Performance de la première station énergétique souterraine de Suisse
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Le Laboratoire de mécanique des sols (LMS) de l'EPFL mène l'évaluation de la performance énergétique de la première station énergétique souterraine en Suisse. Ce projet est mis en œuvre dans le cadre du projet CEVA à Genève. Le projet est développé pour les Services industriels de Genève (SIG) en collaboration avec BG Ingénieurs Conseils.
La ligne de chemin de fer CEVA, actuellement en construction, reliera le centre-ville de Genève (Suisse) à Annemasse (France). Une partie de l'infrastructure souterraine, située à la station Lancy-Bachet, au sud-ouest de Genève, est équipée de géostructures énergétiques (murs et dalles énergétiques) pour une surface totale d'environ 5 000 m2 d'échangeurs de chaleur encastrés dans les éléments structuraux. A notre connaissance, il s'agit de la première "station énergétique" du pays.
Les géostructures énergétiques, telles que les murs et les dalles énergétiques mis en œuvre dans le cadre de ce projet, sont une technologie permettant de fournir de l'énergie thermique renouvelable à l'environnement bâti, par l’injection et l’extraction de chaleur dans le sol. Du fait de la température quasi-constante du sol à faible profondeur, les géostructures énergétiques permettent de satisfaire les besoins en énergie de chauffage et de refroidissement des bâtiments. Le concept de géostructures énergétiques utilise des boucles d’échangeurs de chaleur, généralement constituées de tuyaux en plastique, fixées à la cage en acier de géostructures en béton armé (murs de soutènement, pieux, dalles, etc.). Un fluide caloporteur y circule en échangeant de la chaleur avec les matériaux environnants. Les échangeurs de chaleur sont reliés à une pompe à chaleur et au circuit de chauffage / climatisation du bâtiment fourni, formant ainsi un système de pompe à chaleur géothermique. Les géostructures énergétiques installées à la gare de Lancy-Bachet visent à desservir le quartier voisin en cours de développement.
Sous la direction du Prof. Laloui, le LMS-EPFL est un groupe mondial de premier plan dans le domaine des géostructures énergétiques et bénéficie aujourd’hui de vingt années de recherche et de transfert de technologie dans ce domaine.
En janvier 2020, la construction de la ligne de chemin de fer sera achevée. Nous entamons actuellement des évaluations de performance énergétique par l'activation thermique (chauffage, refroidissement et fonctionnement cyclique) d'une partie des parois thermoactives. Cela permettra de valider la quantité d’énergie que la station fournira ainsi que le comportement structurel lors d’une série de tests thermomécaniques des parois. Les objectifs de cette étape du projet sont liés à la nature multidisciplinaire des géostructures énergétiques et englobent l’analyse du comportement à la fois thermique et mécanique des parois énergétiques. D'une part, il est essentiel de quantifier le potentiel énergétique des géostructures installées et de définir des scénarios pour l'exploitation future de l'énergie. Pour ce faire, l’un des principaux défis consiste à définir le rôle de chaque mode d’échange de chaleur dans les milieux entourant les murs énergétiques, en mettant l’accent sur la compréhension des interactions hydro-thermiques entre le mur énergétique et le flux d’air dans le tunnel ferroviaire. D'autre part, la quantification préliminaire des effets mécaniques induits par la chaleur sera essentielle pour définir les règles d'analyse et de conception de telles géostructures énergétiques.
Une première partie est dédiée aux tests de réponse thermique conventionnels (TRT), une deuxième phase va consister en des tests de chauffage seul suivi de refroidissement seul, et une troisième phase prévoit une simulation du fonctionnement réel de la pompe à chaleur. Un système de monitoring thermomécanique est installé sur le mur intrados du tunnel ferroviaire.
Avec ce projet, le LMS-EPFL apporte le soutien nécessaire au développement de cette technologie d'énergie renouvelable en Suisse.
Contacts pour plus d’informations :
Juin 2019.