Brevet FR2346647A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne un dispositif de stockage de chaleur dans le sous-sol, caractérisé par le fait que la chaleur est transférée dans la matrice rocheuse d'une nappe captive et dans l'eau de rétention intimement liée à la roche, ou en est extraite gr & e à une circulation de l'eau libre intergranulaire qui participe accessoirement au stockage. L'extension de l'exploitation des ressources géothermiques et les études théoriques correspondantes devaient conduire tout naturellement de nombreux chercheurs à envisager l'idée de stocker de 11 eau chaude dans les pores d'une couche perméable et de récupérer cette eau chaude au fur et à mesure des besoins. En fait, à supposer que l'on ait mis au point les dispositifs techniques permettant d'assurer le transfert de l'eau dans les conditions appropriées, un tel dispositif s'avèrerait inutilisable, par suite du refroidissement rapide de 11 eau stockée, corollaire du réchauffement correspondant de la matrice rocheuse et de l'eau liée.La figure 1 montre, en fonction de la porosité totale du milieu, la proportion de chaleur stockée à l'équilibre de température, respectivement : dans Liteau circulante (en 1) et dans les éléments stables du terrain, c'est-à-dire la roche elle-meme (en 2A) et l'eau de rétention qui lui est intimement liée (en 23). Cette figure dérive directement des notions de porosité totale1 de porosité efficace et de coefficient de rétention spécifique, telles qu'elles sont définies par CAFTAN! (traité pratique des eaux souterraines - DUNOD - 1967) et de la relation existant entre ces paramètres (même auteur, figure 10-4, page 133, d'après ECKIS). il en résulte que, si l'on savait, par exemple, stocker de l'eau à 200 dans un aquifère initialement à 200, le simple chauffage de la matrice rocheuse et de l'eau liée, ramènerait la température de l'eau circulante, supposée constituer le stockage de chaleur, à des valeurs comprises entre 65 et 1000, selon la valeur de la porosité. Tous les procédés faisant état de stockages de chaleur par stockage d'eau chaude dans un milieu poreux sont donc, par principe, irréalisables. Pour pouvoir stocker de la chaleur dans le sous-sol, il importe donc de transférer la chaleur de l'eau circulante, qui sert de fluide de transfert, à la roche et à l'eau liée. La montée en température du milieu rocheux et de l'eau liée est assurée par le balayage de celui-ci par l'eau chaude. La restitution de la chaleur est obtenue par un balayage en sens inverse. Ce balayage doit être interrompu dès que la température tombe au-dessous d'une valeur jugée inacceptable. Il reste alors, dans le stockage, une certaine. quantité de chaleur que l'on peut considérer, aux pertes aux limites près, comme un investissement initial. La vitesse de balayage, au remplissage, comme au déstockage, doit être déterminée de telle manière que le transfert de chaleur se fasse convenablement entre terrain et eau circulante. En général, cette condition n'est pas contraignante, dans le cas d'une perméabilité matricielle. En appliquant les équations données par H.S. CARSLAW et J.C. JAEGER (OXFORD CLARENDON PRESS - 1959) pages 233-234, fig. 29, on voit que les temps de transfert sont pratiquement les suivants, pour des grains supposés sphériques Rayon Temps de transfert 0,1 mm pratiquement instantané 1 mm 1/2 seconde 10 mm 50 secondes 50 mm 21 minutes 100 ma 83 minutes il est facile de constater que des problèmes sérieux risquent de se poser, par contre, en cas de perméabilité de fractures et l'application du procédé ne doit être faite qu'avec circonspection dans un tel cas. Si le transfert a été effectué correctement, l'équilibre des températures est obtenu entre la matrice rocheuse et l'eau de rétention, d'une part, et, d'autre part, l'eau circulante. L'examen de la figure 1 montre que, dans ces conditions, le milieu retient environ de 60 a' 75 % de la chaleur, le reste se trouvant dans l'eau de circulation-intergranulaire. Au moment du déstockage, le dispositif fonctionne selon des principes voisins de ceux qui régissent une exploitation géothermique à basse température. Mais ces deux techniques s'opposent par un certain nombre de caractéristiques. D'abord, dans le cas du stockage, il existe une phase initiale de mise en température. Le milieu peut être froid, ce qui permet de travailler à des profondeurs beaucoup moins grandes. Par ailleurs, au caractère inéluctable de la dépréciation du gisement géothermique correspond le caractère cyclique et pérenne du stockage. il en résulte au niveau de la nappe, à puissance égale, une emprise volumique beaucoup plus faible pour le stockage que pour le dispositif d'exploitation géothermique.On peut ainsi envisager des puissances bien supérieures, impliquant des débits unitaires considérablement plus importants que dans le cas de la géothermie. En outre, l'opérateur, sous certaines conditions, est libre du choix de la température de fonctionnement. Ceci permet d'envisager le raccordement du stockage à des réseaux de chauffage, quelles que soient leurs températures de fonctionnement, mais aussi des utilisations industrielles ou énergétiques. La réalisation d'un stockage souterrain de chaleur en milieu poreux et perméable suppose que sont remplies un certain nombre de conditions, dont on indique ici les principales 1) La couche choisie comme réservoir doit être poreuse et convenable ment perméable. 2) Elle doit obligatoirement être encaissée entre deux épontes imper méables suffisamment épaisses, afin de limiter les pertes thermiques et hydrauliques, d'assurer si nécessaire une certaine pression à la nappe captive et de l'isoler des eaux superficielles. 