Brevet FR2980189A1 — publié le 20130322

La présente invention concerne un mortier permettant un échange thermique. Le mortier est connu depuis les romains. Il est utilisé comme élément de liaison de fixation ou comme enduit ou garniture. 11 est constitué du mélange d'un liant, d'un ou plusieurs agrégats avec de l'eau. Ses caractéristiques thermiques ne sont en général pas prises en considération. Mais il est des applications où elles interviennent soit que l'on recherche une isolation soit au contraire une conductivité thermique. Cette conductivité est recherchée notamment en géothermie. La terre se comporte alors comme un réservoir de chaleur. Dans la zone de surface d'environ 100 mètres la température de la terre est basse, soit de 10 à 15 degré Celsius. Les sondes géothermiques sont installées dans des forages d'une centaine de mètres environ et de diamètre 15 à 20 centimètres. La récupération de chaleur de la zone de surface se fait grâce à des pompes à chaleur. La remontée de chaleur se fait avec des sondes en U remplis d'eau ou d'un fluide caloporteur en circuit fermé avec la pompe à chaleur. Le fluide sort de la pompe à chaleur à environ 3 degrés et se réchauffe en circulant dans la sonde. Lorsque le fluide revient à la pompe il a capté la chaleur de la terre et est à la température de 10 à 15 degré. Les tubes sont en général en polyéthylène d'un diamètre de 30 à 40 millimètres. Le matériau de remplissage a plusieurs fonctions. Il doit conduire la chaleur entre la terre et la sonde. 11 doit fixer la sonde solidement dans le forage et il doit en plus souvent faire bouchon pour empêcher les différentes couches d'eau présentes dans la terre de se mélanger. Par exemple les eaux de surface souvent polluées ne doivent pas circuler vers les nappes plus basses et se mélanger avec elles. De telles installations font l'objet de la norme NF X10-970. .La conductivité thermique est mesurée en W/mK et est appelée Lambda. Le Lambda actuellement recherché pour les applications géothermiques est de 2. Il doit être analogue à celui de la terre environnante. Pour l'obtenir on ajoute aux agrégats des minéraux qui conduisent la chaleur tel le carbone généralement sous forme de graphite en poudre. Brevet EP 1065 451 BL. Mais ces poudres de graphite ont un coût élevé. L'objet de l'invention consiste en la réalisation d' un mortier d'enrobage de source de chaleur comportant des agrégats provenant de produits réfractaires de récupération issus de procédés de production d'où il ressort que du carbone a enrobé des particules qui composent les matériaux réfractaires . L'avantage de l'invention consiste en ce que les produits de récupération sont moins onéreux que les poudres de carbone pur. De plus, le carbone étant déposé sur des particules les surfaces de contact par unité de volume de carbone sont plus élevées. Une des applications de l'invention consiste en l'utilisation de matériaux conducteurs de la chaleur provenant du recyclage des briques réfractaires utilisées dans la production et le traitement des aciers principalement dans les poches acier. Ces briques appelées briques AMC sont composées d'alumine, de magnésie et de carbone. La composition minéralogique de ces briques est du corindon -2- (oxyde d'aluminium) des spinelles (minéral composé d' alumine et de magnésie) et du carbone sous forme de graphite (7 à 10%). Pendant les nombreux cycles thermiques que subissent les poches acier (jusqu' à 1500°) le carbone vient entourer les grains de spinelle et de corindon .La bonne conductivité thermique des spinelles et du corindon est augmentée par l'enrobage très conducteur de carbone. Les briques AMC sont concassées et classifiées en différentes fractions de granulométries différentes. La classe la mieux adaptée pour augmenter la conductivité thermique des matériaux de remplissage est la classe de 0 à 1 mm Mais des classes de taille supérieure sont aussi utilisables. Par exemple 0 à 3mm. La composition typique du mortier de remplissage est établie pour que le lambda atteigne au moins la valeur de 2 W/mK. Le pourcentage de poudre AMC dans l'exemple de composition ci-après est déterminé pour cette valeur de 2 W/mK. Mais il est possible de l'ajuster si une autre valeur est préconisée. A la composition typique ci-après, il est possible d'ajouter des adjuvants organiques permettant d'augmenter la fluidité, le retard de prise, la stabilité et l'homogénéité du matériau sec quand on le malaxe avec de l'eau. Il est également possible d'ajouter un peu de bentonite (de 1 à 5%) pour améliorer la stabilité. Un matériau de remplissage qui restera facilement pompable et très homogène tout en ayant un lambda supérieur à deux aura la composition suivante. Sable siliceux de 30 à 60 % Farine de calcaire ou de marne 15 à 50% Ciment de 10 à 30% Fines de briques AMC de 5 à 30% Quantité d'eau à ajouter au matériau sec: 30 à 60% La quantité est ajustée suivant la quantité de ciment, de fine calcaire et de bentonite. Les mortiers réalisés suivant l'invention sont particulièrement destinés à l'enrobage des sondes géothermiques placées dans des forages.