Brevet FR2951530A1 — publié le 20110422

i L'invention concerne une sonde de circulation d'un fluide pour installations géothermiques. Le renchérissement et la pollution induite par les sources d'énergie fossile conduisent tant les particuliers que les professionnels à s'orienter vers d'autres modes de chauffage ou de rafraîchissement des bâtiments. C'est ainsi que se sont développées des installations géothermiques consistant à exploiter une différence de température entre l'air ambiant et le sol pour, par le biais d'un échange de chaleur, produire soit un chauffage soit un refroidissement dans un io bâtiment. Les installations classiques comportent un circuit pour un fluide caloporteur enterré et relié par un système de pompe à chaleur à une installation de régulation de température dans un bâtiment. Suivant une première solution, le circuit comporte une pluralité de sondes consistant 15 chacune en un tuyau de longueur non négligeable, les sondes parcourant une surface sensiblement horizontale enterrée à une profondeur prédéterminée dans le sol. Une autre possibilité consiste à utiliser un circuit fortement verticalisé dans lequel des trous sont formés dans le sol, par exemple par carottage, pour y autoriser le déploiement des sondes par paires de sorte à 20 former le trajet aller et le trajet retour de la portion ainsi enterrée. Après le déploiement des sondes, on rebouche le trou de façon usuelle et on raccorde les sondes verticales au reste du circuit. Les sondes actuellement utilisées peuvent être de longueur relativement importante de sorte à bénéficier du gradient de température le plus 25 élevé possible. Les tuyaux constituant les sondes actuelles sont stockés sous forme d'enroulements et sont déroulés au fur et à mesure de leur déploiement dans les trous généralement par jeu de 2 ou de 4 rouleaux. Cependant, comme indiqué précédemment, les tuyaux doivent être déployés par paires dans les trous ce qui implique une simultanéité de déroulement. Cette exigence de 30 synchronisme est particulièrement difficile à obtenir et l'on constate souvent des décalages de descente dans les trous compliquant fortement la phase d'installation. Aussi bien dans le cas où il y a 4 rouleaux ou 2 rouleaux, il y a un appareil qui doit dérouler simultanément les 2 (ou plus) rouleaux. Si le tube (les 2 longueurs sont importantes) d'une bobine s'entrecroise, cela peut agir comme un frein et bloquer le déroulement de l'autre bobine, rendant la descente du tube dans le trou problématique. On constate par ailleurs que l'installateur a recours à une grande quantité de tuyaux enroulés ce qui gêne tant le stockage que la manutention des éléments constitutifs du circuit. Les tuyaux ont toujours tendance à s'enchevêtrer. Ceci d'autant plus gênant que l'on déploie généralement deux paires de tuyaux par trou et qu'une installation classique comporte plusieurs trous. io Actuellement, le diamètre du trou du forage est très important et donc très coûteux en temps, main d'oeuvre et matériel, car il est impossible de faire descendre convenablement les tubes et d'éviter par exemple les frottements sur les parois. Enfin, pour éviter les problèmes de déroulement des rouleaux durant 15 les phases de transport, manutention et stockage, les palettes contenant les rouleaux sont filmées avec des plastiques thermoretractables très résistants et une main d'oeuvre importante. On a déjà cherché, par le document US Al 2005/0121169 à relier ensemble les tubes de circulation du fluide. Suivant cette antériorité, un élément 20 de raccordement de tube est conçu sous forme de portion plane intercalaire. Cependant, malgré la cohésion ainsi obtenue entre les tubes, cette technique ne fournit pas la flexibilité suffisante à la bonne manipulation de l'ensemble constitué. Par conséquent, ce type de conduit n'est pas facilement utilisable pour dérouler les conduits, les implanter correctement dans des trous de 25 diamètre raisonnable. La présente invention permet d'en remédier en tout ou partie aux inconvénients des techniques connues jusqu'à présent et présente à cet effet une sonde de circulation d'un fluide pour installation géothermique comportant deux conduits parallèles et une membrane intermédiaire joignant les conduits. 30 Suivant une caractéristique, la membrane a une épaisseur inférieure à celle de la paroi des conduits et ses zones de jonction avec les conduits comportent des congés de raccordement sur chaque conduit. 