Brevet FR2448697A1 — publié le 19800905

Ce système peut s'appliquer à toute construction au dessus du solfilocal,abri,serr kont on veut réduire voire supprimer le système actif de chauffage.Il permet en effet de disposer d'une température de base assurée de 1000 et gratuitement Il s'applique à des constructions neuves où à des constructions anciennes en réalisant les adaptations nécessaires. L'axiome actuel sur lequel est basé la plupart des systèmes de chauffage est celui qui consiste à dire r3 pour chauffer les habitants d'un local il faut chauffer l'air contenu dans ce local" .Personne ne soulève l'ironie du comportement qui consiste à chauffer 11 air qu'il faudra évacuer pour assurer une bonne hygiène de l'habitatijon. amour économiser du chauffage certains habitants-sont-amenés à ne pas effectuer un renouvellement de l'air correct et se confinent dans une atmosphère lourde- ,surchauffèe,oppressante et propice au développement de germes microbiens.Dans le cas d'un renou vellement!correct de l'air ,on ne peut que constater du captage au stockage et à la distribution de la chaleur le rendement déplorable d'un tel. système ke système passif-de captation énergie géothermique de surface peut titre désigné sous le nom d'effet de caverne par analogie avec le système passif de captation d'énergie solaire que l'on appelle effet de serre. En utilisant uniquement l'effet de caverne on obtient une mise hors gel de toute construction ,puisque l'on dispose d'une température de 1000 garantie. En couplant l'effet de caverne avec un système de chauffage traditionnel ou solaire ,ou bien avec l'effet de serre on peut assurer le confort thermique pour un côut d'investissement et d'utilisation très faible. Les moyens mis en oeuvre sont basés sur les notions de paroies et d'enceintes isolantes,sur les notions de paroies transparentes,sur les notions de masses thermiques. On appelle masse thermique un corps susceptible d'accumuler de la chaleur.Une masse thermique est d'autant plus importante que son volume sa masse) est grande D'autre part suivant la nature de ce corps l'accumulation de chaleur est liée à l'élévation de température de ce corps par un coefficient variable appelé chaleur specifique. Toute masse thermique est à une température donnèe qui donc de la quantité de chaleur accumulée. Tous les corps émettent des radiations thermiques eh fonction de leur s caractéristiques propres et de leur température .Une masse thermique pert de l'énergie par radiations thermiques proportionnellement à sa température et à sa surface .Si la chaleur spécifique et le volume de cette masse thermique sont grands ,les variations de température dues à ces variations d'énergiiseront moins importantes que si la chaleur spécifique ou le volume sont faibles. Mais une masse thermique peut se maintenir à une température donnèe en contrebalançant ses pertes par des gains de chaleur par rayonnement,conduction ou convection. Une enceinte thermostatique est d'autant plus efficace qu'elle est plus isolante c'est à dire qu'elle a une faible conduc tivitfde la chaleuHet une faible absorptivité,une faible émissivité et une grande réflexivité vis à vis du rayonnement thermique. Une application très connue des masses thermiques et des enceintes thermo6tatiqueiest la bouteille thermos qui peut contenir un liquide en général du café, pendant longtemps à une température élevée.La masse thermique ,en l'occurence le café, se maintient à une température pratiquement constante grâce à l'enceinte thermostatique qui isole la masse thermique et réfléchit le rayonnement en provenance de celle ci .La propriété de l'enceinte thermostatique peut se représenter selon la figure 1 .L'homme peut être considéré comme une masse thermique .Un local sans masse thermique avec seulement des paroies réfléchissantes et isolantes et aucune masse thermique à l'intérieur excepté l'homme ,suffirait à maintenir le confort thermique de l'home (figure 2) Mais celà suppose une enceinte thermostatique parfaite ,ce qui est irrealisable, et d'autre part celà ne tient pas compte des besoins biologiques de l'homme ( renouvellement d'air lumière naturelle ).On est donc amené à introduire dans l'enceinte thermostatique une autre masse thermique entretenue à une certaine température de façon que le