Brevet FR2975760A1 — publié le 20121130

Pied de sonde géothermique et procédé de mise en place Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un pied de sonde géothermique, une sonde géothermique comportant un tel dispositif, ainsi qu'un procédé de mise en place 10 d'une telle sonde. Etat de la technique L'épuisement des ressources énergétiques fossiles et le développement des énergies renouvelable a suscité un intérêt grandissant pour la géothermie qui, comme on le sait, constitue un moyen naturel pour le captage des calories présentes dans le sol. 20 Deux techniques classiques se distinguent selon que l'on organise un réseau de conduites horizontalement ou verticalement. La technique horizontale consiste à venir poser un réseau de conduites 25 enfouies dans le sol à une profondeur comprise entre environ 60cm et 120 cm. Cette technique bien connue présente, comme on le sait, l'inconvénient d'une emprise significative sur la surface du terrain. Pour réduire cette emprise, l'on généralise de plus en plus une technique 30 verticale consistant à forer ou carotter un trou sur plusieurs dizaines de mètre de profondeur pour venir y enfouir, verticalement, une sonde géothermique. RYB03-FR 1 15 5 La sonde géothermique comporte une conduite d'amenée de fluide caloporteur et une conduite de retour de fluide caloporteur, les deux conduites étant donc enfouies verticalement dans le trou de forage et raccordées en partie basse au moyen d'un pied de sonde. De manière très classique, le pied de sonde est un raccord se présentant sous la forme d'un « U » permettant l'écoulement du fluide caloporteur provenant de la conduite d'amenée vers la conduite de retour. io L'on peut citer à titre d'exemple les antériorités suivantes : La demande de brevet EP1387130 décrit un pied de sonde géothermique permettant le raccord de deux paires de conduit et comportant un élément de fixation. 15 La demande de brevet EP2273213 décrit un dispositif de raccordement monobloc comportant deux portions tubulaires, respectivement d'amenée de fluide et de retour, dont la portion tubulaire d'amenée du fluide comporte, au niveau de son extrémité, une ouverture latérale débouchant dans la portion tubulaire de retour 20 du fluide. Ce dispositif présente une configuration très asymétrique et, en outre, ne permet pas une protection renforcée du pied de sonde lors de son enfouissement. Il est souhaitable d'accroître le volume de décantation permettant le dépôt des particules et impuretés, mais également d'accroître la protection du pied de 25 sonde lors de la mise en place de cette dernière dans le puits de forage. Tel est l'objet de la présente invention. RYB03-FR 2 30 15 2975760 Exposé de l'invention La présente invention a pour but un pied de sonde destiné au raccordement s de deux paires de conduits d'amenée et de retour de fluide caloporteur faciles à mettre en place et ce sans outils spécifiques. La présente invention a pour but de proposer un élément de pied de sonde doté d'une protection renforcée pour résister aux contraintes lors de l'enfouissement io du pied de sonde. Un autre but de la présente invention consiste à proposer un élément de pied de sonde et un pied de sonde accroissant le volume de décantation des impuretés et particules en suspension. C'est un autre but enfin de la présente invention que de réaliser un procédé de mise en place d'une sonde géothermique efficace et ne nécessitant pas d'outils spécifiques ou d'opérations complexes. 20 L'invention réalise ces buts au moyen d'un élément de pied de sonde géothermique comprenant deux portions tubulaires présentant des axes parallèles à un axe longitudinal et destinées au raccordement de deux conduits, respectivement d'amenée et de retour de fluide caloporteur, lesdites portions tubulaires communiquant l'une avec l'autre au moyen d'une ouverture disposée sur 25 la paroi latérale des deux portions tubulaires, de manière à délimiter deux cavités basses pour le dépôt des impuretés en suspension au sein du fluide caloporteur. Dans un mode de réalisation particulier l'une des face de l'élément comporte une section plane de manière à permettre un assemblage de deux éléments pour la 30 constitution d'un pied de sonde. De préférence, l'élément comporte, du côté de la face plane, un ensemble d'évidements et de nervures de renforcement desdites portions tubulaires délimitant une surface de contact plane. RYB03-FR - 3 - Dans un mode de réalisation particulier, l'on dispose un jeu de tétons et de trous pour le positionnement relatif de deux éléments de pied de sonde. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément de pied de sonde comporte une base doté d'un trou traversant radial destiné à recevoir un ensemble écrou-boulon destiné au maintien du lestage du pied de sonde. En l'absence du bouclier, l'ensemble écrou-boulon assure l'assemblage du pied de sonde. io Dans un mode de réalisation particulier, l'élément de pied de sonde comporte un bouclier de protection enveloppant complètement, lors de l'assemblage de deux éléments de pied de sonde, lesdites portions tubulaires de deux éléments assemblées à l'exception de ladite base. De préférence, le bouclier est réalisé en NORYL ou équivalent et comporte un système de clippage assurant l'assemblage 15 et le blocage de l'ensemble. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément de pied de sonde comporte un alésage longitudinal et un lamage destiné à recevoir une tête d'écrou noyée au sein dudit élément pour y recevoir une tige filetée vissée dans ladite tête d'écrou. 20 L'invention réalise également un procédé de mise en place d'une sonde géothermique comportant deux éléments de pied de sonde tels que défini précédemment, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - assemblage de deux éléments de pieds de sonde ; 25 - ajout d'un bouclier de protection destiné à protéger lesdites portions tubulaires de chacun desdits éléments ; - mise en place par vissage d'une tige filetée sur une tête d'écrou noyée au sein de ladite sonde ; - vissage d'un premier tube de poussée sur ladite tige filetée comportant un alésage 3o fileté à son extrémité ; - enfouissement jusqu'au fond du puits de ladite sonde avec son pied de sonde en accompagnant le mouvement au moyen du premier tube de poussée et de tubes de poussée supplémentaires ; - dévissage du premier tube de poussée ; et RYB03-FR 4 - injection d'un coulis destiné à remplir le puits de forage ; et - extraction dudit tube de poussée. RYB03-FR - 5 - i0 2975760 Description des dessins D'autres caractéristiques, but et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des dessins ci-après, donnés uniquement à titre 5 d'exemples non limitatifs. Sur les dessins annexés : Les figures 1 a, 1 b et 1c illustrent respectivement une vue latérale gauche, une vue arrière et une vue de dessous d'un élément de pied de sonde faisant apparaître la définition des coupes B-B, C-C et D-D. Les figures 1d et le illustrent respectivement la coupe B-B ainsi qu'une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un élément de pied de sonde conforme à la présente invention. 15 La figure 2a illustre une vue latérale droite d'un élément de pied de sonde. La figure 2b illustre une vue avant d'un élément de pied de sonde La figure 2c illustre la coupe E-E d'un élément de pied de sonde. 20 Les figures 3a, 3b et 3c illustrent respectivement les coupes D-D, C-C et A-A correspondant à la vue arrière de la figure lb. La figure 4a illustre une vue avant d'un ensemble comportant deux éléments 25 de pied de sonde associés au bouclier conformément à un , définissant également deux coupes A-A et H-H. La figure 4b illustre la coupe A-A de l'ensemble de pied de sonde de la figure 4a, définissant par ailleurs la coupe C-C. La figure 4c illustre la coupe H-H de l'ensemble de pied de sonde de la figure 4a. La figure 4d illustre la coupe C-C définie dans la figure 4b. RYB03-FR 6 30 15 2975760 La figure 4e illustre une vue de dessus de l'ensemble de pied de sonde. Les figures 5a, 5d, 5e , 5f et 5g illustrent respectivement une vue avant, latérale, arrière, de dessous et de dessus d'un mode de réalisation d'un bouclier de 5 protection conforme à la présente invention. Les figures 5b et 5c illustrent respectivement les coupes B-B et A-A définies dans la figure 5a. io Les figures 6a et 6b illustrent deux vues en perspective, respectivement avant et arrière, d'un mode de réalisation d'un pied de sonde des figures 1 à 3. La figure 7 illustre une perspective d'un mode de réalisation d'un bouclier de protection. La figure 8 illustre l'ensemble complet du pied de sonde, comportant les deux éléments, le bouclier de protection, la tige filetée et l'ensemble boulon-écrou servant au lest du pied de sonde. 