3 Alors que l'on aurait naturellement tendance à assurer une jonction entre les conduits aussi rigide que possible pour des raisons de résistance mécanique, la présente invention fait le choix d'une épaisseur réduite pour assurer une flexibilité permettant l'enroulement de la sonde et son déroulement au moment de l'installation. Dans le même temps, l'invention assure une grande résistance mécanique de l'ensemble constitué aux moyens de congés de raccordement évitant toute brusque variation dimensionnelle au sein de l'ensemble et par conséquent supprimant les concentrations de contraintes au niveau des jonctions entre la membrane et les conduits. io Suivant d'autres dispositions avantageuses, la sonde selon l'invention présente une largeur de membrane sélectionnée de sorte à limiter l'encombrement mais dans le même temps à limiter les transferts de chaleur entre les deux conduits. En effet, l'un des conduits est généralement le vecteur d'une circulation descendante de fluide froid alors que l'autre conduit est le 15 moyen de remonter du fluide réchauffé. En optimisant l'écartement entre les conduits, la membrane permet leur isolation et donc l'amélioration du bilan thermique de l'ensemble de l'installation. A titre préféré, on sélectionne un rapport dimensionnel entre l'épaisseur de la membrane et l'épaisseur de la paroi des conduits de sorte à produire un 20 ensemble dont les capacités de déformation notamment en enroulement et en déroulement sont optimales. Suivant une autre disposition avantageuse, la sonde comprend un embout dont la configuration permet de relier les extrémités des conduits et, suivant une disposition avantageuse, qui permet un lestage de sorte à faciliter 25 l'implantation de la sonde dans un trou. D'autres but et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit qui présente un mode de réalisation préféré mais non limitatif de l'invention. Auparavant, il est rappelé que la présente invention concerne une sonde de circulation d'un fluide pour installations géothermiques, comportant deux 30 conduits parallèles et une membrane intermédiaire joignant les conduits, caractérisée par le fait que la membrane a une épaisseur inférieure à celle de la parois des conduits et que ses zones de jonction avec les conduits comportent des congés de raccordement sur chaque conduit. 4 On introduit ci après différents modes de réalisation indicatifs et non limitatifs de l'invention : - Sonde dans laquelle l'épaisseur de la membrane est comprise entre 0,7 mm et 1,7 mm. - l'épaisseur de la membrane est comprise entre 1 mm et 1,4 mm. - l'épaisseur de la membrane est de 1,2 mm. - le rayon des congés de raccordement est de 2 mm. - la longueur de la membrane est comprise entre 10 mm et 16 mm. - Sonde dans laquelle la longueur de la membrane est de l'ordre de 10 fois io l'épaisseur de la membrane. - la membrane est une nappe continue le long de la sonde. - les conduits et la membrane sont formés d'une seule pièce extrudée. - les conduits sont des tubes de section circulaire et dont les parois ont une épaisseur comprise entre 2,7 mm et 3,1 mm. 15 - elle comporte un embout reliant les conduits à leur extrémité distale. - l'embout comporte un moyen de fixation d'un lest. - le moyen de fixation comporte deux trous d'accrochage situés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinale de la sonde. - l'embout comporte une portion de connexion femelle dans laquelle s'insère 20 l'extrémité distale des conduits. L'invention concerne également une installation géothermique incorporant au moins une sonde selon l'invention. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de 25 l'invention et permettront de la comprendre aisément. Les figures 1 et 2 schématisent un mode d'installation classique pour la géothermie utilisant, pour la figure 1 des tubes traditionnels et, pour la figure 2, des conduits formés dans une sonde selon l'invention. Les figures 3 et 4 montrent un mode traditionnel de réalisation des 30 conduits de façon totalement distincte. Les figures 5 à 11 montrent un mode de mise en oeuvre de l'invention avec : - la figure 5 schématisant une possibilité d'enroulement de la sonde selon l'invention. - la figure 6 montre une vue partielle de dessus de la sonde. - la figure 7 montre une vue en coupe transversale dont un détail est 5 donné en figure 8. - la figure 9 montre une vue partiellement en coupe d'un embout selon