Brevet FR3048437A1 — publié le 20170908

- 1 - La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un puits de fondation composite de faible à moyenne profondeur intégrant en un seul élément différentes fonctions telles que « structure de fondation », « récupération et gestion de l'eau pluviale », « infiltration en nappe des débits de fuite d'eau pluviale », « production et stockage d'énergie renouvelable géothermique et géo-solaire », «suivi des consommations en eau et en énergie, et pilotage du système ». Plusieurs puits sont ainsi disposés et reliés en série ou maillés, et cet ensemble est conçu pour fonctionner en réseau fermé dédié à la construction ou en réseau ouvert sur l'extérieur en partage de ressources. Les différentes fonctions précitées sont traditionnellement mises en oeuvre séparément voire associées par deux, et intéressent des spécialités faisant appel à des corps de métier différents tels que le forage en sol, le génie civil, le VRD (Voiries Réseaux Divers), le génie climatique, la plomberie, le génie électrique etc... L'optimisation technique issue du procédé qui résulte de cette intégration apporte une réponse technico-économique globale qui améliore la prise en compte de partis pris environnementaux dans le cadre de la construction ou de l'adaptation de tout type de bâtiment. Elle est une voie vers la conception de bâtiments passifs et/ou producteurs d'énergie et permet la mise en commun sous forme de réseaux-partage de ressources en eau et en énergie. On observe que le foncier disponible pour les constructions neuves présente très souvent des complexités de fondation soit parce qu'il fait partie de zones vierges plus ou moins volontairement délaissées, soit parce qu'il s'inscrit en lieu et place d'anciennes constructions déconstruites. Il existe donc très souvent un surcoût lié à la mise en oeuvre de fondations renforcées pour lesquelles on recherche une assise plus profonde pour assurer la descente de charges. Le puits de fondation de faible à moyenne profondeur fait partie des solutions apportées à cette problématique. La technique des puits de fondation fait généralement appel à la mise en oeuvre de forages de gros diamètre (80 à 150 cm), pouvant utiliser un blindage selon leur profondeur et la nature des couches de terrain rencontrées. Un épuisement ponctuel de la nappe phréatique peut aussi être requis. Le fonctionnement le plus courant de ce type de fondation consiste à reporter les efforts de réduction des charges appliquées en tête, en les transposant à la base de l'ouvrage par l'intermédiaire du corps massif du puits, lequel est composé d'un béton de résistance moyenne. Il s'en suit la mise en place d'un grand volume de matière qui constitue l'essentiel du coût de la mise en oeuvre correspondante. 3048437 - 2 - Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient en remplaçant une grande partie de la matière mal utilisée pour la mise en oeuvre du puits de fondation par d'autres composants à objectif environnemental. Il comporte, en effet: 5 - La structure porteuse de fondation constituée d'une semelle en béton armé coulée en fond de puits et d'un poteau structurant positionné dans le corps du puits - Une cuve de récupération de l'eau pluviale dont la forme est spécialement étudiée pour épouser la rive du forage en extrados et celle du poteau en intrados, ce qui permet son interchangeabilité sans obérer la fonction porteuse de la fondation. 10 - Un drain vertical de bon diamètre par lequel transitent les débits de fuite d'évacuation d'eau pluviale ainsi que le trop-plein de la cuve ou du réseau de récupération d'eau pluviale, pour être infiltrés en nappe. - Un premier réseau positionné dans la cuve permettant, par circulation à faible vitesse, la récupération ou la cession d'énergie thermique issue des échanges entre le sol 15 environnant et l'eau de la cuve. Ce réseau relie les puits disposés en série à une pompe de circulation, l'ensemble formant par bouclage le circuit primaire d'une pompe à chaleur eau/eau réversible. Ce réseau géothermique, flexible et non gravitaire, relie chacun des puits mis en série par des tronçons de canalisations, permettant l'équilibrage naturel des niveaux d'eau dans les puits. L'ensemble se met en service 20 par amorçage successif des tronçons dans chaque puits. - Un deuxième réseau, de petit diamètre, comportant de l'eau éventuellement glycolée circulant à faible