Brevet FR3100606A1 — publié le 20210312

L’invention concerne un Procédé de dimensionnement d’un puit géothermique pour la régulation thermique d’un bâtiment, comprenant les étapes de : - S1 : Modélisation d’un potentiel géothermique d’une zone d’intérêt comprenant une zone de sous-sol comprise dans un périmètre donné autour du bâtiment ; - S2 : Estimation des besoins thermiques du bâtiment ; - S3 : Génération de modèles d’installations géothermiques en fonction des résultats de S1 et S2, un modèle d’installation géothermique comprenant une ou plusieurs solutions géothermiques configurées de manière à réponde aux besoins estimés à l’étape S2 en fonction de la zone d’intérêt modélisée à l’étape S1 ; - S4 : Application d’un critère de sélection configuré pour déterminer un modèle préférentiel. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Aide à la réalisation d’une installation géothermique pour le confort thermique d’au moins un bâtiment Domaine technique général et art antérieur L’invention concerne le domaine général des systèmes géothermiques, et plus précisément des procédés de forage et d’installation de tels systèmes. Avant d’envisager des travaux de géothermie dans le but d’installer un puits de géothermie pour le confort thermique et l’efficacité énergétique d’un bâtiment, un maitre d’ouvrage fait classiquement réaliser une étude de faisabilité et de potentiel géothermique d’une zone d’intérêt située à proximité du bâtiment par un spécialiste du sous-sol. Aujourd’hui, cette étude est menée avec une approche empirique, s’appuyant principalement sur les installations voisines existantes ou sur une connaissance succincte du sous-sol. En effet, la cartographie des sous-sols nécessite des compétences rares et onéreuses, aussi une telle opération n’est-elle pas systématique dans des zones qui n’ont pas pour but d’être exploitées. On distingue classiquement deux grands types d’installations géothermiques. La géothermie sur nappe, ou aquifère, consiste à pomper l’eau d’une nappe souterraine par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs forages pour l’acheminer jusqu’à une pompe à chaleur afin d’en prélever ou y accumuler de l’énergie via un échangeur thermique, de manière à réchauffer ou refroidir le bâtiment. L’eau est ensuite réinjectée dans l’aquifère par l’intermédiaire d’un second ou de plusieurs forages. Lorsqu’il n’y a pas de nappe souterraine à proximité de la zone d’intérêt, il est connu de réaliser l’installation de sondes géothermiques. Une sonde géothermique est un échangeur de chaleur constitué de tubes enterrés verticalement dans un forage de plusieurs dizaines de mètres de profondeur et dans lesquels circule un fluide caloporteur qui prélève la chaleur ou la fraicheur du sol environnant. Dans le cas de géothermie sur nappe, l’étude de potentiel du sous-sol d’une zone d’intérêt consiste à récupérer les capacités des puits géothermiques voisins et d’en faire une moyenne pondérée par la distance à la zone d’intérêt. Dans le cas de sondes géothermiques verticales, une estimation de la conductivité thermique est donnée en fonction de la localisation de la zone d’intérêt. Plusieurs problèmes découlent de ce manque d’analyse précis en amont sur le potentiel géothermique. Les systèmes géothermiques installés ne sont pas dimensionnés avec précision, la puissance calorifique qu’ils sont capables de transférer étant estimée avec une marge de tolérance importante. La méconnaissance du sous-sol implique que la puissance disponible par transfert thermique avec le sous-sol n’est pas connue a priori . La solution de géothermie n’inspire donc que peu de confiance auprès des maitres d’ouvrage et bureaux d’études thermiques. Le type d’installation proposé n’est pas optimal au regard des besoins du bâtiment, et se résume très souvent à une copie d’un projet précédent alors qu’il devrait être spécifique. Les coûts directement liés à l’installation ne sont pas optimisés car les solutions ne sont pas dimensionnées en fonction du potentiel thermique du sol. Les faibles niveaux de précision dans la modélisation des sols limitent les besoins d’optimisation et de dimensionnement des systèmes géothermiques, ce qui freine l’innovation dans la géothermie de surface. L’accès à la ressource en est donc dégradé : les forages verticaux ne permettent pas toujours d’atteindre des puissances suffisantes pour les gros bâtiments, ce qui fait que la géothermie est écartée des sources potentielles d’énergie pour de tels projets. A cause de la méconnaissance des sous-sols, certaines zones géographiques peuvent être équipées de trop ou trop peu d’installations géothermiques. Si trop d’installations géothermiques sont installées sur une zone, l’efficacité individuelle des installations est diminuée, de sorte que le potentiel cumulé des installations de cette zone est inférieur au potentiel géothermique disponible. Si trop peu d’installations géothermiques sont installées sur une zone, le potentiel cumulé des installations est inférieur au potentiel géothermique disponible. La capacité cumulée des installations géothermiques est ainsi nécessairement plus faible que ce qu’elle pourrait être avec une gestion optimale de la ressource. Présentation générale de l’invention Un but de l’invention est d’améliorer la fiabilité et la précision des méthodes d’estimation du potentiel géothermique du sol d’une zone. Un autre but de l’invention est de permettre un meilleur dimensionnement des systèmes de géothermie. L’invention propose un procédé d’aide à la réalisation d’une installation géothermique pour la régulation thermique d’au moins un bâtiment, dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes : - S1 : Modélisation d’un potentiel géothermique d’une zone d’intérêt comprenant une zone de sous-sol comprise dans un périmètre donné autour du bâtiment ; - S2 : Estimation des besoins thermiques du bâtiment ; - S3 : Génération d’une pluralité de modèles d’installations géothermiques en fonction des résultats de S1 et S2, un modèle d’installation géothermique comprenant une ou plusieurs solutions géothermiques configurées de manière à réponde aux besoins estimés à l’étape S2 en fonction de la zone d’intérêt modélisée à l’étape S1 ; - S4 : Application d’un critère de sélection configuré pour déterminer un modèle préférentiel ; l’installation géothermique étant ensuite réalisée selon le modèle ainsi sélectionné. Avantageusement, l’invention est complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - l’étape S1 est réalisée en exécutant les sous-étapes suivantes : . S11 : Interpolation d’une carte géologique de surface avec des coupes géologiques effectuées ponctuellement, de manière à associer statistiquement un profil de sous-sol avec un type de surface géologique ; . S12 : Modélisation du sous-sol dans un périmètre donné autour du bâtiment en fonction de la surface, à partir des associations statistiques obtenues à l’étape S11 ; cela permet ainsi de générer une carte 3D du sous-sol de la zone d’intérêt, et de déduire notamment les caractéristiques physiques du sous-sol, par exemple la taille et la distribution d’aquifères ou les caractéristiques thermiques des phases présentes dans le sous-sol ; - l’étape S2 est configurée pour identifier un paramètre de dimensionnement représentant la valeur maximale de la puissance nécessaire pour maintenir le bâtiment à sa température de consigne de chaud ou de froid ; cela permet de dimensionner l’installation géothermique pour le cas le plus défavorable rencontré par le bâtiment ; - l’étape S2 est en outre configurée pour générer une pluralité de modèles du bâtiment, chacun des modèles intégrant des modifications de manière à simuler l’effet de travaux de rénovation sur le bâtiment, un paramètre de dimensionnement représentant le besoin théorique étant ensuite identifié pour chacun des modèles du bâtiment précédemment générés ; cela permet de simuler des solution géothermiques intégrant des travaux au bâtiment, permettant ainsi de minimiser la complexité des travaux à effectuer pour la solution géothermique ; - l’étape S3 est configurée pour générer des modèles d’installations géothermiques comportant une ou plusieurs solutions géothermiques, les solutions géothermiques étant choisies en fonction de la nature du sous-sol de la zone d’intérêt modélisée à l’étape S1 ; cela permet de ne générer que des modèles de solutions adaptées à la nature du sol, ce qui permet de limiter le temps de calcul et la puissance de calcul nécessaires à l’étape S3 ; - les modèles d’installations géothermiques comportent au maximum trois solutions géothermiques ; cela permet de limiter la puissance de calcul nécessaire à l’étape S3, et de limiter le temps de calcul de l’étape S3 ; - les solutions géothermiques sont choisies, pour un sol sec, parmi des sondes verticales, des sondes déviées, des sondes optimisées, une solution à roche fracturée comportant un puits d’injection, un puits de production et un réseau de fractures comportant une pluralité d’ouvertures et de failles permettant d’établir une communication fluidique entre le puits d’injection et le puits de production, et pour un sol humide, parmi une solution à sondes verticales, déviées ou optimisées, une solution à puits sur nappe, une solution à puits dévié sur nappe ; - les installations géothermiques modélisées sont dimensionnées de manière à ce que la longueur de forage de chaque installation modélisée permette de produire la puissance nécessaire en fonction du potentiel géothermique du sous-sol modélisé en étape S1 ; - l’étape S4 comprend une étape de calcul d’un indice de complexité S41 associé à chacune des installations modélisées, et une étape de hiérarchisation S42 configurée pour classer les installations modélisées en fonction de leur indice de complexité respectif ; - l’étape S4 comporte une étape d’évaluation S40, au cours de laquelle chaque installation modélisée est évaluée et considérée comme faisable ou exclue, toute installation exclue étant retirée des modèles potentiellement réalisables ; - l’étape S40 est réalisée avant les étapes S41 et S42 ; cela permet de limiter le calcul nécessaire à la réalisation des étapes S41 et S42. Selon un autre aspect, l’invention propose un produit programme d’ordinateur comportant des instructions de code pour mettre en œuvre des étapes du procédé selon l’invention lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique des composantes utiles à la modélisation en 3D du sous-sol d’une zone d’intérêt dans un procédé selon l’invention ; la figure 2 est une représentation schématique d’une installation géothermique à sondes optimisées ; la figure 3 est une représentation schématique d’une installation géothermique à roches fracturées ; la figure 4 est une représentation schématique d’un procédé selon l’invention. Description d’un ou plusieurs modes de mise en œuvre et de réalisation Généralités Le procédé proposé permet de concevoir les puits de forage d’une installation géothermique pour le confort thermique et l’efficacité énergétique d’au moins un bâtiment de dimensionnement d’un puits géothermique pour un bâtiment. Il comprend les étapes de : - S1 : Modélisation du potentiel géothermique d’une zone de sous-sol à proximité du bâtiment ; - S2 : Estimation des besoins thermiques du bâtiment ; - S3 : Génération de modèles d’installations géothermiques en fonction des résultats de