l'invention. - la figure 10 est une vue de profil et la figure 11 une vue de dessus. La figure 1 ne reflète pas un circuit géothermique complet mais illustre io les difficultés de mise en place des tuyaux actuels. La figure 2 montre au contraire l'intérêt de l'invention. L'arrangement présenté en figure 3 et 4 illustre clairement que les enroulements 3 utilisés jusqu'à présent n'assurent pas un déploiement efficace et pratique des tubes 1. En particulier, chaque tube 1 a tendance à prendre sa 15 propre orientation et toute perturbation dans la vitesse de déroulement engendre des problèmes de mise en place des tubes 1 dans l'installation géothermique. Dans le cas d'un déploiement dans des trous, on constate des mises en contact des tubes 1 avec les parois du trou ce qui génère des blocages et rend difficile l'insertion des tubes jusqu'au fond du trou. Bien que 20 non représenté, une solution classique utilisée par les géotechniciens consiste à déployer plusieurs paires de tubes dans un seul trou. Dans ce cas, le problème posé par les perturbations de déploiement des tubes 1 est d'autant plus élevé. Au contraire, l'invention assure la cohésion des tubes durant les phases 25 de stockage et d'installation tout en préservant la flexibilité suffisante de l'assemblage de la sonde. Dans ce cadre, une sonde d'aspect général représentée à la figure 5 est présentée plus en détail aux figures 6 à 8. En particulier, sont représentés deux conduits 8, 9 de section circulaire 30 ayant une paroi d'épaisseur de l'ordre de 2,9 millimètres pour un diamètre extérieur de 32 millimètres. Ce cas n'est pas limitatif et le demandeur a notamment constaté que l'invention donnait satisfaction avec des conduits 8, 9 de diamètre extérieur de 40 millimètres et de même épaisseur de parois. 6 Les conduits 8, 9 sont maintenus espacés mais rejoints au moyen d'une membrane 10 présentant sensiblement une forme de nappe allongée suivant la direction longitudinale de la sonde 7 et avantageusement continue réalisée par extrusion. La largeur de la membrane est avantageusement sélectionnée de sorte à assurer une bonne isolation thermique entre les deux conduits 8, 9 mais dans le même temps à limiter l'encombrement de l'ensemble et à ajuster les capacités de déformation en flexion de la membrane 10. A cet effet, on choisit avantageusement une longueur de membrane sensiblement équivalente à dix fois l'épaisseur de la membrane. Dans le cas illustré, pour une io épaisseur de 1,2 millimètres, la largeur de la membrane est de l'ordre de 12 millimètres. L'épaisseur 11 de la membrane 10 est inférieure à l'épaisseur de la paroi 13 des conduits 8, 9. A titre d'exemple préféré, les travaux du demandeur ont montré qu'une 15 épaisseur de membrane 10 comprise entre 0,7 millimètre et 1,7 millimètres donnait satisfaction. A titre encore préféré, une sélection plus restreinte entre 1 millimètre et 1,4 millimètres peut être choisi. Dans le cas représenté, on a choisi les rapports de dimensions suivantes : - épaisseur de la membrane : 1,2 millimètres 20 - largeur de la membrane 10 : 13 millimètres - diamètre extérieur des conduits 8, 9 : 32 millimètres - épaisseur des parois 13 des conduits 8, 9 : 2,9 millimètres Les fourchettes dimensionnelles des différents composants de la sonde tel que décrit précédemment ont révélé, à titre surprenant, que le comportement 25 mécanique de la sonde s'en trouvait amélioré. Par ailleurs, la sonde comporte avantageusement des congés de raccordement 12 au niveau de la jonction entre la membrane 10 et les conduits 8, 9. Avantageusement, quatre congés sont formés, deux congés 12 pour le raccordement avec le conduit 8 et deux congés 12 pour le raccordement avec 30 le conduit 9. A titre préféré, le rayon des congés de raccordement 12 est identique et peut être fixé à la valeur de 2 millimètres qui donne entière satisfaction notamment pour la résistance à l'arrachement entre la membrane 10 et les 7 conduits 8, 9. Sans gêner la flexibilité de l'ensemble, un tel congé de raccordement renforce notablement la résistance mécanique. En partie inférieure des conduits, il est prévu un embout 14 présenté de façon générale en figure 5 et détaillé aux figures 9 à 11. La figure 9 montre en particulier la formation d'un embout 14 avec un corps principal 17 comprenant un volume intérieur faisant se rejoindre les extrémités distales des conduits 8, 9. Pour le raccordement entre les conduits 8, 9 et l'embout 14, des portions d'emmanchement 15 sont prévues. A l'opposé des portions 15, une base 16 s'inscrit dans la continuité du volume du corps io principal 17 en faisant office de siphon. A titre préféré, le corps 17 ou tout autre partie de l'embout 14 comprend des moyens de fixation d'un leste. Grâce à cette configuration, on peut rapporter à la sonde un élément de poids suffisamment élevé pour faciliter l'introduction de la sonde dans le trou lors de son installation. 