vitesse à l'intérieur du volume de la cuve. Ce réseau relie les puits disposés en série à une pompe de circulation, ainsi que les têtes de puits pouvant comporter un tapis solaire. L'ensemble fonctionne en bouclage fermé et permet ainsi 25 la récupération d'apports thermiques géo-solaires par échange avec l'eau des cuves. - Une tête de puits, déposable, composée d'un regard en béton disposant d'une fermeture amovible. La couverture peut comporter un tapis solaire protégé par un vitrage résistant et émissif. Elle dispose d'une grille anti-insectes et l'intérieur du regard comporte une isolation en chanvre. Elle permet l'accès à la tête de cuve et à sa 30 trappe d'accès pour toutes les opérations de mise en service et d'entretien, et pour le branchement des autres réseaux. - Un orifice disposé en tête de cuve permettant : o Soit de brancher un réseau d'eau pluviale introduite latéralement dans le regard de tête de puits. Un by-pass mis en place dans le regard permet 35 d'asservir l'introduction de l'eau pluviale dans la cuve à la température de l'eau de cette dernière. 3048437 - 3 - o Soit de brancher un réseau d'extraction d'eau pluviale dans le volume de la cuve pour alimenter un circuit de distribution et de réutilisation de l'eau pluviale en eau non potable. - Des capteurs de température permettant de gérer la température du circuit primaire 5 géothermique ainsi que la température de l'incorporation des eaux pluviales dans la cuve lesquelles seront rejetées en trop plein si leur température est trop basse par rapport au circuit primaire (températures d'hiver très froides). - Un capteur de débit du circuit géothermique. - Une sonde de PH de l'eau pluviale avec possibilité de régulation du PH. 10 - Un détecteur du niveau d'eau dans les cuves - Un dispositif de relevé et de transmission de ces données d'exploitation qui peut être couplé aux autres paramètres d'utilisation du bâtiment tels que les consommations énergétiques, électriques ou d'eau potable. Tous ces éléments sont composés de techniques traditionnelles connues. 15 Selon différents type de réalisation : - Le diamètre des puits détermine le gabarit et le volume de la cuve qui lui est associée. - La profondeur des puits, compte tenu de la mise en place de cuves de hauteur standardisée, déterminera par différence la hauteur des semelles en fond de puits, et éventuellement des sur-profondeurs à atteindre en cohérence avec le rapport 20 géotechnique. - Le poteau central du puits peut utilement être légèrement excentré par rapport à l'axe de la cuve, d'une valeur inférieure ou égale au sixième du diamètre du puits. Il reçoit en tête les longrines de fondation de l'ouvrage et les porteurs ponctuels de l'ouvrage . - La cuve peut être mise en place avant le retrait du blindage du puits si cette technique 25 est retenue, en prenant appui sur le poteau pour l'extraire. Elle est posée sur un banc de sable positionné au-dessus de la semelle. Sa résistance lui permet de soutenir la pression horizontale des terres et de la nappe phréatique. - Le drain vertical peut être inséré dans une enveloppe en géotextile non tissée avec mise en place d'agrégats de gros diamètre ou de galets. 30 - Un calfeutrement en sable humide peut être réalisé entre le sol et la cuve afin d'assurer de bons échanges thermiques latéraux avec le sol. - La tête de puits peut être constituée d'un regard préfabriqué en béton armé avec une couverture constituée d'un cadre transparent pour l'insertion du tapis solaire. Cette dernière disposition peut n'être que partiellement retenue : par exemple pour les puits 35 recevant le soleil toute ou partie de la journée. 3048437 - 4 - - La modénature du revêtement de sol à l'avant du puits (perpendiculairement à la façade) pourra utilement permettre un terrassement « facile » pour le remplacement de la cuve. - La gestion des paramètres de fonctionnement tels que température, débit, pH etc.. 5 peut-être réalisée via des capteurs positionnés sur les circuits concernés. Les informations recueillies peuvent être transmises par réseaux filaires ou radio, pour être traitées hors site. - Un traitement chimique et biologique de l'eau pourra être intégré au circuit primaire selon la destination sanitaire de l'eau (eau de baignade par exemple). 10 - Le suivi de ces paramètres chimiques et biologiques pourra être effectué via la transmission des données organisée pour les capteurs mis en place par ailleurs. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale sur un puits. Elle montre la composition des différents éléments d'un puits, objet de la présente invention. 15 La figure 2 représente une coupe horizontale sur un puits dans le corps de la cuve. La figure 3 représente une coupe horizontale au niveau de la tête de puits. La figure 4 représente une vue d'une tête de puits équipée d'un tapis solaire. La figure 5 représente le principe de circuit géothermique par la mise en réseau de puits La figure 6 représente le principe de circuit géo-solaire par la mise en réseau de puits 20 La figure 7 représente le principe d'introduction ou d'extraction d'eau pluviale En référence à ces dessins le dispositif comporte un corps de puits (1) réalisé préférentiellement par forage cylindrique dont la profondeur (2) atteint au minimum le niveau de référence de portance défini en cohérence avec le rapport géotechnique de la construction. Un blindage pourra être mis en place si nécessaire pendant le forage selon 25 toute technique adaptée, ainsi qu'un épuisement des eaux de nappe. La base du puits (1) est coulée en béton, lequel comportera sur une partie au moins une cage d'armatures métalliques formant semelle (3). Un dispositif de liaison structurelle (4) béton - béton par adhérences d'armatures dans le béton ou par tout système mécanique lié à une préfabrication permet d'assurer la continuité des descentes de charges avec un poteau 30 (5). Un poteau (5) vertical cylindrique en béton armé est positionné entre le dessus de la semelle (3) et le niveau ad'hoc permettant de recevoir en tête les longrines de fondation et éventuellement d'autres charges de réduction des efforts induits par la superstructure. Ce poteau (5) est excentré perpendiculairement à la façade et vers l'extérieur d'une 35 valeur inférieure au 1/6 du diamètre du puits (1) ou de son épaisseur perpendiculaire à la façade si le puits (1) a une section rectangulaire ou carrée (e REVENDICATIONS1) Dispositif concernant un procédé de réalisation d'un puits de fondation composite de faible à moyenne profondeur caractérisé en ce qu'il intègre en un seul élément un corps de puits (1) de fondation constitué d'une semelle (3) et d'un poteau (5), d'une cuve (6), d'un drain vertical (11), cet ensemble étant surmonté par un regard (12) dont la couverture (14) comporte un tapis géo-solaire (15) et destiné à fonctionner en réseau fermé dédié à une construction ou en réseau ouvert sur l'extérieur en partage de ressources, l'ensemble remplissant différentes fonctions telles que « récupération et gestion de l'eau pluviale » par une amenée d'eau verticale (17), ou par une extraction d'eau (30), « infiltration en nappe des débits de fuite d'eau pluviale » par rejet dans un drain vertical (11), « production et stockage d'énergie renouvelable » par un réseau géothermique (25), « production et stockage d'énergie renouvelable » par un réseau géosolaire (27), le tout bénéficiant d'un pilotage du suivi des caractéristiques et des consommations en eau et en énergie. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le puits (1) réalisé en béton est composé d'une semelle (3) et d'un poteau (5) dont l'excentrement permet de dégager de la place dans le forage ou dans le terrassement pour y inclure d'autres composants. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que une cuve (6) est positionnée dans le corps du puits (6) avec une forme adaptée et pourvue d'une trappe d'accès inclinée (7), de deux orifices (8) pour le passage du circuit géothermique, de deux orifices (9) pour le passage du circuit géo-solaire, d'un orifice (10) pour le passage d'un réseau d'eau pluviale et d'un trop plein (20). 4) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'un drain vertical (11) - ou plusieurs drains verticaux - est(sont) positionné(s) dans le corps du puits (1), à l'arrière du poteau (5).. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le puits (1) composite comporte une tête de puits constituée par un regard (12) adapté par lequel transitent des réseaux géothermiques (25), géo-solaires (27), de recueil ou d'extraction d'eau pluviale (17) et de trop plein (20), avec mise en place d'une grille anti-insectes (21) et d'une isolation de masse (22), en chanvre. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le regard (12) possède une couverture (14) comportant un tapis géo-solaire (15).35