S1 et S2 ; - S4 : Détermination d’un modèle préférentiel en appliquant un critère de sélection. Cette succession d’étapes permet d’estimer avec précision le potentiel thermique du sous-sol de la parcelle sur laquelle le puits géothermique va être installé, de manière à dimensionner et choisir l’installation qui permettra d’exploiter au mieux ce potentiel en fonction des besoins optimisés du bâtiment. Une installation sur-mesure est donc proposée en fonction du bâtiment et du sous-sol, ce qui permet d’optimiser le rendement thermique, le coût et la rentabilité de l’installation géothermique. Un tel procédé est avantageusement réalisé de manière automatisée au moyen d’une unité de calcul mettant en œuvre un programme comportant des données de code stockées dans une ou plusieurs unités de mémoire. Lorsque les données de codes sont mises en œuvre par une unité de calcul, par exemple un processeur, cela génère une succession de consignes permettant de réaliser le procédé de dimensionnement d’un puits géothermique. Modélisation du potentiel géothermique Au cours de l’étape S1, une sous étape de modélisation structurelle S11 du sous-sol de la zone d’intérêt est réalisée, de manière à modéliser et estimer avec précision les caractéristiques thermiques du sol. La modélisation est réalisée au moyen des connaissances structurales du sous-sol, qui sont obtenues en croisant des cartes géologiques de surface à des diagraphies verticales obtenues ponctuellement au niveau des puits existants, telle que représentée en figure 1. Les cartes géologiques de surface peuvent être réalisées sur place ou en exploitant des données réalisées préalablement par un organisme. Il est classiquement entendu par carte géologique une représentation des roches et structures géologiques, présentes à l'affleurement ou en subsurface, d'une région. Les diagraphies verticales sont classiquement réalisées lors de forages profonds, par exemple lors de forages d’une profondeur supérieure à 10m, de manière à renseigner sur la qualité du sous-sol et les ressources éventuelles présentes dans le sous-sol. Il est classiquement entendu par diagraphie un enregistrement, en fonction de la profondeur, d'une caractéristique d'une formation géologique traversée par un sondage. Une carte en trois dimensions 1 de la nature géologique du sous-sol est établie par extrapolation géostatistique entre les cartes de géologie affleurant 2 (surface) et les données ponctuelles de couches 3 traversées par les puits. Pour chaque type de géologie de surface au niveau d’un puits géothermique existant, la structure du sous-sol est connue grâce aux travaux réalisés et aux relevés effectués après les forages nécessaires à la construction des installations géothermiques. Un modèle probabiliste est utilisé de manière à attribuer un sous-sol probable en fonction de la nature de la géologie de surface, pour chaque point en surface de la zone d’intérêt. Un modèle probable du sous-sol de la zone d’intérêt est ensuite reconstitué par extrapolation des simulations point par point. Des valeurs physiques de porosité et perméabilités sont attribuées aux couches de sol ainsi modélisées grâce aux mesures faites sur des carottes ou grâce aux données de tests de pompage d’eau (méthode de Jacob) de puits existants. Dans le cas de roches réservoir présentant une perméabilité homogène, une analyse fine des tests de pompage permet de retirer la contribution à la dynamique d’écoulement des eaux du réservoir du puits en lui-même de celle de la roche traversée, obtenant ainsi les valeurs intrinsèques du réservoir. En effet, les résultats de l’approximation des valeurs expérimentales à la formule proposée par Theis dans « A generalized graphical method for evaluating formation constants and summarizing well field history », Am. Geophys. Union Trans., vol. 27, 1935 révèle généralement deux comportements : aux temps courts (jusqu’à 5 minutes de relaxe après le pompage), les caractéristiques du puits sont mesurées ; aux temps longs, l’accès à l’eau éloignée du puits devient critique et c’est la valeur intrinsèque de la roche qui est alors mesurée. Une mesure de pompage d’eau sur un puits existant est propre à ce puits et peut être différente d’un puits voisin atteignant pourtant les mêmes roches. Ceci parce que les capacités du puits dépendent de deux phénomènes que nous différencions : - La facilité que l’eau a à se déplacer dans la roche même du réservoir, dépendante de paramètres intrinsèques de la roche réservoir comme la porosité et la perméabilité des roches ; - La facilité que l’eau a à traverser les différents éléments du puits, installés par l’homme, à savoir le massif filtrant de gravier et la crépine. Partant du modèle géologique du sous-sol, et en prenant en compte les paramètres physiques des roches composant le sous-sol, par exemple la porosité et la perméabilité, une sous étape de simulation géothermique S12 du sous-sol modélisé est réalisée. Si le sous-sol modélisé comporte une nappe, l’étape S12 simule l’écoulement de l’eau dans le sous-sol, en appliquant la loi de Darcy. Cette loi exprime le débit de l’eau dans une roche poreuse. Le coefficient de proportionnalité, appelé perméabilité, dépend de la structure de la roche. Ceci permet de calculer la facilité que l’eau contenue dans la nappe phréatique a pour rejoindre le puits de production. Le sous-sol est également modélisé thermiquement au moyen de méthodologies bien connues, les propriétés thermiques des solides et fluides en présence sont décrites au moyen de leur capacité calorifique, leur conductivité thermique ainsi que des vitesses de convections. En cas d’absence de nappe, une capacité calorifique et une conductivité