Élaboration et validation d'une suite évolutive de modèles d'échangeurs géothermiques verticaux

Ce mémoire détaille l'élaboration et la validation d'une suite évolutive de modèles d'échangeurs géothermiques verticaux dans l'environnement TRNSYS. Un nouveau modèle d'échangeur géothermique vertical tenant compte des phénomènes transitoires à l'intérieur du puits est d'abord présenté. Il s'agit d'un modèle quasi 3D, dans lequel le puits est découpé en tranches axiales successives, où chaque tranche est modélisée par l'approche des résistances et capacités thermiques (TRCM). Le modèle est d'abord détaillé pour un puits à un tube en U, puis il est adapté pour un puits à deux tubes en U avec deux circuits indépendants. Le modèle TRCM à un tube en U proposé est validé avec succès par comparaison avec d'autres modèles existants incluant un modèle numérique 3D détaillé, ainsi que par comparaison avec trois cas expérimentaux. Quatre modèles d'échangeurs géothermiques verticaux simples (un seul puits) ont été implémentés dans l'environnement TRNSYS sous la forme de TYPEs. Le premier est un modèle de puits à un tube en U, dont l'intérêt est essentiellement pédagogique : initiation aux concepts associés aux échangeurs géothermiques, et à l'utilisation d'un outil de simulation d'échangeurs géothermiques. Le second est un modèle d'échangeur géothermique à deux tubes en U, avec deux circuits indépendants. Le troisième, et le quatrième modèle correspondent respectivement aux modèles TRCM proposés à un tube en U, et à deux tubes en U. Dans un dernier volet, ces quatre modèles d'échangeurs simples sont adaptés à la modélisation d'échangeurs géothermiques multi-puits, conduisant à l'élaboration de quatre autres TYPEs. Ces modèles d'échangeur multi-puits, dans lesquels le positionnement spatial de chaque puits est possible, utilisent les g-functions générées par un préprocesseur pour calculer la réponse thermique du champ de puits à modéliser. Finalement, un exemple de simulation annuelle d'une communauté solaire est illustré dans ce mémoire, dans laquelle le stockage thermique saisonnier par puits géothermiques est modélisé par des TYPEs de la suite.