15 Dans le cas illustré, les moyens de fixation comportent au moins un trou d'accrochage 19 et avantageusement deux trous 19. Aux figures, les trous 19 sont situés sur des ailes 18 s'étendant latéralement vers la base 16 en dessous du corps 17. Cette configuration n'est pas limitative. Elle a l'avantage de constituer un ensemble équilibré pour la descente 20 optimale de la sonde dans un trou. On décrit ci après un procédé de fabrication apte à la production de la sonde selon l'invention. Une machine d'extrusion est utilisée pour la production linéaire de la sonde. A la sortie de l'extrudeuse, l'embout 14 est solidarisé à la sonde par un 25 dispositif de soudage se déplaçant à la même vitesse que celle d'extrusion, si bien que l'embout est rapporté sur la sonde sans nécessiter une étape séparée et un poste de fabrication supplémentaire. L'ensemble n'a plus qu'à être enroulé et cerclé sans manipulation supplémentaire. Il s'agit d'un progrès technique rendu possible par l'invention 30 relativement aux méthodes antérieures de réalisation de sondes, dans lesquelles il fallait opérer les étapes suivantes : - Extrusion premier tube - Extrusion deuxième tube - Enroulement premier tube (+ cerclage) - Enroulement deuxième tube (+ cerclage) - Transport premier et deuxième tube vers la machine à souder - Coupure des cerclages aux extrémités du premier et deuxième tube - Positionnement des deux tubes sur les mors de la machine - Soudure de l'embout - Nouveau cerclage des extrémités de la demi-sonde. io REFERENCES 1. Tube 2. Embout 3. Enroulement 4. Bâtiment 5. Trou 6. Sol 7. Sonde io 8. Conduit 9. Conduit 10. Membrane 11. Epaisseur 12. Congé 15 13. Paroi 14. Embout 15. Portion d'emmanchement 16. Base 17. Corps principal 20 18. Aile 19. Trou 15 REVENDICATIONS1. Sonde de circulation d'un fluide pour installations géothermiques, comportant deux conduits parallèles et une membrane intermédiaire joignant les conduits, caractérisée par le fait que la membrane a une épaisseur inférieure à celle de la parois des conduits et que ses zones de jonction avec les conduits comportent des congés de raccordement sur chaque conduit. 2. Sonde selon la revendication précédente dans laquelle l'épaisseur de la membrane est comprise entre 0,7 mm et 1,7 mm. 3. Sonde selon la revendication 1 dans laquelle l'épaisseur de la membrane est comprise entre 1 mm et 1,4 mm. 4. Sonde selon la revendication 1 dans laquelle l'épaisseur de la membrane est de 1,2 mm. 5. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le rayon 20 des congés de raccordement est de 2 mm. 6. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la longueur de la membrane est comprise entre 10 mm et 16 mm. 25 7. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la longueur de la membrane est de l'ordre de 10 fois l'épaisseur de la membrane. 8. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la 30 membrane est une nappe continue le long de la sonde. 9. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les conduits et la membrane sont formés d'une seule pièce extrudée. 51511 10. Sonde selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les conduits sont des tubes de section circulaire et dont les parois ont une épaisseur comprise entre 2,7 mm et 3,1 mm. 11.Sonde selon l'une des revendications précédentes comportant un embout reliant les conduits à leur extrémité distale. 12. Sonde selon la revendication précédente dans laquelle l'embout 10 comporte un moyen de fixation d'un lest. 13.Sonde selon la revendication précédente dans laquelle le moyen de fixation comporte deux trous d'accrochage situés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinale de la sonde. 14.Sonde selon l'une des revendications 11 à 13 dans laquelle l'embout comporte une portion de connexion femelle dans laquelle s'insère l'extrémité distale des conduits. 20 15.Installation géothermique comportant au moins une sonde selon l'une des revendications précédentes.