3) Le gradient initial de pression hydraulique dans la nappe ne doit pas induire un champ initial de vitesses de fluide incompatibles avec la stabilité du stockage, c'est-à-dire le maintien à ltempla- cement choisi de la masse d'eau chaude. 4) La configuration géologique doit être telle que la différence de masse volumique entre eau chaude et eau froide n'entraîne pas, compte tenu de la perméabilité intrinsèque du milieu, une migration inaccep tablé de la masse d'eau chaude. 5) La profondeur de la couche réservoir doit être telle que la pression hydrostatique, en régime dynamique, soit supérieure à la tension de vapeur d'eau à la température de stockage. En plus de ces conditions auxquelles doit se soumettre le site choisi, l'exploitation d'un stockage souterrain de chaleur en milieu poreux et perméable doit répondre à certains impératifs qui posent des problèmes techniques pour lesquels il n'avait pas été trouvé jusqu'à présent de solutions économiquement satisfaisantes. L'invention consiste en un procédé et dispositif permettant de résoudre les problèmes posés par ces impératifs énumérés ci-après, donc de rendre possible le fonctionnement effectif d'un stockage souterrain de chaleur en milieu poreux et perméable. 7) il faut minimiser les perturbations globales du potentiel hydrauli que de la nappe, afin d'assurer au stockage son caractère pérenne et admissible par les autres utilisateurs de la nappe ; ce point est particulièrement important du fait que -à la différence des gites géothermiques- les nappes peu profondes sont sujettes à exploitation au titre d'eau potable et sont protégées par l'Administration. 2) Il est nécessaire de préserver l'intégrité chimique de la nappe, pour les mêmes raisons que précédemment, ainsi que pour éviter les phénomènes de colmatage qui pourraient résulter de l'injection d'eaux incompatibles. 3) La position de la zone chaude doit pouvoir être repérée et, si nécessaire, corrigée. 4) Tous les dispositifs thermiques comportent un retour d'eau à tempé rature basse, mais néanmoins supérieure à la température naturelle de la nappe. La chaleur correspondante doit pouvoir être récupérée au mieux. 5) Le fluide du réseau d'utilisation possède des caractéristiques physiques et chimiques bien déterminées (par exemple : pH, absence de silice, d'oxygène et de sels, présence d'inhibiteurs de corro sion) qui doivent être préservées. 6) Le bon fonctionnement du stockage et du réseau d'utilisation impose des pressions et des débits de fluide bien déterminés, ce qui implique une séparation des circuits. 7) Les quantités de chaleur en jeu étant nécessairement importantes, on doit traiter des débits de pointe élevés, éventuellement à température élevée. 8) il faut qu'en tout point du circuit parcouru par l'eau chaude, la pression soit supérieure à la tension de vapeur d'eau, à la tempé rature du point considéré, afin d'assurer un écoulement strictement monophasique. Une nappe sub-artésienne pourrait devenir largement artésienne par suite de la diminution de masse volumique de la colonne d'eau chaude, mais dès que la température devient sensible ment supérieure à 1000 C, la condition précédente n'est plus remplie et un régime pulsatoire irrégulier s'instaure avec éjection diapha sique. il faut, par conséquent, disposer dans le circuit d'eau chaude du stockage, des moyens de faire croître la pression au-delà de la tension de vapeur saturante, même dans les parties hautes, en surfa ce ou proches de la surface, tout en maintenant au niveau des crépines des puits fonctionnant en soutirage une pression inférieure ou égale à la pression dynamique de la nappe pour le débit considéré. 9) On doit pouvoir connaître à chaque instant le bilan thermique et hydraulique précis du dispositif. 70) D'une façon générale, le coût élevé des forages nécessaires conduit à en minimiser le nombre, donc à envisager une réversibilité totale des circuits, les puits d'injection devenant des puits de soutirage et inversement. i7) Le stockage est susceptible d'être implanté en milieu fortement urbanisé : il doit donc demander une emprise de surface minimale et respecter les contraintes techniques et esthétiques de cet environ nement. Le dispositif qui constitue la présente invention est un ensemble complexe et nouveau d'éléments ou d'arrangements généralement classiques, parfois originaux, réunis logiquement en vue de réaliser ui stockage souterrain de chaleur en milieu poreux et perméable, et résolvant simultanément les problèmes précédents de la manière suivante:: Comme on peut le voir sur le schéma général représenté figure 2, le dispositif comprend - un circuit primaire P, formé de la couche-réservoir 1, des sources chaude 2 et froide 3, de la ligne de transfert 4, comprenant les puits chauds 5 équipés de moyens d'extraction, des moyens d'échange 6, des moyens de pompage et d'injection 7 et de comptage 8 et enfin les puits froids 9 équipés des moyens d'extraction - un circuit secondaire S, formé en principe d'une boucle en dérivation sur le réseau d'utilisation R - un organe de gestion du stockage 10, auquel est adjoint éventuelle ment un ensemble de moyens permettant de vérifier et de corriger la position géométrique de la chaleur stockée. A - Circuit primaire P Les deux sources, chaude et froide, sont constituées par des puits ou groupes de puits réversibles, répondant aux nécessités des débits hydrauliques de pointes, tant en injection qu'en soutirage, moyen nant une complétion appropriée. Leurs distances, leur implantation géométrique et leur nombre dépendent des conditions du site de surface, des caractéristiques