thermique sont attribuées aux différentes roches rencontrées. L’étape S12 simule la diffusion de la chaleur dans le sous-sol et permet d’évaluer la puissance qui pourra être échangée avec le sous-sol par un tube contenant le fluide caloporteur sortant de la pompe à chaleur. La saisonnalité des besoins du bâtiment induit un cycle des phases de stockage et déstockage de la chaleur dans le sous-sol, permettant dans certains cas d’augmenter la puissance disponible. L’étape de simulation d’écoulement S12 permet de déduire les valeurs de débit d’eau dans la zone d’intérêt, les capacités thermiques d’un puits foré en cet endroit et l’influence d’un puits sur l’état et la pression de la nappe s’il y a une nappe à proximité de la zone d’intérêt (courbe de rabattement). Avantageusement, chaque puits installé dans les alentours est intégré dans le modèle du sous-sol et sa zone d’interaction est calculée en fonction de son débit de fonctionnement. Ainsi, l’influence des puits alentours sur le réservoir est prise en compte par le calcul du rabattement et de la variation de la température de la nappe. Cela permet une utilisation maximale de la ressource sans la dégrader, ni perturber les puits voisins (les volumes de rabattement ne doivent pas se chevaucher). Estimation des besoins thermiques du bâtiment Les besoins de puissance du bâtiment en chauffage et/ou refroidissement sont estimés au cours de l’étape S2 en modélisant le bâtiment en fonction d’au moins un des paramètres suivants, ou une combinaison d’entre eux : - le niveau d’isolation des parois opaques et vitrées, - l’exposition au soleil, - l’usage, - le nombre d’utilisateurs, et - les apports internes. L’estimation des besoins en puissance est ensuite dimensionnée pour un gradient de température égal : - Pour un besoin de chaud, au minimum de température extérieure enregistrée dans la zone d’intérêt (ou -7°C par défaut) et la température de consigne d’hiver (ou par défaut 19°C) ; - Pour un besoin de froid, au maximum de température extérieure enregistrée dans la zone d’intérêt (ou 30°C par défaut) et la température de consigne d’été (ou par défaut 23°C). Il est entendu par température de consigne la température voulue pour l’intérieur du bâtiment. Les parois, et notamment les valeurs de résistance thermique attribuées aux parois, vitrées et opaques sont modélisées en fonction des données apportées par le propriétaire du bâtiment, ou à défaut en fonction de l’année de construction et de dernière rénovation du bâtiment. Pour les parois opaques, cette valeur tient compte de la conduction du matériau et de la convection de l’air proche des parois. Pour les parois vitrées, une valeur de coefficient de performance thermique est attribuée en fonction de l’année de rénovation. La puissance instantanée nécessaire pour maintenir la température de consigne dans le bâtiment et donc équilibrer les pertes dues à la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est égale à la surface de la paroi considérée multipliée par l’écart de température entre les deux côtés de la paroi divisé par la résistance thermique définie précédemment. De préférence, au cours de l’étape S2, un paramètre de dimensionnement représentant la puissance maximale nécessaire Pbat pour maintenir le bâtiment à sa température de consigne de chaud ou de froid est identifié. Pbat représente la puissance thermique la plus importante qui sera demandée à l’installation géothermique quelle que soit la situation rencontrée. Cela permet d’obtenir des besoins initiaux sans modification du bâtiment. Optionnellement, plusieurs solutions i de rénovation thermique du bâtiment sont envisagées théoriquement, en améliorant son isolation thermique. Pour chacune, le bâtiment isolé théorique est modélisé et ses besoins et consommations sont estimés, de manière à déduire une puissance nécessaire théorique Pth(i), c’est-à-dire le besoin théorique Pth(i) nécessaire pour la régulation thermique du modèle de bâtiment rénové. Chaque modèle de rénovation est donc associé à un besoin théorique Pth(i). Les rénovations thermiques peuvent consister à ajouter des couches de matériaux isolants à l’intérieur ou à l’extérieur du bâtiment, à changer les fenêtres, à modifier le système de ventilation, à ajouter des brises solaires sur les ouvertures, à planter des arbres judicieusement choisis autour du bâtiment (conifères sur les façades nord et arbres feuillus sur les façades sud), à peindre les surfaces extérieures dans des couleurs claires,… Une pluralité de modèles du bâtiment intégrant chacun une rénovation thermique ou une combinaison de plusieurs types de rénovations sont donc générés et leurs performances thermiques sont simulées, ce qui permet d’estimer les besoins théoriques Pth(i) de chacun des modèles de bâtiment rénové. Ces besoins sont ensuite retranscrits en puissances à prélever dans le sous-sol, en prenant en compte l’apport de la pompe à chaleur et en imposant un coefficient de performance η pour l’installation. Le coefficient de performance η peut être compris entre 2 et 6, préférentiellement entre 3 et 5, par exemple 4. Un calcul énergétique est réalisé en prenant sur une année complète la température extérieure, la température de consigne et les apports internes (usagers du bâtiments et consommation électrique des équipements) et en sommant en pas horaire les consommations. Génération de modèles d’installations géothermiques Au cours de l’étape S3, différentes installations géothermiques sont modélisées et intégrées au modèle, chacune des installations géothermiques modélisées étant dimensionnée de manière à répondre aux besoins du bâtiment estimés pendant l’étape S2 en fonction du potentiel thermique du sous-sol