Performances d'un champ de puits géothermiques verticaux peu profonds en boucle fermée

Ce mémoire présente une étude de la performance d'un champ de puits géothermiques de faible profondeur intégrés à une installation en climat naturel simulant un bâtiment à basse consommation énergétique et localisée au Centre de Recherche d'Électricité de France à Moretsur- Loing. Cette étude comporte deux volets, soit la conception d'un site expérimental instrumenté permettant de collecter des données sur une saison de chauffage ainsi qu'un volet de modélisation afin d'utiliser les résultats expérimentaux pour valider un modèle de puits géothermique basé sur la méthode de la ligne source finie et développé dans l'environnement de simulation TRNSYS. Le site expérimental est formé de 16 puits de 9 mètres de profondeur dont la tête est enfouie à 1 mètre de profondeur et positionnés en configuration carrée. La méthode de construction ainsi que les problèmes rencontrés lors de cette étape sont présentés dans cette étude. Un test de réponse thermique est réalisé afin de déterminer les propriétés du sol. Ce test se distingue de l'approche classique, car il est effectué sur des puits de faible profondeur et, contrairement à l'approche conventionnelle d'injection de chaleur, il est réalisé en mode froid en utilisant la pompe à chaleur de l'installation. En appliquant la méthode graphique présentée dans les travaux de Gehlin (1998), une conductivité thermique du sol de 2,52 W/mK et une résistance thermique équivalente du puits de 0,198 mK/W sont obtenues. Le modèle de puits géothermique développé dans le cadre de cette étude, le TYPE273, est basé sur le TYPE272 développé par Simon Chapuis (2009). Le TYPE273 permet de lire en entrée la température moyenne sur la hauteur du puits. Deux cas de validation sont utilisés et les résultats montrent que les TYPE272 et TYPE273 peuvent être utilisés avec confiance. Finalement, les résultats expérimentaux sont comparés aux données générées par le TYPE273. Comme ce modèle peut simuler deux réseaux de puits indépendants, les branches 3 et 4 sont modélisées étant donné qu'elles présentent moins de problèmes liés à leur construction. Pour ce faire, les valeurs expérimentales du débit de circulation, de la température d'entrée du fluide dans chacune des rangées de puits ainsi que la température non perturbée sur la hauteur d'un puits sont imposées au modèle à chaque pas de temps horaire. Les températures du fluide à la sortie de chacune des deux rangées calculées par le modèle sont ensuite comparées aux températures expérimentales correspondantes.