hydrauliques de la couche, de la quantité de chaleur à stocker, A la température envisagée, de la durée de stockage, des débits hydrauliques de pointes nécessaires et des dimensions des puits. Comme ces dernières dépendent également des caractéristiques hydrauliques de la couche et des débits de pointes à assurer, les caractéristiques générales d'une source sont définies, dans les limites des lois physiques, par l'optimum économique. La ligne de transfert, pourvue des éléments de compensation de dilatation nécessaires, comprend : - les moyens d'extraction, complétés éventuellement par des appareils de désablage - les-moyens d'échange et d'isolement du circuit primaire - les moyens d'injection - les moyens d'accéder aux informations nécessaires à la gestion du stockage - les moyens d'assurer la régulation en débit, pression et tempé rature. Les moyens d'extraction qui constituent un élément important de l'invention ne peuvent pas faire l'objet d'une solution unique, car ils dépendent de la température de stockage, des débits hydrauliques, de la profondeur de la couche-réservoir, des conditions d'environnement de surface, des contraintes technologiques en matière de pompes au moment de la réalisation et des conditions économiques. Ils feront, de ce fait, l'objet d'une description détaillée, exposée plus loin. Les moyens d'échange et d'isolement du circuit primaire assurent la séparation entre l'eau de la nappe et le circuit d'utilisation (circuit secondaire). I1 peut s'agir soit d'un échangeur ou groupe d'échangeurs liquide-liquide à circuit séparé, soit d'un échangeur ou groupe d'échangeurs vapeur-liquide à circuit séparé, conçu pour fonctionner en bouilleur, sur le circuit secondaire, dans la phase de soutirage de chaleur. On peut également placer un système d'échange à circuit séparé transférant la chaleur de la vapeur du circuit secondaire à l'eau du circuit primaire, pendant la phase de stockage, et permettant un déstockage liquide-liquide. Les moyens d'injection comportent une pompe, ou pour assurer une meilleure régulation des débits, un groupe de pompes d'injection pouvant fonctionner en série-parallèle, associées à un ou plusieurs "manifolds" en anneau pourvu(s) des vannes d'arrêt nécessaires pour assurer la réversibilité. Cet ensemble de pompage est monté du côté froid du circuit primaire. Dans certains cas particuliers, si la pression fournie par le dispositif d'extraction est suffisante, compte tenu des pertes de charge de l'ensemble du circuit1 l'ensemble de pompage d'injection peut être supprimé. Les moyens d'accéder aux informations nécessaires à la gestion du stockage, pour le circuit primaire, comportent - un système compteur-décompteur de volume d'eau, convenablement installé du côté froid du circuit primaire - des capteurs de pressions et de températures, de part et d'autre de l'échangeur et de l'ensemble de pompage - un système de vérification sommaire des débits sur chaque puits. Les informations fournies par ces différents appareils sont normalement traitées automatiquement par le calculateur central de gestion du stockage, mais des lectures directes peuvent être prévues pour assurer la continuité de fonctionnement par des interventions manuelles, en cas de défaillance du calculateur, des organes de transmission de données ou des appareillages assurant la régulation active. Les moyens d'assurer la régulation en débit, pression et température, comprennent, comme on peut le voir figure 3, outre les vannes d'arrêt indispensables pour assurer la réversibilité 29 et la sécurité 30, trois vannes régulatrices, ou trois groupes de vannes régulatrices, permettant d'assurer simultanément, de manière correcte, les fonctions de soutirage d'échange et d'injection, dans les deux sens suivant le schéma de la figure 3, à savoir - une vanne 31 (ou un groupe de vannes) sur les circuits d'injection des puits forés chauds1 permettant la régulation de la pression, donc du débit, sur 11 ensemble du circuit primaire, lors de la phase de stockage - une vanne (ou un groupe de vannes) sur les circuits d'injection des puits forés froids ou tièdes 32 et une vanne (ou un groupe de vannes) 33 intercalée entre les moyens de pompage d'injection et les moyens d'échange, permettant la régulation des pressions, donc du débit, dans le circuit primaire, lors de la phase de récupé ration de la chaleur, en tenant compte à la fois des conditions de débit dans les appareils d'échange et des conditions de pression dans les puits de réinjection. En cas de fonctionnement à une température supérieure à 1000 C, la (ou les) vanne placée sur les circuits d'injection des puits forés chauds doit être placée à une profondeur telle que, pour toute condition de débit, la pression en tête soit supérieure à la pression de vaporisation à la température considérée ou être complété tée par une vanne supplémentaire de sécurité 13 chargée spécialement d'assurer cette fonction. Ces vannes régulatrices peuvent être commandées manuellement, ou par le calculateur central 10 de gestion du stockage. Leur position précise dépend du type de réalisation envisagé et est indiquée, pour les différentes options, sur les figures 4 à 7. B - Circuit secondaire La boucle secondaire comprend - la partie secondaire du système d'échange défini précédemment - le groupe de circulation et son "manifold" en anneau, pourvu des vannes d'arrêt nécessaires pour assurer la réversibilité, installé du côté froid du circuit secondaire et comprenant, soit une pompe à débit variable, soit un groupe de pompes montées en série parallèle - deux ensembles de vannes de régulation, asservis l'un et l'autre par