de la zone d’intérêt estimé au cours de l’étape S1. Les installations peuvent donc avantageusement être modélisées pour chacune des puissances nécessaires théoriques Pth(i) associées aux modèles de bâtiment rénové ou non rénové. Les installations modélisées peuvent comprendre un ou plusieurs types différents de solutions géothermiques. Les différents types de solutions géothermiques sont classées en deux catégories, en fonction de la présence d’une nappe phréatique ou non dans la zone d’intérêt. Cas d’une roche « sèche » (sans nappe phréatique) Une solution utilise des sondes verticales, c’est-à-dire des puits verticaux équipés d’un tube en U dans lequel un fluide caloporteur descend puis remonte dans le même puits. Il faut tenir compte d’un espacement de 10 m entre chaque sonde environ. L’emprise au sol doit donc être conséquente pour envisager une telle solution. Une solution utilisant des sondes déviées peut être modélisée. En effet si les tubes en U sont installés dans des puits déviés, cela permet un échange thermique plus important dans les zones superficielles tout en maintenant une emprise au sol faible. Classiquement, un puits est vertical : la gravité attire la tête de forage vers le bas, il suffit de la faire tourner pour avancer en profondeur dans la terre. Un puits dévié est un puits dont l’axe s’écarte de l’axe vertical. L’intérêt principal est que les zones d’intérêt sont généralement des couches horizontales et que le puits va avoir une influence sur une zone proche de ses parois (10 à quelques dizaines de mètres). En ayant un puits dévié (voire horizontal), la surface de contact avec la zone d’intérêt est augmentée tout en n’ayant qu’une zone de forage restreinte en surface. Il est entendu par zone superficielle une géothermie de minime profondeur, définie légalement comme une zone de sous-sol comprise entre une première profondeur et une deuxième profondeur qui sont définies en fonction du droit local, par exemple entre 10m et 200m en France. Un tel type de géothermie est configuré pour exploiter des zones de sous-sol présentant une température constante toute l’année, typiquement entre 10°C et 20°C, préférentiellement entre 12°C et 15°C. La température du sous-sol augmentant avec la profondeur, les températures atteintes à partir d’une certaine profondeur ne présentent pas d’intérêt pour l’application des installations. Une solution utilisant des sondes optimisées peut être modélisée. Dans une telle solution, représentée en figure 2, les phases descendantes 5 et ascendantes 6 du fluide caloporteur dans le sous-sol sont dissociées afin d’éviter le court-circuit en tête de puits et d’améliorer l’échange thermique. Idéalement la partie ascendante du tube est isolée thermiquement. L’installation peut se faire avec la technique de parois moulées, la tranchée étant faite grâce à un trépan-benne. Une fois la profondeur atteinte, un premier tube est installé puis recouvert par 5 mètres de béton dont la conductivité thermique est supérieure ou égale à 2 W/m.K, puis un deuxième tube est installé et ainsi de suite jusqu’au nombre de tubes prévus. Optionnellement, dans un mode de réalisation non représenté, la géométrie des sondes optimisées comporte deux tubes concentriques, l’un étant situé à l’intérieur de l’autre, formant un canal cylindrique et un canal annulaire autour du canal cylindrique : le fluide descend par le canal annulaire, zone extérieure en contact avec la roche pour maximiser les échanges thermiques, puis le fluide remonte par le tube central composé de matériau isolant thermiquement. Dans le cas d’une roche sèche fracturée selon une direction privilégiée, ou dans une roche qui se prête facilement à la fracturation selon une direction privilégiée (en utilisant par exemple la technique du « radial jetting » ou « particule jet drilling »), un système à roche fracturée tel que représenté en figure 4, est modélisé et intégré au modèle. Une solution à roche fracturée comporte un puits d’injection 7 et un puits de production 8, et un réseau de fractures 9 comportant une pluralité d’ouvertures et de failles permettant d’établir une communication hydraulique entre le puits d’injection 7 et le puits de production 8. De l’eau, dont la minéralogie est adaptée à la nature de la roche traversée, est injectée grâce à une pompe dans le puits d’injection 7. Une quantité suffisante d’eau est récupérée dans le puits de production 8. De préférence, au moins 80 % du volume d’eau injecté est récupérée dans le puits de production 8. Cela permet notamment d’améliorer l’efficacité du dispositif et de limiter l’impact environnemental, car l’eau utilisée dans ce cas est de l’eau du réseau. Un calcul d’ordres de grandeur montre que les consommations d’eau deviennent rapidement plus importantes que le gain en charges de consommations du bâtiment, d’où la limitation à 80 % de retour. La distance entre le puits d’injection 7 et le puits de production 8 est adaptée pour que le temps de percée Tp, temps nécessaire pour que l’eau sortant du puits d’injection 7 atteigne le puits de production 8, soit supérieur ou égal à un temps T1 défini en fonction de : - l’écart de température désiré entre le puits d’injection 7 et le puits de production 8, - la distance entre le puits d’injection 7 et le puits de production 8, - le réseau de fractures 9 (et particulièrement la taille moyenne des ouvertures), - le différentiel de pression appliqué entre le puits d’injection 7 et le puits de production 8. Avantageusement, chacune des solutions précédemment décrites dans le cas d’une roche sèche est modélisée en fonction des résultats des étapes S1 et S2 si l’étape S1 ne modélise pas de nappe phréatique dans la zone