Brevet FR3158781A1 — publié le 20250801

Le présent exposé concerne un procédé de gestion d’une installation géothermique, l’installation géothermique étant configurée pour répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment ou procédé industriel ou agricole, le procédé comprenant : une mesure, à une certaine fréquence d’échantillonnage, de paramètres de fonctionnement hydrauliques, thermiques et/ou chimiques de l’installation, par des dispositif de mesure ; une estimation datée d’un indicateur fonction d’au moins un paramètre de fonctionnement mesuré ; et une mise en évidence d’une éventuelle anomalie de fonctionnement de l’installation par une comparaison de l’estimation de l’indicateur à une pluralité de conditions limites, lesdites conditions limites étant fonction de différentes hypothèses se rapportant à des paramètres extrinsèques à l’installation géothermique, et une sélection, en fonction du résultat de cette comparaison, d’au moins l’une de ces hypothèses, afin de caractériser la cause externe à l’origine de l’anomalie. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de gestion, d’analyse et de régulation d’une installation géothermique La présente invention concerne le domaine de la géothermie. Plus particulièrement, elle concerne la gestion des installation géothermiques configurées pour répondre à une demande de calories ou frigories d’un bâtiment ou procédé industriel ou agricole. ETAT DE LA TECHNIQUE Afin de répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment en surface il est possible de mettre en œuvre une installation géothermique. L’installation géothermique peut comprendre un système de différents types comme par exemple un système de pompe à chaleur (PAC) géothermique sur nappe, un système de pompe à chaleur (PAC) sur sondes géothermiques verticales (SGV) ou un système de pompe à chaleur (PAC) géothermique sur corbeilles ou murs… Une installation géothermique fait circuler un fluide caloporteur dans un forage réalisé dans un sous-sol pour modifier la température de la structure consommatrice en énergie à laquelle l’installation géothermique est connectée. L’installation géothermique peut ainsi chauffer la structure en lui transférant de la chaleur depuis le sous-sol ou bien refroidir la structure, en transférant au sous-sol la chaleur de la structure. Cependant, des disfonctionnement comme le colmatage d’une canalisation ou bien une variation des capacités thermiques du sous-sol peuvent intervenir au cours du fonctionnement de l’installation géothermique et causer des dérives entre un fonctionnement prévu de l’installation et le fonctionnement réel observé. Les dérives réduisent l’efficacité de l’installation géothermique et peuvent nécessiter un arrêt provisoire de l’installation pour maintenance, voir même un arrêt définitif. EXPOSE GENERAL Un but de l’exposé est d’éviter des disfonctionnement ou des opérations de maintenance de l’installation géothermique et de permettre ainsi un fonctionnement continu et efficace. Il est à cet effet proposé, selon un aspect du présent exposé, un procédé de gestion d’une installation géothermique, l’installation géothermique étant configurée pour répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment ou procédé industriel ou agricole. Le procédé comprend : une mesure, à une certaine fréquence d’échantillonnage, de paramètres de fonctionnement hydrauliques, thermiques et/ou chimiques de l’installation, par au moins un dispositif de mesure ; une estimation datée d’un indicateur fonction d’au moins un paramètre de fonctionnement mesuré ; et une mise en évidence d’une éventuelle anomalie de fonctionnement de l’installation par une comparaison de l’estimation de l’indicateur à une pluralité de conditions limites, lesdites conditions limites étant fonction de différentes hypothèses se rapportant à des paramètres extrinsèques à l’installation géothermique, et une sélection, en fonction du résultat de cette comparaison, d’au moins l’une de ces hypothèses, afin de caractériser la cause externe à l’origine de l’anomalie. En particulier, en cas d’anomalie, on détermine - et le cas échéant on commande - en fonction du résultat de la comparaison, une action de correction (E6) sur l’installation. Ce procédé permet un fonctionnement efficace de l’installation géothermique et une gestion en amont des causes d’éventuels disfonctionnement afin de les éviter. Par un suivi en continu et une analyse indépendante de chaque caractéristique de l’installation géothermique, le procédé permet d’identifier les causes de la modification d’une caractéristique et ainsi éviter un disfonctionnement en modifiant le paramètre en cause. Avantageusement, mais facultativement, le procédé exposé comprend l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou dans une quelconque combinaison : - une mise en œuvre d’une action de correction sur l’installation en fonction de l’anomalie de fonctionnement détectée et de l’hypothèse sélectionnée ; -un test en temps réel la fiabilité des mesures des paramètres de fonctionnement et on adapte la fréquence d’échantillonnage de ces mesures en fonction des résultats de test ; - le test en temps réel de la fiabilité des mesures de paramètres de fonctionnement met en œuvre le traitement suivant : transformée discrète de Fourier des mesures dudit paramètre de fonctionnement considérées sur un intervalle de temps prédéterminé, calcul d’une énergie oscillante utile fonction de la transformée de Fourier dudit paramètre de fonctionnement, détermination de la fréquence d’échantillonnage en fonction de cette énergie oscillante ; - un indicateur estimé est un indicateur représentatif d’un niveau statique, l’estimation dudit indicateur étant fonction d’une mesure piézométrique dans l’installation géothermique ainsi que d’un niveau statique théorique préalablement déterminé ; - l’installation géothermique comprend au moins un puit d’injection et au moins un puit de production et dans lequel l’estimation de l’indicateur représentatif d’un niveau statique met en œuvre : une mesure piézométrique du niveau du puit d’injection et une mesure piézométrique du niveau du puit de production ; une comparaison entre les deux mesures, et dans lequel l’indicateur est un intervalle qui comprend l’intervalle entre la mesure piézométrique du puit d’injection et la mesure piézométrique du puit de production, si la différence entre les deux mesures est inférieure à un premier seuil prédéterminé ; - l’installation géothermique comprend