l'intermédiaire du calculateur central de gestion de stockage, précédemment mentionné - un système compteur-décompteur de volume d'eau, convenablement installé du côté froid du circuit secondaire - des capteurs de pressions et de températures, de part et d'autre de l'échangeur et de l'ensemble de pompage et sur le réseau principal. Comme pour le circuit primaire, toutes les informations provenant du circuit secondaire et du réseau sont normalement prises en compte par le calculateur central de gestion du stockage, mais peuvent être aussi exploitées directement par des commandes manuelles. On peut également exploiter le stockage en prélevant la chaleur sur un réseau et en la restituant, parallèlement ou non sur un autre réseau indépendant du premier. Ce serait notamment le cas pour un prélèvement de chaleur sous forme de vapeur, associé à une restitu tion sous forme d'eau chaude pressurisée ou non. Dans ce cas, outre la modification du système d'échange éventuellement nécessaire, le branchement du second réseau implique des vannes d'isolement et de régulation ainsi que des capteurs de pression, de température et un système de comptage supplémentaire; normalement en liaison avec le calculateur central de gestion du stockage. C - Organe de gestion du stockage et moyens permettant de vérifier et de corriger la position géométrique de la chaleur stockée Le stockage comporte des commandes manuelles ou un organe de gestion automatique. Ces deux types de commandes peuvent être associés. Les informations provenant des différents capteurs et compteurs, ainsi que les données -fournies par le réseau extérieur et la tempé rature de stockage permettent de réguler les pressions et tempéra tures aux différents points de la ligne de transfert, de manière à assurer, pour des débits variables, au stockage comme au soutirage de chaleur, simultanément un fonctionnement correct de l'organe d'échange et des puits des deux sources. Dans le cas où le gradient initial de pression dans la couche réservoir le justifie, ainsi que dans tous les cas où des variations parasites des niveaux piézométriques pourraient être provoquées ultérieurement par des pompages voisins, ou pour tout autre cause, le dispositif est complété par des puits situés à l'extérieur de l'emprise maximum des deux sources et équipés de capteurs piézomé triques et thermométriques. L'examen des variations piézométriques permet de prévoir les dérives des sources dues au gradient de pression, tandis que l'examen des variations thermométriques permet de repérer les dérives dues aux variations de masse volumique provo quées par l'échauffement. Ces puits annexes sont équipés également de pompes et de crépines permettant le pompage d'eau froide dans une partie d'entre eux et la réinjection dans un autre groupe1 afin de stabiliser les sources à leur emplacement théorique. Cette opération peut être effectuée manuellement ou être prise en compte par l'organe centralisé de gestion automatique du stockage, s'il en existe un. Les nombreuses contraintes pesant sur les moyens d'extraction et de régulation en débit, pression et température conduisent, suivant les cas à des solutions différentes, entrainant différents types d'implantations des organes constitutifs du dispositif, présentées ci-dessous. a - Implantation entièrement en surface (figure 4) Description Les puits d'accès aux sources chaudes 5 et froides 9, ainsi que les éventuels puits de contrôle et de positionnement, non représentés, sont forés depuis la surface. La ligne de transfert comprend - des pompes d'extraction Il et 12, placées dans les puits aux cotes convenables, de type immergé à arbre vertical et moteur en surface ou à "groupe électrique immergé" - dans le (ou les) puits de la source chaude, une vanne de fond régulatrice de pression 13 positionnée à la cote convenable pour les températures supérieures à 1000 C, une vanne régu latrice 31 installée en surface sur la partie chaude de la ligne de transfert - les moyens d'échange 6 de pompage d'injection 7 et tous les autres dispositifs conformes à la description générale système compteur-décompteur de volume d'eau 14, les capteurs de pression 15, les capteurs de température 16, systèmes de vérification des débits de chaque puits 17 et moyens de vérification et de correction de la chaleur stockée 34. Pour le (ou les) puits froids), la cote convenable de la pompe d'extraction obéit aux règles de l'Art, selon les lois usuelles de l'hydraulique. Pour le (ou les) puits chaud(s), la cote convenable de la pompe d'extraction et de la vanne de fond régulatrice de pression est définie de telle sorte que, dans les conditions dynamiques de débit maximum du puits, la colonne d'eau chaude située entre la pompe ou la vanne et la partie supérieure de la couche contrebalance la différence entre la pression dynamique de la couche au droit du puits et la pression de vaporisation de l'eau à la température considérée. Avantages et limitations Cette disposition a le mérite de la simplicité et de l'accessi bilité aisée de presque tous les constituants. Elle nécessite une emprise au sol relativement grande et est particulièrement adaptée pour les stockages à 100 - 1100, ou moins. Pour les températures plus élevées, la (ou les) vanne(s) régulatrice(s) de pression au fond dont les exigences de fiabilité rendent la réalisation délicate, ainsi que les pompes immergées chaudes imposent des limites de température dépendant de la technologie des constituants. En outre, les pompes à arbre vertical et moteur en tête exigent des puits d'une verticalité rigoureuse. Enfin, les pompes immergées pour gros débits nécessitent des diametres