20 La figure 9 illustre un procédé de mise en place de la sonde géothermique. Description d'un mode de réalisation préféré 25 L'on décrit à présent un mode de réalisation particulier d'un ensemble de pied de sonde géothermique conforme à la présente invention, lequel se compose de deux éléments de pied de sonde formant chacun un dispositif de raccordement d'un conduit aller et d'un conduit de retour d'un fluide caloporteur, les conduits 30 n'étant pas représentés dans la figure. Dans un mode de réalisation particulier, non limitatif, les deux éléments de pied de sonde constitutif d'un ensemble sont parfaitement identiques, et conformes à la représentation faite dans les dessins annexés et notamment les figures la-e RYB03-FR -7 les figures 2a-c et les figures 3a-c, les deux éléments de pied de sonde étant enveloppés d'un bouclier qui sera décrit plus avant en relation avec les figures 4a-e. L'on se bornera donc, dans la suite, à la description d'un seul élément de pied de sonde, lequel sera réalisé de préférence en matériau polymère, tel que du PolyEthylène Haute-Densité (PEHD PE100, PE100 RC etc..), Polyéthylène à Haute Résistance à la Température PE-RT, PolyButène PB, PP etc... D'une manière générale, et c'est l'un des avantages du mode de réalisation io décrit, la présence d'un bouclier de protection permet d'envisager de multiples matériaux pour la constitution d'un élément de pied de sonde. Les figures 1B et 2b illustrent respectivement des vues arrière et avant d'un mode de réalisation d'un élément de pied de sonde, lequel se compose de deux 15 portions tubulaires 10 et 20 présentant des axes parallèle à un axe longitudinal 100 (qui sera un axe de symétrie du pied de sonde une fois assemblé) et communiquant l'une avec l'autre au moyen d'une ouverture 30 disposée en position haute sur la paroi latérale des deux portions tubulaires, avec une forme, par exemple de rainure. 20 L'on notera déjà, et cela est une différence fondamentale par rapport à l'enseignement de la demande de brevet EP2273213 précitée, que la structure décrite reste parfaitement symétrique en sorte qu'il n'est nullement besoin de se soucier de la nature du conduit (amenée ou retour) qui sera raccordé à l'une des deux portions tubulaires 10 et 20. 25 Par ailleurs, et contrairement à la disposition caractéristique décrite dans la demande de brevet, l'on voit que l'ouverture ne se situe absolument pas au niveau de l'extrémité de l'une quelconque des deux portions tubulaires, mais plutôt en son milieu voire en position haute , en sorte que l'agencement de ces deux portions 30 tubulaires avec leur ouverture commune présente la forme d'un « H ». Avec un premier avantage significatif, à savoir la possibilité de délimiter deux cavités ou zones de décantation 11 et 21 (également visibles dans la coupe AA de la figure 3c) dans les deux portions tubulaires 10 et 20. RYB03-FR 8 - Cela permet ainsi d'accroître significativement le volume de la zone de décantation et prévient d'autant les risques de dysfonctionnement dus à la circulation de particules et impuretés en suspension dans le fluide caloporteur. C'est là un autre avantage par rapport à la solution connue de la demande de brevet précitée. De manière à permettre un assemblage ferme de deux éléments de pied de sonde, l'une des faces (ici la face arrière telle que représentée sur la figure 1 b) io présente une section plane de manière à permettre un assemblage avec un second élément de pied de sonde. Le positionnement relatif des deux éléments est assuré par deux jeux de tétons 22-23 et trous 12-13. Dans un mode de réalisation particulier, la face arrière pourra présenter une 15 surface complètement plane ou, alternativement comme cela est illustré dans la figure 1 b, l'on aménage un certain nombre d'évidements de manière à alléger la consommation de matière tout en préservant un certain nombre d'éléments de contact pour assurer la planéité de la face arrière, comme ce que l'on voit avec le cadre 14, mais également les nervures de renfort 15 réalisant tout à la fois une 20 surface de contact plane suffisante ainsi que le renforcement de la solidité des portions tubulaires 10 et 20. La section plane de la face arrière est particulièrement visible sur les figures 1d et 1 e, mais également sur les vues en perspective montrant que, au contraire, 25 s'agissant de la face avant, l'on s'est borné à j'ajout de coins préservant les arrondis dus aux portions tubulaires 10 et 20 et laissant paraître une forme en « 8 ». Toujours en référence aux figures 1 a-b et 2a-2b, l'on voit également que l'élément de pied de sonde comporte, dans sa partie inférieure, une base 40 30 centrée sur l'axe 100, qui pourra être sensiblement demi-cylindrique, éventuellement dotée d'un chanfrein 41. La base 40 est destinée à faciliter l'enfouissement de la sonde dans le trou de forage mais, et cela est un avantage du mode de réalisation décrit, sert également à accroître le lest de la sonde pour accompagner le mouvement de descente. RYB03-FR - 9 - Comme on le voit sur la figure 1 b, la base 40 comporte de préférence un trou radial traversant 42 (par rapport à l'axe 100) permettant l'ajout d'un ensemble boulon-écrou permettant non seulement d'assembler