d’intérêt. Des ensembles utilisant une combinaison de différentes solutions peuvent également être modélisées. Cas d’une roche « humide » (présence d’une nappe phréatique) Une solution avec des sondes peut à nouveau être modélisée. Il est proposé d’utiliser en présence de nappe phréatique la technique des sondes verticales, déviées ou optimisées précédemment décrites. L’étape de modélisation S1 du sous-sol permet de prendre en compte la convection de l’eau autour de la sonde, en plus de la diffusion, ce qui améliore l’échange thermique entre le fluide caloporteur et la roche. Une solution à puits sur nappe peut être modélisée. La configuration classique de géothermie sur nappe comprend au moins deux puits verticaux (doublet) distants d’environ 100 m, un puits producteur permettant le pompage de l’eau, et un puits injecteur permettant son retour dans l’aquifère Une solution connue à puits dévié sur nappe peut être modélisée dans lequel un puits producteur dévié permet le pompage de l’eau, et un puits injecteur, éventuellement dévié aussi permet son retour dans l’aquifère. Une solution à puits dévié est notamment envisagée lorsque l’épaisseur de la zone d’intérêt est trop faible pour extraire l’eau à un débit suffisant pour satisfaire les besoins en surface. La surface d’échange avec l’aquifère est augmentée en mettant en place un forage directionnel pour les puits superficiels. La déviation est initiée par de la pulvérisation directionnelle de boue de forage dans une zone friable (technique dite « jetting »), soit par un obturateur physique (outil de type « whipstock » ou bouchon de ciment « kick-off plug »), soit par l’utilisation de machine de forage inclinée (‘horizontal directional drilling »). Le volume d’eau accessible pour le puits de production étant proportionnel à la longueur du forage traversant la zone d’intérêt, le débit maximum est multiplié par un facteur 1/cos(α), α étant l’angle du puits par rapport à l’azimut (axe vertical) lors de la traversée de l’aquifère. Les techniques actuelles de déviation permettent d’atteindre des variations d’angle de 3° tous les 30 mètres. L’utilisation d’une machine de forage horizontal permet, pour sa part, de démarrer un forage avec un angle de 80 ° par rapport à l’axe vertical. Pour un puits traversant une nappe de 10 mètres d’épaisseur, et dont la production serait de 10 m3/h avec un forage vertical classique, un forage à puits dévié permet d’augmenter la production pour atteindre environ 60 m3/h. Préférentiellement, chacune des solutions précédemment décrites dans le cas d’une roche humide est modélisée en fonction des résultats des étapes S1 et S2 si l’étape S1 modélise une nappe phréatique dans la zone d’intérêt. Des ensembles utilisant une combinaison de différentes solutions peuvent également être modélisées. Une valeur caractéristique peut être attribuée à chacune des solutions décrites précédemment : la puissance linéique Pl décrit la quantité de ressource en sous-sol ; elle peut être continue, comme dans le cas d’une sonde (par exemple 50 W/m), ou discrète, comme dans le cas d’un puits sur aquifère (nappe phréatique) qui ne délivre la puissance attendue que si sa profondeur est atteinte. Pour chaque solution, la puissance exploitable P par l’installation est égale à la puissance linéique Pl multipliée par la longueur de forage L (P = Pl * L). Installation à mono-solution : Connaissant la puissance maximale nécessaire Pbat pour maintenir le bâtiment à sa température de consigne de chaud ou de froid, une installation à solution unique est évaluée en calculant la longueur L de forage nécessaire pour satisfaire les besoins en puissance, en fonction de la puissance linéique Pl1 de chaque solution modélisée. Le modèle détermine le minimum de longueur L1 de forage des solutions géothermiques de chacune des installations modélisées pour que la puissance délivrée soit égale à la puissance nécessaire Pbat pour le bâtiment (Pbat = P = Pl1*L1). Installation à deux solutions : Dans une installation comprenant une combinaison de deux solutions géothermiques, toutes les combinaisons de deux géométries de puits sont modélisées et simulées. Le modèle détermine les deux minimums des longueurs (L1 et L2) de forage des solutions géothermiques de chacune des installations modélisées pour que la somme des puissances délivrées soit égale à la puissance nécessaire Pbat pour le bâtiment (Pbat = P = Pl1*L1 + Pl2*L2). Installation à trois solutions : Dans une installation comprenant une combinaison de trois solutions géothermiques, toutes les combinaisons de trois géométries de puits sont modélisées et simulées. Le modèle détermine les trois minimums des longueurs (L1, L2 et L3) de sondes des solutions géothermiques de chacune des installations modélisées pour que la somme des puissances délivrées soit égale à la puissance nécessaire Pbat pour le bâtiment (Pbat = P = Pl1*L1 + Pl2*L2 + Pl3*L3). Il est envisageable, en reprenant le même schéma d’optimisation, d’envisager des solutions combinant quatre ou plus de solutions géothermiques, de types similaires ou pas. Préférentiellement, la longueur maximale de forage d’une solution est inférieure à 500m. En fonction de cette limite, une puissance maximale exploitable Pmax du sous-sol est estimée et comparée aux besoins du bâtiment Pbat. Si la puissance maximale exploitable Pmax du sous-sol est supérieure aux besoins du bâtiment Pbat, on peut alors estimer un potentiel géothermique réseau. Il peut alors être envisagé un réseau géothermique entre différents bâtiments proches de la zone d’intérêt, idéalement ayant des typologies et besoins différents et complémentaires. Détermination d’un modèle préférentiel Afin de pouvoir