de puits onéreux qui peuvent orienter le réalisateur vers les autres types d'implantation. b - Implantation partiellement souterraine. La figure 5 représente un aménagement particulier en liaison avec la source chaude dans le schéma général de la figure 4. Description Dans ce mode d'implantation, la partie superficielle de la ligne de transfert, ainsi que l'équipement de la source froide sont inchangés par rapport à la solution précédente et ne sont pas représentées sur la figure 5. La liaison à la source chaude est réalisée de la façon suivante Chaque pompe d'extraction d'eau chaude lia, qui peut être du type des pompes alimentaires de chaudière, est placée dans une galerie ou une salle souterraine 18 intersectant le (ou les) forage(s) 5.Sur chaque puits d'extraction trois vannes 19a, 19b, 19c mises en place après pose provisoire d'un obturateur de fond ou d'un bouchon de boue lourde et résection du tubage dont lune 19b télécommandée permettent de faire une boucle de dérivation sur laquelle se trouvent la pompe et la (ou les) vanne(s) de régulation de pression 20a, 20b ; la vanne régula trice de pression à l'injection l3b, d'un modèle courant, est alors montée à l'air libre dans la galerie ou le puits d'accès 18. La profondeur de cette installation obéit à la même condi tion que celle régissant les vannes régulatrices de fond 13b et la pompe d'extraction d'eau chaude Il dans le cas précédent. Un puits de mine pourvu des moyens de levage et d'exhaure 21 nécessaires relie les chambres souterraines à !a surface. Il assure la ventilation qui se fait par des canalisations appropriées. Avantages et limitations Cette disposition permet de s'affranchir des contraintes de construction des pompes de puits destinées à l'extraction d'eau chaude et des vannes de fond régulatrices de pression installées dans les puits chauds. Elle permet la pose d'un bon calorifu geage sur la (ou les) conduite(s) comprises entre la (ou les) salle(s) et la surface. Elle nécessite pratiquement la même emprise-au sol que précédemment, et comprend, en plus, des installations souterraines. Elle est donc plus particulièrement adaptée pour les stockages à température supérieure à 1000 C. c - Implantation entièrement souterraine. La figure 6 représente ce mode de réalisation de l'invention. Description Dans ce mode d'implantation, l'ensemble de la boucle primaire, y compris les moyens d'échange, est entièrement souterrain. Le circuit secondaire peut être totalement ou partiellement souterrain. Un réseau de galeries 22 partant de puits d'accès et de ventilation 23 permet d'accèder aux salles de pompage d'injection et de comptage primaire 24, à la salle des échangeurs 25, au système régulateur conforme à celui qui a été précédemment décrit et enfin aux chambres des têtes de puits 26. Pour les deux sources, les piquages de jonction à la ligne de transfert peuvent être réalisés par résection de colonnes de tubages (selon les modalités du b) posées depuis la surface, ou, au contraire par jonction à des têtes de puits souterraines 27. Dans certains cas, on peut prévoir des désa bleurs 28 sur les lignes de jonction ou de puits.On peut assurer l'artésianisme sous la pression convenable des sources chaude et froide, au niveau -de la ligne de transfert dont la cote doit répondre à trois conditions 1) la charge hydraulique en tête, au débit maximum de soutirage de la source chaude, doit être supérieure à la pression de vaporisation 2) la distance verticale entre la base des installations souterraines et la partie supérieure de la couche-réservoir et les conditions géologiques régnant dans cet intervalle doivent être telles que l'on puisse assurer la sécurité du creusement des galeries et éventuellement des forages souterrains, ainsi qu'une étanchéité et une isolation thermique convenables des installations souterraines en service, y compris des forages (bonne cimentation sur une longueur suffisante) 3) dans le cas de l'exécution des forages en souterrain, cette distance verticale doit permettre une contre-pression de boue alourdie sur la couche1 capable de contrebalancer sa pression de fond normale : ceci permet en.outre d'intervenir, après injection d'eau froide, en toute sécurité sur les complétions de puits, afin d'assurer leur entretien. Dans ces conditions, il n'y a pas de pompes d'extraction d'eau chaude ou froide. La régulation de pression s'effectue par le groupe de pompage d'injection situé sur la partie froide de la ligne de transfert et les vannes de régulation associées, situées de part et d'autre des moyens d'échange. Ceux-ci peuvent -être notamment - des échangeurs tubulaires verticaux dont la manutention s'effectue en position verticale par chariots les amenant à portée des moyens de levage existant dans les puits (par exemple, accrochage par la tête sous cabine ou intro duction dans une cage de hauteur appropriée) - des échangeurs horizontaux manutentionnés dans cette position ou après redressement grâce â des chariots, dans les conditions précédentes - des échangeurs à plaques montés sur chariots1 dont les blocs compacts se prêtent bien aux manutentions et tinter~ ventions éventuelles au fond. Avantages et limitations Cette disposition réduit l'emprise au sol au minimum et permet l'installation du stockage en milieu urbanisé, et même en pleine ville. La suppression totale des pompes d'eau chaude1 ainsi que de celles d'extraction d'eau froide, l'absence de tout organe mobile dans les puits, en simplifiant considérablement l'installation, en accroit la fiabilité et diminue, par conséquent, les sujétions et les frais d'entretien. Même dans le cas d'eau très chaude, le matériel