fermement les deux éléments de pied de sonde (notamment en l'absence du bouclier plus loin) mais également, et cela est un avantage, d'accroître le lest pour faciliter l'enfouissement du pied de sonde. L'on voit également dans la figure 1 b qu'un jeu de nervures et de chambrages permet de délimiter un alésage coaxial 70 avec l'axe 100, et destiné à recevoir une tige filetée (illustrée par l'élément 80 dans la figure 4b et visible dans la perspective de la figure 8). Comme on le voit dans les figures 4d et 4e , lorsque l'on vient assembler deux éléments de pied de sonde ensemble, l'on réalise une structure qui présente 15 alors un axe de symétrie 100 qui est également l'axe de l'alésage central. Cette structure est alors destinée à recevoir un bouclier 200, lequel est illustré dans les figures 5a à 5f, qui présente une surface interne adaptée de manière à correspondre parfaitement au volume de l'ensemble des deux éléments 20 de pied de sonde, une fois assemblés. Dans un mode de réalisation, le bouclier réalise une double fonction, à savoir le serrage des deux éléments assemblés mais également une protection particulièrement efficace des portions tubulaires 10 et 20 de chacun des éléments 25 de pied de sonde. De préférence, le bouclier est réalisé en matériau polymère technique très résistant aux chocs, comme par exemple le NORYL TM qui est un mélange polymère-polymère commercialisé en 1966 par la société General Electric, ou tout 30 autre matériau particulièrement robuste. Plus spécifiquement, il s'agit d'un mélange mécanique composé de polyéther aromatique (poly(oxyde de phénylène) - PPO) et de polystyrène (PS). RYB03-FR - 10 - 20 Dans un mode de réalisation, le bouclier présente une double ouverture 210 et 220 de manière à venir envelopper complètement les portions tubulaires 10 et 20 tout en dégageant les bases 40 de chacun des éléments internes, comme cela est illustré dans les figures 4a à 4e. Dans un mode de réalisation particulier, chaque élément de pied de sonde comporte un jeu de clips 90, ajourés pour permettre une certaine flexion, destinés à coopérer avec des éléments de blocage correspondants du bouclier de protection. De cette manière, l'on facilite sans outil particulier l'assemblage et le blocage de l'ensemble venant rigidifier la structure du pied de sonde. Dans un mode de réalisation particulier, la tige filetée 80 est destinée à se visser sur un tube comportant un alésage fileté, et pouvant se raccorder lui-même à d'autres tubes de manière à réaliser un tube de poussée accompagnant le 1s mouvement et facilitant considérablement l'enfouissement du pied de sonde dans le puits de forage. L'on prévient de ce fait les contraintes excessives sur les conduits d'amenée et de retour des fluides caloporteurs qui pourraient leur être préjudiciables. Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le pied de sonde est en place, l'on vient alors dévisser le tube de poussée comportant un alésage fileté pour laisser la tige filetée 80 à demeure sur le pied de sonde, comme cela est illustré sur la perspective de la figure 8. 25 De préférence, le tube de poussée se verra attribuer une fonction supplémentaire, à savoir que l'on viendra utiliser l'alésage du tube de poussée pour venir injecter un coulis adéquat permettant de remplir le trou de forage et d'assurer une conduction thermique adéquate autour des conduits. La figure 9 illustre plus particulièrement le procédé de mise en place de la sonde géothermique qui vient d'être décrite. RYB03-FR - 11 - 30 Dans une étape 91, l'on assemble les deux éléments de pied de sonde auxquels se trouve raccordés les deux paires de conduits d'amenée/retour des fluides caloporteurs. Dans une étape 92, l'on complète le pied de sonde par l'ajout du bouclier de protection destiné à protéger les portions tubulaires des deux éléments. Dans une étape 93 l'on vient ensuite visser la tige filetée sur la tête d'écrou noyée dans le lamage au sein de la sonde. Puis, dans une étape 94, l'on vient visser sur la tige un premier tube de poussée. L'on procède ensuite, dans une étape 95, à l'enfouissement de la sonde avec son pied de sonde en accompagnant le mouvement au moyen du premier tube de poussée, puis en venant ajouter autant de tubes supplémentaires qu'il est nécessaire pour enfouir le pied de sonde jusqu'au fond du puits. Lorsque le pied de sonde est au fond du puits, l'on procède ensuite, dans une étape 96 au dévissage du tube de poussée de manière à libérer la tige filetée et 20 l'extrémité de l'alésage du premier tube de poussée. Puis, dans une étape 97, l'on procède à l'injection, via le même alésage , d'un coulis approprié permettant de remplir le puits de forage et d'accroître la conductivité thermique autour des conduits d'amenée/retour du fluide caloporteur. L'on procède enfin, dans une étape 98, à l'extraction définitive du tube de poussée. 