Brevet FR2817024A1 — publié le 20020524

SYSTEME DE CAPTEUR ENTERRE POUR POMPE A CHALEUR La présente invention concerne le domaine des pompes à chaleur échangeant des calories avec la terre pour fonctionner en mode de chauffage et/ou en mode de climatisation. Ces installations comportent donc un capteur enterré véhiculant un liquide caloporteur tel qu'eau glycolée sur une longueur suffisante pour que l'échange de chaleur entre celui-ci et la terre réponde aux besoins de la pompe à chaleur. Il existe à l'heure actuelle deux systèmes de capteur enterré, qui diffèrent essentiellement par leur mode d'installation, et entre lesquels le choix est fonction du site d'implantation. Dans le premier et le plus répandu de ces systèmes, le capteur est disposé horizontalement à faible profondeur dans la terre. En règle générale, il est organisé sous la forme d'une pluralité de boucles allongées longitudinalement en forme d'épingle, que l'on dénommera également sondes thermiques dans la suite, toutes connectées en entrée et en sortie respectivement à un collecteur commun de départ et à un collecteur commun d'arrivée, ceux-ci étant connectés au générateur de la pompe à chaleur. Le plus souvent, l'installation d'un tel capteur enterré consiste à creuser des tranchées pouvant admettre deux boucles superposées. Il est communément admis que les tranchées doivent avoir une profondeur d'environ 1,20 m et une largeur de 60 cm pour permettre des écartements adéquats entre les quatre passages de fluide caloporteur et une profondeur en terre suffisante de la boucle supérieure. D'autre part, l'écartement entre tranchées doit être d'au moins 50 cm. La longueur de capteur pour répondre aux besoins d'une habitation moyenne étant de l'ordre de 700 m, la longueur de tranchée correspondante est donc de l'ordre de 175 m, par exemple répartis en sept tronçons de chacun 25 m. Ceci donne une idée de la surface de terrain (au moins 200 m2) qui doit être réservée pour le capteur. En réalité, ces conditions de disponibilité sont loin d'être toujours remplies, souvent par manque de surface, ou en rénovation parce que le terrain est aménagé et/ou planté et donc impropre au creusement de tranchées. Dans le deuxième système, le capteur est disposé verticalement dans des trous de forage, généralement au nombre de deux, qu'il convient d'écarter d'une distance de 5 m au minimum. Par rapport au premier système, la longueur de capteur est nettement réduite, le diamètre de tube étant en contrepartie augmenté. Le diamètre de forage à pratiquer est donc important, de l'ordre de 200 mm, ainsi malgré tout que la profondeur, de l'ordre de 70 m, voire davantage, ce qui oblige à utiliser du matériel lourd pour lequel l'accès au site d'implantation est loin d'être toujours possible, et qui d'autre part induit des coûts importants. Un inconvénient supplémentaire de ce mode d'installation est que de tels forages à grande profondeur sont soumis à autorisation administrative. Dans la pratique, les contraintes précitées relatives à ces deux systèmes de capteur enterré sont bien souvent des obstacles rédhibitoires à l'implantation d'une pompe à chaleur, alors que la demande pour des équipements de chauffage et climatisation de ce type ne cesse d'augmenter. L'invention résulte de la recherche d'une solution à ce problème et consiste en un nouveau système de capteur enterré. Ce nouveau système de capteur enterré pour pompe à chaleur pouvant fonctionner en mode de chauffage et/ou en mode de climatisation, dans lequel le capteur comporte une pluralité de sondes thermiques connectées entre un collecteur de départ et un collecteur d'arrivée, eux-mêmes reliés au générateur de la pompe à chaleur associé, est caractérisé en ce qu'au moins certaines parmi lesdites sondes thermiques sont disposées en terre selon une inclinaison par rapport à la surface, ayant été mises en place par insertion dans des trous pratiqués par forage. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, lesdites sondes sont de type coaxial, autrement dit consistent en des tronçons de tube coaxial qui peuvent donc être insérés dans des trous de faible diamètre réalisables avec des petits matériels de forage. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites sondes sont avantageusement disposées en éventail à partir des collecteurs de départ et d'arrivée. D'autre part, la répartition des sondes dans la terre peut être réalisée en trois dimensions en faisant varier l'inclinaison entre sondes voisines. Selon une autre caractéristique de l'invention, le seuil de profondeur maximale à partir de la surface du sol pour l'implantation des sondes est de 10 m. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement dans la description suivante et les dessins joints, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique représentant en projection verticale un capteur enterré selon l'invention ; la Fig. 2 est une vue schématique représentant le même capteur enterré en projection horizontale, et la Fig. 