nécessaire à la construc tion du dispositif est simple et classique. Les diamètres des tubages et le nombre de puits, imposés seulement par les lois de l'hydraulique et non plus par les impératifs de construction des pompes et autres organes de fond à gros débit, peuvent être déterminés en vue de l'optimum économique.C'est enfin la seule disposition qui évite totalement le contact de l'eau du circuit primaire avec l'air, même dans la partie froide. Dans le cas où la géologie se prête à un stockage souterrain de chaleur en milieu poreux et perméable, il n'y -a pas de limitations à ce type d'implantation, autres qu'économiques. Celles-ci tendent toutefois à en faire envisager l'emploi plutôt dans le cas de stockages importants d'eau à température nettement supérieure à 1000 C. d - Variante de l'implantation précédente (figure 7) Description Dans ce mode d'implantation, le (ou les) puits chaud(s) 5 sont identiques à ceux prévus précédemment en c, l'artésianisme de la source chaude étant obtenu de la même manière. Le pompage d'injection 7 est installé en souterrain, de même que les moyens d'échange 6, mais l'équipement de la source froide 3 comprend des puits creusés 9 et exploités depuis la surface et équipés, si nécessaire, de pompes immergées 12 comme dans l'option a. Le circuit secondaire S peut être -è l'exception des moyens d'échange toujours souterrains- soit enterré, soit installé en surface. Il en est de même des moyens de comptage du circuit primaire. Avantages L'emprise au sol est limitée, les dispositifs de pompage ne font appel qu'à des moyens simples et classiques ; il n'y a aucune pompe sur les circuits chauds. Par rapport à la solution c, on économise le creusement et l'équipement des galeries nécessaires pour atteindre la source froide, par contre les implantations en surface sont plus importantes, surtout pendant la phase d'équipement. Intérêt de l'invention D'une manière générale1 l'intérêt des stockages de chaleur résulte des propriétés de la courbe dite "monotone de chauffage". Cette courbe permet de connaître pendant combien d'heures dans une année la puissance appelée dépasse ou atteint une fraction donnée de la puissance maximum d'un réseau de chauffage. Elle dépend du climat et du type d'utilisation (domestique, tertiaire, industrielle; Nais dans tous les cas, il apparait que des puissances relativement élevées ne sont appelées que pendant un nombre limité d'heures. Ceci peut justifier la présence de moyens de chauffage d'appoint, à coût de fonctionnement élevé, mais à faible investissement, mais aussi la mise en oeuvre de moyens de stockage. Ceux-ci peuvent permettre notamment : a) de diminuer les investissements lourds, en réduisant la taille des installations (réacteurs nucléaires calogènes) ou, à taille égale, de diminuer la part du chauffage d'appoint, qui serait autrement géné ralement assuré au fuel oil b) de permettre une utilisation rationnelle de sources de chauffage discontinues - par nature : énergie solaire - pour des raisons économiques : prélèvement de vapeur sur les centrales électriques pendant les creux de consommation électrique; c) d'augmenter la clientèle et d'améliorer la rentabilité économique de sources permanentes discrètes : géothermie naturelle, chaleur de récupération de "procédés" ; d) d'optimiser les réseaux de transport - soit en diminuant l'importance des installations nécessaires en assurant le transit de la chaleur de façon constante et moyenne pendant toute l'année - soit en maintenant ou en augmentant l'importance des installations, mais1 grâce à l'amélioration de leur rentabilité, en atteignant des distances plus grandes et des clients plus nombreux e) de faciliter la progressivité des investissements lourds, le stockage constituant un moyen d'ajuster la production d'une centrale de chauffe initialement modeste aux besoins croissants d'une clientèle en expansion, cette progessivité permettant éventuellement de rendre économiquement rentables des réalisations qui, autrement, ne l'auraient pas été et donc, de contribuer aux économies de fuel oil. L'invention constitue l'un des moyens économiques d'effectuer des stockages de chaleur et est donc de nature à favoriser les économies de fuel oil. Elle présente, en outre, sur d'autres procédés, les avantages suivants a) elle est utilisable aussi bien pour des températures assez basses que pour des températures largement supérieures à 1000 C.Cette propriété est de nature à - faciliter le raccordement de réseaux préexistants exploités au fuel oil à des ensembles plus vastes utilisant d'autres sources d'énergie - leur permettre de s'intégrer dans des réseaux de transport à haute température, particulièrement économique - restreindre la dimension des installations annexes de stockage et leur coût de fonctionnement en augmentant le débit thermique pour un débit hydraulique donné - restreindre la dimension du stockage lui-même en augmentant le hombre de thermies utiles stockées par mètre cube de stockage b) elle a un très faible impact sur l'environnement1 ce qui permet son implantation en zone urbaine c) elle utilise un réservoir naturel gratuit, le coût ne dépendant que des moyens d'accès au réservoir et des dispositifs d'exploitation le coût est donc totalement indépendant du volume à stocker et ne dépend que du débit thermique maximum à assurer, au stockage, comme au déstockage. Tout en étant utilisable à des fins multiples, l'invention est donc particulièrement adaptée pour répondre au besoin de grands stockages fonctionnant suivant un cycle annuel, besoin pour lequel il n' existe pas à ce jour de solution concurrente réellement satisfaisante. Du