Brevet FR2820813A1 — publié le 20020816

La présente invention concerne un capteur géothermique oblique destiné à prélever ou à transmettre de la chaleur dans le sol. Ce capteur pourra servir de source thermique à une pompe à chaleur afin d'assurer le chauffage ou le refroidissement d'un milieu. On connaît déjà des capteurs enterrés géothermiques horizontaux destinés à servir de source froide de pompes à chaleur. Ces systèmes sont de deux types à détente directe d'un frigorigène ou à circulation d'eau glycolée. Ils présentent l'inconvénient majeur de nécessiter une surface très importante de terrain, entre une et deux fois la surface de la maison, ne permettant pas de jouir pleinement de son jardin. On connaît également des systèmes de capteurs géothermiques avec sondes verticales. Ces systèmes présentent l'inconvénient d'être très coûteux à la réalisation ce qui retire de leur intérêt malgré l'excellent rendement de ces systèmes. Les sondes verticales profondes nécessitent également de formuler pour chaque installation, une déclaration ou une autorisation auprès des directions régionales du ministère de l'industrie. C'est d'une manière générale un but de l'invention de capteur géothermique oblique à circulation de liquide ne présentant pas les défauts des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir un capteur géothermique oblique comportant plusieurs sondes constituées d'un ou deux tubes en U et installées dans un des trous percés en biais dans le sol et dont la profondeur totale sera inférieure à 10 m du niveau du sol. C'est encore un but de l'invention de fournir une installation ou chaque sonde oblique sera prolongée sans raccords jusqu'à un collecteur de départ placé d'un côté et d'un collecteur de retour placé de l'autre côté de telle manière que la longueur des liaisons sera identique pour chacune des sondes, permettant ainsi un excellent équilibrage. C'est toujours un but de l'invention de fournir une installation de capteurs géothermiques couplés à une installation de pompe à chaleur comme celle décrite dans le brevet français de Jacques BERNIER N0100261 du 10 janvier 2001 C'est encore un but de l'invention de fournir une installation de sondes géothermiques destinées à servir de rejet thermique de la chaleur de condensation à des installations frigorifiques, en remplacement des condenseurs à air habituels. L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : * La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention. * La figure 2 représente une vue en coupe de la figure 1 La figure 3 représente le détail d'une sonde oblique et de sa pose La figure 4 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention. Une installation selon l'invention figure 1 comporte plusieurs sondes obliques (10, 11,12,... n, 20,21, 22.... m) installées chacune respectivement dans un trou foré obliquement. Chaque sonde est constituée d'un ou plusieurs tubes en U dont le détail sera analysé plus loin lors de la description de la figure 3. La longueur (L) des sondes sera de 14 mètres par exemple dans le cas d'un enfouissement à 45 , afin que le bas de chaque sonde ne dépasse pas une profondeur (H) de plus de 10 mètres pour éviter une déclaration au ministère de l'industrie. La longueur des sondes pourra cependant être plus grande et l'angle du forage pourra être différent de 450. La profondeur pourra également être supérieure à 10 mètres avec déclaration ou demande d'autorisation conformément à la réglementation. Chaque sonde aura une longueur totale identique et sera pourvue de deux tronçons pour raccordement sur le collecteur de départ (30) et sur celui de retour (31). Chaque sonde et tronçons de raccordement seront constitués d'un tube continu en polyéthylène de diamètre extérieur 20 mm ou plus, la longueur totale des sondes et tronçons de raccordement étant égale à 2 fois (L) plus la longueur des tronçons (18) et (19). Les collecteurs (31) et (32) sont placés de chaque côté du champ de sondes afin que la longueur des raccordements soit identique pour toutes les sondes. Sur le plan du prélèvement énergétique, il sera puisé de l'ordre de 25 W par mètre de sonde. L'espacement (E) entre chaque tête de puits double sera de l'ordre de 5 mètres. Chacun des collecteurs (30) (31) sera placé dans un regard pour permettre l'accès aux raccordements. Les tronçons de raccordement de chaque sonde de type (18,19) comme précisé pour la sonde (12), seront installés en tranchée à une profondeur de l'ordre de 60 cm. Il n'est pas nécessaire de prévoir des regards à chaque tête de puits car les seuls raccordements sont au niveau des collecteurs (30,31). Le collecteur (30) sera de préférence placé au niveau de la première tête de puits double et le collecteur (31) au niveau de la dernière tête de puits. La figure 1 représente un capteur oblique à 6 sondes et 3 têtes de puits double correspondant à une captation d'énergie de 3 kW, la distance entre les deux regards de collecteurs est de l'ordre de10 mètres. Pour un ensemble de capteurs obliques prélevant 6 kW en terre, le nombre de sondes sera de 12 au lieu de 6 et la distance entre les deux regards d'extrémité sera alors de 25 m. Les collecteurs seront reliés à l'utilisation par les tuyauteries (32,33) également en polyéthylène. La figure 2 représente une vue en coupe de l'un des puits double où l'on aperçoit les deux sondes (10,20) placées chacune dans un forage. Le raccordement aux collecteurs s'effectue par les tronçons (15,16) et (25,26) respectivement des sondes (10) et (20). La figure 2 présente la tranchée (35) nécessaire au passage des raccordements aux collecteurs. Un grillage ou bande avertisseur (34) sera placé au dessus de ces tubes. La figure 3 représente le détail de l'une des sondes obliques lors de la pose. Un trou (60) de diamètre de l'ordre de 100 mm est foré à 450 sur une longueur de 14 mètres. La sonde est constituée de deux tubes (62,64) soudés à en U (63) ou tout simplement un seul tube coudé à chaud en U. La sonde se prolonge d'un côté par le tube (65) et de l'autre côté par le tube (66) qui permettront le raccordement aux collecteurs (30,31) de la figure 1. Les tubes (62,63, 64,65, 66) sont en continuité et peuvent être constitués d'un tube unique en polyéthylène de diamètre extérieur 20 mm épaisseur 2 mm. Pour l'introduction de la sonde dans le trou (60), il est fait appel à une perche (67) de longueur totale suffisante et comportant un U (68) en partie basse permettant de pousser le coude (63) dans le fond du trou (60). La perche (68) sera de préférence rigide et constituée de plusieurs parties fixées entre elles par un système de type télescopique de préférence. Pour faciliter la pose de la sonde il sera possible de la remplir d'eau ou de liquide antigel afin de la rendre plus lourde. Dans la tranchée (61), la deuxième sonde oblique opposée n'a pas été représentée sur la figure par souci de clarté. De même le trou (60) pourra contenir plusieurs sondes (62,63, 64,65, 66). Le diamètre des tubes de sondes pourra être de 25mm ou 32 mm ou plus selon les disponibilités du marché. La figure 4 est un exemple de circuit hydraulique utilisable avec l'invention de la figure 1 et permettant pour une pompe à chaleur eau/eau de faire circuler en été l'eau de la source froide directement dans le circuit de la source chaude afin d'assurer le rafraîchissement sans mettre en service la pompe à chaleur. En hiver le retour de l'eau de chauffage (RPC) passe par la tuyauterie (43) pour pénétrer ensuite par la tuyauterie (46) dans le condenseur (52) de la pompe à chaleur. L'eau chauffée passe ensuite par la tuyauterie (40) vers un réchauffeur éventuel (41) pour être envoyée grâce au circulateur (42) dans le circuit de chauffage (DPC). Parallèlement, un circulateur (49) fait circuler l'eau de la source froide entre les capteurs géothermiques et l'échangeur (58) en passant par les tuyauteries (32), (33) et (47). La vanne trois voies (45) est ouverte sur la position (C) et fermée sur la position (F). En fonctionnement été, la pompe à chaleur est mise à l'arrêt et la circulation des deux sources est mélangée en cas de besoin de rafraîchissement, en effet la source froide se trouvant à une température de l'ordre de 15 C peut être utilisée directement pour assurer le rafraîchissement. La vanne trois voies (45) est alors en position (F) ouvert et (C) fermé. L'eau de retour intérieure passe par (43) puis par (48), est pulsée vers la source froide par le circulateur (49), revient en (33), passe par (52) puis est aspirée dans la tuyauterie (40) par le circulateur (42) qui la distribue ensuite aux besoins. Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation dans les pompes à chaleur de type eau/eau ou eau glycolée/eau destinées à l'habitat individuel afin d'assurer le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire. Une autre application intéressante de l'invention est en sonde de rejet thermique de tout système ou process industriel tels installations frigorifiques, machines à injecter le plastique, groupes électrogènes etc.. D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes de transfert énergétique avec le sol. L'invention peut également être utilisée dans des systèmes de chauffage et assurer la production gratuite d'eau glacée en été. REVENDICATIONS 1. Installation comportant des capteurs géothermiques obliques à circulation de liquide caractérisée en ce que les deux tronçons de raccordement des sondes (10, 11, 12... n, 20, 21, 22... m) aux collecteurs (30, 31) ont une longueur totale équivalente. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la distance verticale entre la surface du sol et le bas de chaque sonde est inférieure ou égale à 10 mètres. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tubes (62, 63, 64, 65, 66) sont en continuité et peuvent être constitués d'un tube unique en polyéthylène. 4. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que le U (63) est soudé sur les tubes (62, 64) ou est réalisé par cintrage à chaud. 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les têtes de puits de forages peuvent comporter au moins deux jeux de sondes. 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux collecteurs (30, 31) sont placés de chaque côté du champs de sondes géothermiques 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque trou oblique peut recevoir une ou plusieurs sondes. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les sondes géothermiques sont reliées par les tubes (32, 33) à une installation de pompe à chaleur ou à tout type de système rejetant de la chaleur. 9. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tubes (62, 63, 64, 65, 66) sont enfilés dans le forage à l'aide d'une perche (67), comportant en partie basse un dispositif en U (68) permettant de pousser le coude (63) dans le fond du trou (60). 10. installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que la perche (67) est de préférence rigide et constituée de plusieurs parties fixées entre elles de préférence par un système de type télescopique.