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion de sonde thermique utilisée de préférence dans un capteur enterré selon l'invention. Considérant d'abord les Figs. 1 et 2, elles représentent très schématiquement une habitation H équipée d'une pompe à chaleur P avec un système de capteur enterré C selon l'invention, lequel contient classiquement un fluide caloporteur tel qu'eau glycolée puisant ou libérant des calories dans la terre selon que la pompe à chaleur fonctionne en mode normal de chauffage ou en mode inversé de climatisation. Le capteur enterré C est classiquement organisé en aval d'un ensemble collecteur E sous la forme d'un réseau regroupant une pluralité de sondes thermiques S, lesquelles sont connectées en parallèle entre un collecteur de départ et un collecteur d'arrivée de l'ensemble E, et forment chacune sur leur longueur un circuit aller et retour pour le fluide caloporteur. Selon l'invention, plutôt que d'être classiquement disposées horizontalement à faible profondeur, les sondes S sont inclinées par rapport à la surface du sol, comme illustré à la Fig. 2, leur mise en place consistant à les insérer dans des trous de forage creusés obliquement dans le sol et ne dépassant pas de préférence une profondeur d de 10 m par rapport à la surface. A titre d'exemple, dans une installation type selon l'invention, les sondes S auront une longueur de l'ordre de 20 à 25 m, une inclinaison par rapport à l'horizontale de l'ordre de 20 , et elles seront disposées en éventail à partir de l'ensemble collecteur E, comme illustré à la Fig. 1. Bien entendu, en variante, entre voisines, les sondes S pourront avoir des inclinaisons sensiblement différentes afin d'optimiser leur répartition dans la terre, notamment dans le cas où par manque de terrain disponible, le réseau de sondes devrait être resserré sur lui-même. La Fig. 3 illustre un type de sonde thermique utilisé de préférence pour réaliser le système de capteur enterré selon l'invention, s'agissant d'un tronçon de tube coaxial 1 ayant une extrémité lb fermée et une extrémité la de raccordement pour les conduits central 11 et périphérique 10 constituant le circuit aller et retour pour le fluide caloporteur. Ces sondes ont l'avantage d'avoir un diamètre extérieur relativement petit, de l'ordre de 50 mm, qui ne nécessite donc pour leur insertion en terre qu'un diamètre de forage à peine plus grand, de l'ordre de 60 mm, réalisable sans problème aucun avec des matériels de forage légers, transportables et utilisables sur n'importe quel site, à prix très raisonnable. Outre les avantages déjà mentionnés, notamment d'être considérablement moins cher qu'un capteur à sondes verticales, d'être implantable en rénovation sans nuisance pour l'aménagement de surface du terrain, de permettre un gain en longueur pour les sondes thermiques en raison de leur inclinaison, il convient de noter en outre que comparé à un capteur horizontal enterré, son rendement thermique est supérieur du fait de bénéficier de par sa profondeur en terre d'une source froide plus importante, et que d'autre part, en concernant son installation et sa maintenance, la purge de son circuit est grandement facilitée. REVENDICATIONS 1) Système de capteur enterré pour une pompe à chaleur (P) pouvant fonctionner en mode de chauffage et/ou en mode de climatisation, dans lequel le capteur enterré (C) comporte une pluralité de sondes thermiques (S) connectées entre un collecteur de départ-et un collecteur d'arrivée, eux-mêmes reliés au générateur de la pompe à chaleur (P), caractérisé en ce qu'au moins certaines parmi lesdites sondes thermiques (S) sont disposées en terre selon une inclinaison par rapport à la surface, ayant été mises en place par insertion dans des trous pratiqués par forage. 2) Système de capteur enterré selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sondes thermiques (S) du capteur (C) consistent en des tronçons de tube coaxial. 3) Système de capteur enterré selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites sondes thermiques (S) de type coaxial ont un diamètre de l'ordre de 50 mm, le diamètre des trous de forage pratiqués pour leur insertion en terre étant de l'ordre de 60 mm. 4) Système de capteur enterré selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sondes thermiques (S) ont une longueur de l'ordre de 20 à 25 m. 5) Système de capteur enterré selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les sondes thermiques (S) sont disposées en éventail à partir des collecteurs de départ et d'arrivée. 6) Système de capteur enterré selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la répartition des sondes thermiques (S) dans la terre est réalisée en trois dimensions en faisant varier l'inclinaison entre sondes voisines. 7) Système de capteur enterré selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le seuil de profondeur maximale à partir de la surface du sol pour l'implantation des sondes thermiques (S) est de 10 m.