fait de la possibilité d'utiliser de tels stockages à des températures largement supérieures à 1000 C, des applications particu lières peuvent être envisagées : fourniture de vapeur industrielle, usages énergétiques. REVENDICATIONS 1 - Procédé de stockage de chaleur dans le sous-sol permettant son extraction ultérieure, par transfert de la chaleur dans la matrice rocheuse et dans liteau de rétention intimement liée à une roche poreuse et perméable, contenant une nappe captive, isolée des nappes superficielles, le transfert et I'extractionde la chaleur étant assurés par la circulation de l'eau libre intergranulaire qui participe accessoirement au stockage caractérisé en ce que :: - on accède à la couche réservoir par deux puits ou groupes de puits forés, adaptés l'un pour liteau chaude, l'autre pour l'eau froide ou tiède, les mêmes puits pouvant éventuellement servir, soit à l'injection, soit à la récupération - on isole complètement le circuit primaire du stockage, comportant de l'eau de la nappe, du circuit d'utilisation et de réchauffage renfermant de l'eau ou tout autre liquide, par l'interposition d'un échangeur ou d'un groupe d'échangeurs à circuits séparés, de façon à éviter les contaminations réciproques des circuits et à permettre un fonctionnement de chacun des circuits à des pressions convenablement ajustées, par des moyens appropriés 2 - Procédé de stockage de chaleur selon revendication t, dans lequel le circuit de réchauffage fonctionne à la vapeur, lors du stockage de la chaleur, grâce à l'interposition d'un condenseur et le circuit d'utilisation est rempli par de l'eau (ou tout autre liquide), réchauffé par un système échangeur liquide-liquide. 3 - Procédé de stockage de chaleur selon revendication 1, dans lequel le circuit de réchauffage fonctionne à la vapeur, lors du stockage de chaleur, grâce à l'interposition d'un condenseur, et le circuit d'utilisation fonctionne également à la vapeur, par l'intermédiaire d'un système échangeur-bouilleur approprié. 4 - Procédé de stockage de chaleur selon revendication 1, dans lequel lecircuit de réchauffage est rempli par de l'eau ou tout autre liquide, à température convenable, et le circuit d'utilisation fonctionne à la vapeur par l'intermédiaire d'un système échangeur bouilleur approprié. 5 - Procédé de stockage de chaleur selon revendications 1, 2, 3 et 4, dans lequel l'injection d'eau froide ou chaude est assurée par une pompe (ou un groupe de pompes), servant aussi bien lors du stockage que lors du stockage de la chaleur, grâce à un montage sur un (ou plusieurs) manifold(s) en anneau1 intercalé sur la partie la plus froide du circuit primaire. 6 - Procédé de stockage de chaleur selon revendications 1, 2, 3 et 4, dans lequel le pompage d'injection est effectué selon revendication 5, et l'adaptation de la valeur du débit d'injection, au stockage comme au soutirage1 est assurée par un montage en série-parallèle des pompes d'injection, complété par les vannes régulatrices convenablement disposées. 7 - Procédé de stockage de chaleur selon revendications 1, 2 et 4, dans lequel la circulation du fluide dans le circuit de réchauffage et dans le circuit d'utilisation, ou dans l'un seulement de ces circuits, est assurée par une (ou plusieurs pompes montées en série-parallèle) installée(s) sur la partie la plus froide du circuit considéré. 8 - Procédé de stockage de chaleur selon revendication 1, dans lequel la circulation du fluide dans le circuit commun de réchauffage utilisation est assurée par une ou plusieurs pompes, selon reven dication 7, lesdites pompes étant installées dans un ou plusieurs manifolds en anneau, permettant d'assurer la réversibilité du dispositif. 9 - Procédé de stockage de chaleur selon revendications 1, 2, 3 et 4, dans lequel la régulation du fonctionnement est assurée par un organe centralisé de gestion automatique prenant en compte les besoins du circuit consommateur et les possibilités de fourniture du circuit fournisseur, ainsi que tous les paramètres de fonction nement de l'installation par l'intermédiaire de capteurs de pression et de température, judicieusement placés, et de compteurs décompteurs volumétriques installés sur les parties les plus froides du circuit primaire et du (ou des) circuits de réchauf fage et d'utilisation. 10 - Procédé de stockage de chaleur selon revendications 1, 2, 3 et 4, dans lequel la régulation du fonctionnement est assurée par des moyens de commande manuelle, dont le réglage est déterminé par des moyens de mesure identiques à ceux prévus selon la revendication 9. il - Procédé de stockage de chaleur selon revendications l, 2, 3 et 4, dans lequel le contrôle de la position de la chaleur stockée est assurée par des puits forés de mesure équipés des appareils thermométriques et piézométriques appropriés, et le maintien ou la remise en place de la chaleur stockée sont garantis par pompage ou injection d'eau froide dans les puits de mesure, ou dans des puits forés spécialement, les mesures de contrôle et les opérations de correction étant assurées, soit manuellement, soit par organe centralisé de gestion automatique, selon revendication 9. 