déterminer quelle géométrie est optimum dans le cas considéré, on associe à chacune d’entre elles un indice de complexité C. Une valeur caractéristique peut être attribuée à chacune des solutions décrites précédemment : la complexité linéique Cl rend compte de la difficulté technique à mettre en œuvre la solution envisagée. Cette grandeur prend en compte l’accès au chantier (surface disponible pour forer, accès pour la machine de forage), la profondeur des puits, la qualité du terrain, ainsi que différentes sources potentielles de problèmes techniques gênant la construction de l’installation. Pour chaque solution, la complexité C est égale à la complexité linéique Cl de la solution multipliée par la longueur de forage L (C = Cl * L). Optionnellement, si des travaux de rénovation du bâtiment sont envisagés, on leur associe une complexité de mise en œuvre (prenant en compte la disponibilité du bâtiment et la quantité des travaux à effectuer). On réitère l’optimisation de la solution géothermique en remplaçant les besoins du bâtiment Pbat par ses besoins théoriques Pth(i). Le calcul de complexité de la solution géothermique est à nouveau calculé sur ce bâtiment fictivement rénové. Dans les modes de réalisation dans lesquels des travaux de rénovation du bâtiment sont envisagés, la complexité C comporte donc en outre un terme de complexité Cb(i) provenant des travaux à réaliser (C = Cl*L+Cb(i)). Connaissant les installations modélisées lors de l’étape S3, et donc les longueurs de forage minimales permettant de répondre aux besoins du bâtiment, la complexité de chaque solution modélisée est calculée au cours d’une étape S41. On classe ensuite les différentes options possibles au cours d’une étape S42 en fonction de la complexité de la mise en œuvre et le modèle recommande l’option la plus raisonnable, c’est-à-dire l’installation présentant le plus faible indice de complexité C. Ainsi, le procédé identifie une solution optimale parmi la pluralité de solutions modélisées envisageables, ce qui permet de proposer une installation sur mesure en fonction des besoins du bâtiment et de la nature du sol, tout en proposant la solution la plus simple techniquement, ce qui limite les sources d’erreurs sur le chantier, et la durée du chantier. Préférentiellement, antérieurement à l’étape S41 de calcul de la complexité de chaque solution, une étape d’évaluation S40 de la faisabilité technique de la solution est réalisée. Au cours de l’étape S40, chaque installation est évaluée et considérée comme faisable ou exclue. Si une installation est considérée comme exclue, elle est retirée des modèles potentiellement réalisables. La complexité d’une solution exclue n’est pas calculée, et la solution n’est donc pas classée. Cela permet de limiter le temps de calcul des étapes S41 et S42, et donc les ressources nécessaires à leur réalisation. Une solution est notamment exclue si la longueur théorique des sondes est supérieure à 500 m ou, pour une installation à mono-solution sur nappe, si les nappes accessibles ne fournissent pas les besoins du bâtiment. En fonction des différents types d’installations, et notamment du nombre de solutions géothermiques des installations, l’indice de complexité C peut être calculé de différentes manières. Installation à mono-solution : Connaissant la longueur minimum L1 nécessaire pour maintenir le bâtiment à sa température de consigne de chaud ou de froid estimée à l’étape S3, la complexité C de chaque solution est alors calculée comme le produit de la complexité linéique Cl de la solution multipliée par la longueur minimale L1 de sondes estimée en étape S3. Préférentiellement, antérieurement au calcul de la complexité de chaque solution, une étape d’évaluation S40 est réalisée. Installation à deux solutions : Dans une installation comprenant une combinaison de deux solutions géothermiques, toutes les combinaisons de deux géométries de puits sont modélisées et simulées. La complexité C est alors calculée en sommant les complexités de chacune des solutions géothermiques et en y ajoutant une pénalité M (C = Cl1*L1 + Cl2*L2 + M). Préférentiellement, antérieurement au calcul de la complexité de chaque solution, une étape d’évaluation S40 est réalisée. Une installation est exclue si une de ses solutions présente une longueur minimale L1, L2 de sondes supérieure à 500 m ou si les nappes accessibles ne fournissent pas les besoins du bâtiment. Installation à trois solutions : Dans une installation comprenant une combinaison de trois solutions géothermiques, toutes les combinaisons de trois géométries de puits sont modélisées et simulées. La complexité C est alors calculée en sommant les complexités de chacune des solutions géothermiques et en y ajoutant une pénalité M (C = Cl1*L1 + Cl2*L2 + Cl3*L3 + M). Préférentiellement, antérieurement au calcul de la complexité de chaque solution, une étape d’évaluation S40 est réalisée. Une installation est exclue si une de ses solutions présente une longueur minimale L1, L2, L3 de sondes supérieure à 500 m ou si les nappes accessibles ne fournissent pas les besoins du bâtiment. La pénalité M augmente avec le nombre de solutions mises en œuvre dans l’installation envisagée, et augmente d’autant plus que les solutions mises en œuvre dans l’installation font appel à des techniques et des outillages différents. Préférentiellement, pour des raisons de complexité et d’optimisation entre les systèmes, les installations simulées comprennent trois solutions ou moins. En effet, au-delà, la pénalité M devient statistiquement dissuasive et de tels types d’installations ne sont pas compétitifs par rapport à des types d’installations comprenant trois solutions ou moins, quand bien