25 RYB03-FR - 12 - 2975760 Avantages de l'invention. Comme on l'a vu, la présente invention permet la réalisation d'un pied de sonde géothermique particulièrement robuste en raison de l'existence d'un bouclier de 5 protection venant tout à la fois protéger efficacement le pied et son raccordement lors de l'enfouissement mais également de rigidifier efficacement l'ensemble. Par ailleurs, la disposition présente en outre l'avantage d'offrir plusieurs possibilités d'accompagnement lors de l'enfouissement de la sonde, soit au moyen de la tige 10 filetée , soit au moyen du lest réalisé au moyen de l'ensemble boulon écrou. Le foreur pourra choisir, tour à tour, l'une ou l'autre solution en fonction de ses souhaits. 15 Par ailleurs, le recours à deux pieds de sonde élémentaires, qui peuvent être accolés face à face, l'invention contribue à réduire les frais de fabrication. Enfin, la présente invention présente en outre l'avantage de réaliser, dans chacune des extrémités des portions tubulaires en raison de la forme en « H », des réservoirs de décantation permettant de venir déposer les particules et impuretés en suspension dans le fluide caloporteur. II en résulte une meilleure protection de la pompe à chaleur contre les risques de dysfonctionnement dus à la circulation de particules et impuretés en suspension dans le fluide caloporteur. RYB03-FR - 13 - 15 REVENDICATIONS1. Elément de pied de sonde géothermique comprenant deux portions tubulaires (10, 20) présentant des axes parallèles à un axe longitudinal et destinées au raccordement de deux conduits, respectivement d'amenée et de retour de fluide caloporteur, lesdites portions tubulaires communiquant l'une avec l'autre au moyen d'une ouverture disposée sur la paroi latérale des deux portions tubulaires, de manière à délimiter deux cavités basses pour le dépôt des impuretés en suspension au sein du fluide caloporteur. 2. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une face présentant une section plane de manière à permettre l'assemblage de deux éléments pour la constitution d'un pied de sonde. 3. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'évidements et de nervures de renforcement desdites portions tubulaires délimitant une surface de contact plane destinée à l'assemblage avec un autre élément de pied de sonde. 20 4. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un jeu de tétons et de trous pour le positionnement relatif de deux éléments de pied de sonde. 25 5. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une base dotée d'un trou traversant radial destinée à recevoir un ensemble écrou-boulon destiné au lestage du pied de sonde et/ou à l'assemblage de deux élément de pied de sonde. 30 6. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un bouclier de protection enveloppant complètement lesdites portions tubulaires et servant d'assemblage des deux éléments de pied de sonde. RYB03-FR - 14- 5. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bouclier est réalisé en matériau polymère technique résistant aux chocs, tel qu'un mélange mécanique composé de polyéther aromatique et de polystyrène (PS). 8. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de clips coopérant avec des éléments de blocage sur ledit bouclier . 10 9. Elément de pied de sonde géothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un alésage longitudinal et un lamage destiné à recevoir une tête d'écrou noyée au sein dudit élément pour y recevoir une tige filetée vissée dans ladite tête d'écrou. 15 10. Procédé de mise en place d'une sonde géothermique comportant deux éléments de pied de sonde tels que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - assemblage (91) de deux éléments de pieds de sonde ; - ajout (92) d'un bouclier de protection destiné à protéger lesdites portions tubulaires 20 de chacun desdits éléments ; - mise en place (93) par vissage d'une tige filetée sur une tête d'écrou noyée au sein de ladite sonde ; - vissage (94) d'un premier tube de poussée sur ladite tige filetée comportant un alésage fileté à son extrémité ; 25 - enfouissement (95) jusqu'au fond du puits de ladite sonde avec son pied de sonde en accompagnant le mouvement au moyen du premier tube de poussée et de tubes de poussée supplémentaires ; - dévissage (96) du premier tube de poussée ; et - injection (97) d'un coulis destiné à remplir le puits de forage ; et 30 - extraction (98) dudit tube de poussée. RYB03-FR - 15 -