12 - Dispositif permettant le stockage et la récupération de chaleur selon le procédé revendiqué dans les revendications précédentes, prises dans leur ensemble, caractérisé par la présence de trois vannes régula trices (ou trois groupes de vannes régulatrices), permettant d'assurer simultanément, de maniere correcte, les fonctions de soutirage, d'échange et d'injection dans les deux sens, à savoir - une vanne (ou un groupe de vannes) sur les circuits d'injection des puits forés chauds, permettant la régulation de la pression, donc du débit, sur l'ensemble du circuit primaire, lors de la phase de stockage ;; - une vanne (ou un groupe de vannes) sur les circuits d'injection des puits forés froids ou tiedes et une vanne (ou un groupe de vannes) intercalée entre les moyens de pompage d'injection et les moyens d'échange, permettant la régulation des pressions, donc du débit, dans le circuit primaire, lors de la phase de zécuperation de la chaleur, en tenant compte a la fois des conditions de débit dans les appareils d'échange et des conditions de pression dans -les puits de réinjection. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les vannes sont asservies automatiquement à l'organe centralisé de gestion automatique prévu selon la revendication 9. 14 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que une vanne régulatrice au moins est prévue sur les circuits d'injection des puits chauds et qu'elle est placée à l'intérieur des puits chauds, afin de maintenir, en tout point de la colonne d'injection de chaque puits chaud, une pression supérieure à la pression de vaporisation de l'eau à la température considérée, quels que soient les débits, et disposée à cet effet à la cote convenable définie de telle sorte que, dans les conditions dynamiques de débit maximum du puits, la colonne d'eau chaude située entre l'appareil et la partie supérieure de la couche contrebalance la différence entre la pression dynamique de la couche au droit du puits et la pression de vaporisation de l'eau à la température considérée. 15 - Dispositif selon la revendication 14, dans lequel la vanne régula trice, au lieu d'être placée à la profondeur convenable à l'inté rieur du puits foré, est remplacée par une vanne régulatrice ordinaire, disposée à la cote convenable, dans une galerie ou une chambre souterraine, ou encore dans un puits visitable. 16 - Dispositif permettant la récupération de chaleur selon le procédé faisant 11 objet des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par la présence d'une pompe de fond dans chaque puits chaud, à la fois pour assurer le débit maximum envisagé et pour maintenir en tout point de la colonne d'extraction une pression supérieure à la pression de vaporisation de l'eau à la température considérée, quels que soient les débits, et disposée à cet effet à la cote convenable définie de la même manière que pour les vannes régula trices d'injection, selon revendication 14. 17 - Dispositif selon la revendication 14, dans laquelle la vanne régulatrice de fond de chaque puits chaud est mise en place dans l'annulaire entre cuvelage de puits et colonne d'extraction de la pompe, située selon revendication 16, plus bas, l'ensemble permet tant d'assurer les pressions convenables nécessaires tant à l'injection qu'à l'extraction. 18 - Dispositif selon la revendication 16, dans lequel la pompe de fond destinée à maintenir une pression convenable en tout point, dans les puits chauds, est remplacée par une pompe ou un groupe de pompes, installée dans une galerie, ou une chambre souterraine, ou encore dans un puits visitable, à la cote convenable. 19 - Dispositif permettant la récupération de chaleur selon le procédé faisant l'objet des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par l'absence de toute pompe d'extraction du côté chaud du stockage, la pression naturelle de la nappe assurant à la fois la production d'eau chaude et, si nécessaire, le maintien de la pression, en tout point du circuit primaire, à une valeur supérieure à celle de la pression de vaporisation de l'eau à la température du point consi déré, ce résultat étant obtenu par la mise en place des moyens d'échange et de la pompe, ou du groupe de pompes d'injection dans une galerie, une chambre souterraine ou au moins un puits visi table, à une cote telle que la charge hydraulique en tête, au débit maximum de soutirage1 soit naturellement supérieure à la pression de vaporisation de lteau à la température considérée. 20 - Dispositif permettant la récupération de chaleur selon le procédé faisant l'objet des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par l'absence de toute pompe d'extraction du côté froid, ou tiède, grace à une exploitation à partir de galeries, de chambres souter raines ou d'au moins un puits visitable atteignant une cote telle que'artésianisme demeure assuré au débit maximum envisagé. 21 - Réalisation de stockage permettant le raccordement des installations souterraines prévues par les revendications 18, 19 ou 20, caracté risé par le fait que, soit pour les puits chauds, soit pour les puits froids ou tièdes, soit pour ensemble des puits, le (ou les) puits est (ou sont) creusé(s) depuis la surface et les appareils du fond branchés grâce à la mise en place de piquages et de vannes, après la pose d'un obturateur de fond amovible et la résection de la colonne de tubage au niveau des installations du fond. 22 - Réalisation de stockage permettant le raccordement des installations souterraines prévues par les revendications 18, 19 et 20, caracté risé par le fait que, soit pour les puits chauds, soit pour les puits tièdes ou froids, soit pour les puits de mesure ou de correction de position1 soit pour tout ou partie de 11 ensemble de ces puits, le creusement est assuré à partir de galeries ou de chambres souterraines spécialement aménagées, établies à une cote convenable, selon revendications 19 et 20, la distance entre la galerie et la partie supérieure de la couche-réservoir devant, par ailleurs, être suffisante pour permettre une contre-pression de boue alourdie sur la couche, capable de contrebalancer sa pression de fond normale.