même ils seraient efficaces énergétiquement. Le fait de limiter le nombre de solutions par installation permet de réduire le temps et la difficulté des étapes de génération de modèle S3 et de détermination d’un modèle préférentiel S4. Un tel procédé d’aide à la réalisation permet en outre, en évitant de surdimensionner les installations géothermiques par rapports aux besoins du bâtiment, de diminuer les périmètres d’exclusion autour des installations. En effet, classiquement, un périmètre est établi autour d’une installation géothermique, à l’intérieur duquel il est interdit de construire une autre installation géothermique. Ce périmètre est notamment défini en fonction de la puissance de l’installation et du potentiel géothermique de la zone. Un dimensionnement plus adapté des installations géothermiques permet donc de minimiser les périmètres d’exclusion, et donc d’augmenter le nombre potentiel d’installations géothermiques d’une zone géographique. A l’issue du procédé d’aide à la réalisation, l’installation géothermique est construite suivant le modèle proposé par le procédé au moyen des méthodes de construction et de forage classiques. Procédé d’aide à la réalisation d’une installation géothermique pour la régulation thermique d’au moins un bâtiment, dans lequel on met en œuvre, au moyen d’une unité de calcul telle qu’un processeur, les étapes suivantes : - S1 : Modélisation d’un potentiel géothermique d’une zone d’intérêt comprenant une zone de sous-sol comprise dans un périmètre donné autour du bâtiment ; - S2 : Estimation des besoins thermiques du bâtiment de manière à identifier un paramètre de dimensionnement représentant la valeur maximale de la puissance nécessaire (Pbat) pour maintenir le bâtiment à sa température de consigne de chaud ou de froid; - S3 : Génération d’une pluralité de modèles d’installations géothermiques en fonction des résultats de S1 et S2, un modèle d’installation géothermique comprenant une ou plusieurs solutions géothermiques configurées de manière à répondre aux besoins estimés à l’étape S2 en fonction de la zone d’intérêt modélisée à l’étape S1 ; - S4 : Application d’un critère de sélection configuré pour déterminer un modèle préférentiel, l’étape S4 comprenant une étape de calcul d’un indice de complexité S41 associé à chacune des installations modélisées, et une étape de hiérarchisation S42 configurée pour classer les installations modélisées en fonction de leur indice de complexité respectif ; dans lequel l’étape S1 est réalisée de manière à obtenir une carte géologique en trois dimensions de la nature géologique du sous-sol en exécutant les sous-étapes suivantes : - S11 : Interpolation d’une carte géologique de surface avec des coupes géologiques effectuées ponctuellement, de manière à associer statistiquement un profil de sous-sol avec un type de surface géologique ; - S12 : Modélisation du sous-sol dans un périmètre donné autour du bâtiment en fonction de la surface, à partir des associations statistiques obtenues à l’étape S11 ; l’installation géothermique étant ensuite réalisée selon le modèle ainsi sélectionné. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape S2 est en outre configurée pour générer une pluralité de modèles du bâtiment, chacun des modèles intégrant des modifications de manière à simuler l’effet de travaux de rénovation sur le bâtiment, un paramètre de dimensionnement représentant le besoin théorique (Pth(i)) étant ensuite identifié pour chacun des modèles du bâtiment précédemment générés. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel l’étape S3 est configurée pour générer des modèles d’installations géothermiques comportant une ou plusieurs solutions géothermiques, les solutions géothermiques étant choisies en fonction de la nature du sous-sol de la zone d’intérêt modélisée à l’étape S1. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les modèles d’installations géothermiques comportent au maximum trois solutions géothermiques. Procédé selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel les solutions géothermiques sont choisies, pour un sol sec, parmi des sondes verticales, des sondes déviées, des sondes optimisées, une solution à roche fracturée comportant un puits d’injection (5) et un puits de production (6), et un réseau de fracture (7) comportant une pluralité d’ouvertures et de failles permettant d’établir une communication fluidique entre le puits d’injection (5) et le puits de production (6), et pour un sol humide, parmi une solution à sondes verticales, des sondes déviées, des sondes optimisées, une solution à puits sur nappe, une solution à puits dévié sur nappe. Procédé selon l’une des revendications 3 à 5 en combinaison avec l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les installations géothermiques modélisées sont dimensionnées de manière à ce que la longueur de forage de chaque installation modélisée permette de produire la puissance nécessaire pour respecter le paramètre de dimensionnement (Pbat, Pth(i)) en fonction du potentiel géothermique du sous-sol modélisé en étape S1. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape S4 comporte une étape d’évaluation S40, au cours de laquelle chaque installation modélisée est évaluée et considérée comme faisable ou exclue, tout installation exclue étant retirée des modèles potentiellement réalisables. Procédé selon la revendication 1 en combinaison avec la revendication 7, dans lequel l’étape S40 est réalisée avant les étapes S41 et S42. Produit programme d’ordinateur comportant des instructions de code pour mettre en œuvre des étapes du procédé selon l’une des revendications précédentes lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.