Modélisation des systèmes géothermiques à boucles horizontales pour chauffer les bâtiments et prévenir la fonte du pergélisol

Dans les r´egions nordiques et dans un contexte de changements climatiques, l'augmentation accrue de la temp´erature moyenne annuelle de l'air a pour cons´equence d'augmenter la profondeur `a laquelle le sol gel´e en permanence (perg´elisol) se trouve. Cette fonte cause l'instabilit ´e du sol et donc, celle des bˆatiments et des structures de tranports s'y appuyant. De plus, ces r´egions d´ependent grandement des combustibles fossiles pour chauffer les bˆatiments et produire l'´electricit´e. Une solution `a ces probl`emes est pr´esent´ee dans ce m´emoire. Il s'agit d'utiliser un ´echangeur g´eothermique horizontal coupl´e `a une pompe `a chaleur pour `a la fois chauffer un bˆatiment et conserver l'int´egrit´e du perg´elisol sous celui-ci. Un nouveau mod`ele analytique pour boucle horizontale bas´e sur la m´ethode de la source lin´eique finie est pr´esent´e. Ce mod`ele est l'extension au cas transitoire dans le sol, et pour n'importe quelle disposition de tuyaux en s´erie, du mod`ele en r´egime permanent pour tuyaux parall`eles de Claesson et Dunand (1983). Il permet d'avoir une variation de flux le long de l'´echangeur g´eothermique. Le mod`ele analytique ne peut pas tenir compte du changement de phase de l'eau souterraine ´etant donn´e la complexit´e du ph´enom`ene. Lorsqu'il n'y a pas de changement de phase, le mod`ele analytique est valid´e par un mod`ele num´erique d'´el´ements finis 3D. Une comparaison entre un mod`ele num´erique tenant compte du changement de phase et le mod`ele analytique utilisant les param`etres thermiques d'un sol gel´e en permanence a ´et´e faite. Les r´esultats de cette comparaison ont d´emontr´e que lemod`ele analytique procure toujours une bonne approximation de la temp´erature du sol pendant la p´eriode annuelle de chauffage intensif et par le fait mˆeme, il permet de bien estimer la quantit´e d'´energie retir´ee du sol par l'´echangeur g´eothermique souterrain (EGS). En ´et´e, la temp´erature du sol et l'´epaisseur du mollisol sont surestim´es par le mod`ele analytique ce qui fait que le mod`ele analytique donne des r´esultats conservateurs.