rayonnement thermique de cette masse compense par son apport d'énergie à l'homme les pertes qui peuvent l'affecter.Le transfert de chaleur par rayonnement est celui qui convient le mieux à l'homme ,car le plus proche de l'effet naturel (figure 3) Une façon d'entretenir la température de la.masse thermique chauffante est de laisser entrer le rayonnement solaire à Le rayonnement solaire échauffe la masse thermique qui émet alors des rayonnements thermiques c'est l'effet de serre indiqué à la figure 4 La géothermie de surface ou effet de caverne Les cavernes , les maisons enterrèes ou semi-enterrèes ,les caves ,les terriers sont des techniques qui utilisent toutes la propriété du sol d'être à une température de 1000 au voisinage de la surface à partir d'une faible profondeur, quelque soit la température extérieure En s'attachant toujours aux concepts de masses thermiques et d'enceintes thermostatiques ,on peut imaginer l'utilisation directe de cette énergie inépuisable ,de cette source de chaleur à température constante que constitue la géothermie de surface.L'utilisation de la géothermie de surface ne fait alors appel à aucune autre masse thermique autre que la masse de terre enserrèe dans l'enceinte isolante profonde de t mètre (figure 5) .Mais cette masse thermique conserve des racines dans le sous-sol tout entier. On voit que la température à l'intérieur de l'enceinte thermostatique est donc régulèe à 1000 malgrés les possibles écarts de température extérieure (figure 6). Cette technique peut être utilisée pour des constructions qui demandent une mise hors gel ou bien pour des lieux où l'homme a une activité physique importante:hangars à machines ou agricoles ,usines ,halls de sport, garages,ateliers. Lorsque on désire une température plus importante que cette température de base ,il faut prévoir un chauffage d'appoint et introduire des masses thermiquesoisolées du sol,dans l'enceinte(figure 7).On peut alors obtenir toute la gamme de températures désirèes pour une discothèque,un cinéma,un restaurant,une salle de bal. Le besoin de l'homme en soleil et en air amène à tenir compte des baies vitrées qui laissent entrer le soleil à travers la facade sud et qui permettent l'aération.Mais il ne faut pas oublier qu'une simple vitre modifie les pouvoirs d'isolation de l'enceinte isolante en provoquant des pertes de chaleur à travers sa surface. Combinaisons élémentaires de l'effet de serre et de l'effet de caverne Elles sont de deux types suivant que le soleil vient réchauffer uniquement la masse thermique que constitue le sol (figure 8) ou bien suivant qu'il réchauffe également une masse thermique supplémentaire isolée du sol (figure 9) La nuit en particulier ,les pertes par les baies vitrées sont importantes mais variables suivant l'état du cièl, la température extérieure, l'isolation nocturne des baies mais il ne faut pas oublier la formidable inertie thermique que constituent plusieurs dizaines de mètres cubes de terre et soumis à une source absolument permanente de chaleur. De plus il existe actuellement des vitrages ayant un pouvoir isolant renforcé.Ce type de construction peut être utilisé pour les piscines ,écoles ,casernes,restaurants,bureaux,serres, immeubles d'habitationfiusines. Un cas particulier très important est l'utilisation jumelée de l'effet de serrent de l'effet de caverne,justement en vue du chauffage d'une serre(figure 10) Une astuce pour faciliter la régulation thermique consiste à introduire dans la serre une masse thermique constituée d'une citerne emplie d'eau.Le rayonnement solaire agit sur cette masse thermique .Et outre son rôle de stockage thermique cette citerne peut servir à l'arrosage des cultures, en effectuant des prélèvements à bon escient;cette eau peut aussi être utilisée en aquaculture.C'est la serre thermostatique schématisèe par la figure 77 Combinaison effet de serre et effet de caverne: effet combiné à espace structuré (espaces tampons). Ce système revient à substituer au climat extérieur ,un climat artificiefintermédiaire avec celui désiré dans l'habitation.On constitue des espaces tampons au sud et au nord de l'habitation proprement dite.ces espaces sont régulés à au moins 1000 par l'effet de caverne.Leur températureS peut être supérieure grace à l'effet de serre et aux pertes