’observer à l’aide de capteurs leur impact sur la géotechnique de la gare, soit les potentiels effets sur les infrastructures au sein desquelles les tubes sont intégrés. «C’est d’ailleurs un des volets sur lesquels nous apportons notre expertise à SIG dans le cadre de notre collaboration, souligne Alessio Ferrari, chercheur à l’EPFL au sein du Laboratoire de mécanique des sols. Nous mettons aussi notre connaissance scientifique et technique à leur disposition afin d’identifier l’impact du système installé sur l’ensemble sol-structure. Notre approche vise en outre à vérifier le potentiel énergétique de cette installation.»

« Nous mettons aussi notre connaissance scientifique et technique à leur disposition afin d’identifier l’impact du système installé sur l’ensemble sol-structure. »

Sans être raccordé pour l’instant à un réseau de chauffage à distance, le dispositif pourra à terme être utilisé dans cette optique. Suite à l’analyse des résultats obtenus, il sera ensuite possible à SIG d’estimer précisément la puissance du système et d’en optimiser la performance. Selon les premières estimations, SIG table sur une puissance thermique de 200kW, soit l’équivalent de l’énergie consommée par 20 logements familiaux urbains (appartements de 90m2).

 

POSITIONNEMENT INDUSTRIEL ET ACADÉMIQUE

Avec ce projet de modélisation novateur proposé par BG Ingénieurs Conseils, SIG a saisi l’opportunité de se positionner en tant qu’acteur de la recherche et du développement. Un volet qui, parallèlement à son activité industrielle, souligne sa volonté et son engagement en faveur de la création de nouvelles synergies porteuses entre le tissu économique et le secteur académique. «Compte tenu du peu d’installations qui exploitent des géostructures énergétiques dans des tunnels ferroviaires, la littérature scientifique à ce sujet mérite d’être enrichie, ajoute Sandra Mamboundou. SIG a ainsi saisi l’opportunité de contribuer à la veille technologique dans ce domaine.»

Projet pilote géostructures énergétiques

 

1) Tunnel gare Lancy-Bachet – 2) Réseau chauffage à distance – 3) Géostructure – 4) Radier – 5) PAC – 6) Froid rafraîchissement – 7) Chaud (radiateur)