de chaleur du local d'habitation proprement dit.La figure 12 représente un tel système à espace structuré;L'espace tampon sud peut contenir jardin,potager, solarium, bassins, piscines. L'habita- tion contient @@@@@@@@ chambres, cuisine, salles de bains. L'espace tampon nord peut contenir : couloirs,ateliers,salles de jeu,garages,réserves.Ce type de construction est privilégié pour les maisons d'habitation,piscines,écoles,restau- rants ,halls de sport, serres. Ces differentes possibilités de systèmes passifs de captation de l'énergie géothermiquexcouplèe ou non avec l'utilisation de l'énergie solaire, peuvent être utilisées chaque fois que l'on veut éviter d'avoir recours à l'installation d'un système actif de chauffage utilisant l'énergie solaire ou non;Ils permettent de faire des économies d'une part au point de vue investissement et d'autre part au point de vue utilisation du système de chauffage;Les applications les plus importantes sont les abris,les maisons d'habitation/ les serres pour cultures ou aquacultures. REVENDICATIONS 1/système passif de captation de l'énergie géothermique de surface ,appellé aussi effet de caverne ,caractérisé par le fait que les paroies verticales de l'abri se prolongent en dessous du sol par des paroies isolantes sur une profondeur de 1 mètre ce qui isole latéralement une masse importante de terre qui fait office de masse thermique et régule à 1000 la température de l'abri si celui-ci est réalisé au dessus du sol par une enceinte isolante. 2/ dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la température à l'intérieur de l'abri peut être élevèe au dessus de 1000 en utilisant des masses thermiques supplémentaires à l'intérieur de l'abri et isolèes du sol,et en chauffant ces masses thermiques par des techniques diverses. 3/ dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'enceinte isolante au dessus du sol a une facade sud constituée de larges baies vitrées qui laissent entrer le soleil à volonté ce qui a pour effet d'augmenter la température du sol et de l'air (effet de serre) 4/ dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la température à l'intérieur de l'abri est augmentée et régulée par l'adjonction de masses thermiques supplémentaires isolèes du sol à l'intérieur de l'abri et chauffées soit par effet de serre,soit par des techniques autres diverses. 5/ dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'abri au dessus du sol est constitué par une enceinte transparente en son entier,ce qui a pour effet d'augmenter la température du sol et celle de l'air puisque le rayonnement solaire ne rencontre aucun obstacle ;cette technique trouve son application dans les serres agricoles. 6/dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que la température à l'intérieur de la serre est augmentée et régulèe par l'adjonction d'une masse thermique supplémentaire isolèe du sol,à l'intérieur de l'abri; cette manse thermique est constitué par un vaste réservoir contenant de l'eau et soumis au rayonnement solaire ,sans gêner l'exposition des plantations au soleil; En outre cette eau ,par des prélèvements appropriés ,peut servir à l'arrosage des cultures;Cette eau peut aussi être utilisée pour faire de l'aquaculture. 7/dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les paroies du réservoir d'eau sont transparentes ,ce qui élimine tout obstacle possible à l'exposition des cultures au rayonnement solaire. 8/dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que le réservoir est semi-enterré tout en restant soumis au rayonnement solaire et en étant isolé du sol. 9/ dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que l'espace intérieur de l'abri est structuré en un espace tampon sud,un espace d'habitation, et un espace tampon nord.L'espace tampon nord est soumis à l'effet de caverne ;l'espace tampon sud est soumis ic i4edfEX à l'effet de caverne et à l'effet de serre. L'espace d'habitation est constitué par une enceinte isolante ce qui fait donc deux niveaux d'isolation par rapport à l'ex- térieur ;il est isolé du sol et sa façade sud est constituée de larges baies vitrées pour favoriser le flux énergie solaire au maximum; le rayonnement solaire a donc deux vitrages à franchir pour venir chauffer les masses thermiques installèes dans l'espace d'habitation.