au moins un puit d’injection et au moins un puit de production et un indicateur est un indicateur représentatif d’une transmissivité entre le puit de production et le puit d’injection et l’estimation de l’indicateur étant fonction d’un débit d’un fluide dans l’installation géothermique ainsi qu’une transmissivité théorique préalablement enregistrée ; - l’estimation de l’indicateur représentatif de la transmissivité comprend : une prévision d’une piézométrie du niveau du puit de production et/ou du puit d’injection en fonction du débit de fluide mesuré et de la transmissivité, une comparaison entre la piézométrie résultant de la prévision et une mesure piézométrique du puit d’injection ou une mesure piézométrique du puit de production, une minimisation d’une différence résultant de la comparaison ; - un indicateur est un indicateur représentatif d’un colmatage de l’installation géothermique et est estimé en fonction d’un volume de fluide écoulé dans l’installation géothermique ainsi qu’un débit de fluide théorique préalablement enregistrée ; - l’estimation de l’indicateur représentatif du colmatage comprend : une estimation d’un débit spécifique futur en fonction du volume de fluide écoulé et du débit de fluide théorique ainsi que des caractéristiques propres au fluide circulant dans l’installation géothermique, et un calcul d’un volume de fluide avant arrêt fonction du débit spécifique estimé ; - le paramètre de fonctionnement est compris dans les paramètres suivants : un débit de fluide caloporteur dans l’installation géothermique, une pression du fluide dans une canalisation de l’installation géothermique, un volume de fluide ayant circulé dans le système ; - l’indicateur est compris dans la liste suivante : un niveau statique du fluide dans le sous-sol, une transmissivité entre un puit de production et un puit d’injection, une conductivité thermique du sol effective ou apparente ou une capacité thermique du sol ; - les paramètres extrinsèques de l’installation géothermique analysés sont compris dans les paramètres suivants : une perméabilité du sol, une présence d’éléments biochimiques, des paramètres de fonctionnement d’installations géothermiques voisines, un environnement de l’installation géothermique, un colmatage d’une canalisation, une évolution météorologique, une consommation énergétique ou des pertes énergétique de la structure ; - l’installation géothermique est une installation géothermique sur nappe, ou de type ouvert, ou une installation géothermique sur sonde, ou de type fermé, ou une installation géothermique sur échangeurs compacts. Selon un autre aspect, il est proposé un ensemble comprenant une installation géothermique configurée pour répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment ou procédé industriel ou agricole et un système de gestion de l’installation géothermique, le système comprenant des moyens de mesures des paramètres de fonctionnement de l’installation géothermique et étant propre à mettre en œuvre le procédé précédemment décrit. DESCRIPTION DES FIGURE D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La FIG. 1 illustre un organigramme des étapes d’une mise en œuvre possible du présent exposé. DESCRIPTION DETAILLEE La géothermie est utilisée afin de permettre des échanges de chaleur entre un sous-sol et une structure comme un bâtiment, une chambre froide d’entrepôts de denrées alimentaires, un procédés industrielles (climatisation et contrôle de l’hygrométrie pour des centres de production), une serre de production agricole, un procédé industriel quelconque mais à basse température, un chauffage de piscine… Par la suite, on appellera bâtiment la structure en général nécessitant une installation géothermique. La géothermie peut être mise en œuvre par différentes installations géothermiques. L’installation géothermique permet le transport de la chaleur entre le sous-sol et le bâtiment. Une installation géothermique est donc tout simplement un dispositif reliant un bâtiment et le sous-sol. L’installation géothermique est donc connectée avec un réseau de chaleur du bâtiment d’une part et avec le sous-sol par l’intermédiaire d’un forage, ou puit, d’autre part. Les connexions de l’installation géothermique avec le bâtiment et le sous-sol sont respectivement configurés pour permettre un échange de chaleur, de l’un vers l’autre et réciproquement. Installation géothermique L’installation géothermique peut comprendre un circuit pour un fluide caloporteur et un échangeur connecté au circuit. Le circuit peut comprendre une canalisation et une pompe de circulation permettant de commander le débit du fluide dans la canalisation. L’échangeur est d’une part connecté au circuit pour échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur présent dans le circuit et communique thermiquement avec le bâtiment d’autre part. La canalisation de l’installation géothermique peut comprendre un réseau de canalisations d’injection/réinjection pour échanger de la chaleur avec le sous-sol, on parle alors d’installation géothermique sur nappe ou aquifère. La canalisation de l’installation géothermique peut comprendre un réseau de canalisations fermé pour échanger de la chaleur avec le sous-sol, on parle alors d’installation géothermique sur sonde ou champs de sondes. La canalisation de l’installation géothermique peut comprendre un réseau de canalisations en spirale pour échanger de la chaleur avec le sous-sol, on parle alors d’installation géothermique sur échangeurs compacts. Quelle que soit l’installation géothermique, la chaleur est échangée entre le sous-sol et le bâtiment, ou inversement, grâce à un fluide caloporteur circulant dans la canalisation du circuit de l’installation géothermique. Le fluide peut : faire partie de l’installation et circuler en boucle fermée dans la canalisation dans les installations géothermiques dites fermées, comme dans le cas d’installation géothermique sur sonde ou sur échangeurs compacts ; ou bien, être pompé pour passer dans le circuit depuis une nappe ou une aquifère dans les installations géothermiques dites ouvertes, comme dans le cas d’installation géothermique sur nappe. L’installation géothermique comprend des paramètres intrinsèques. Les paramètres intrinsèques sont les paramètres qui peuvent être sélectionnées par un installateur de l’installation géothermique pour paramétrer l’installation géothermique en tant que tel. Les paramètres intrinsèques sont par exemples un débit maximum de la pompe de circulation, un puissance maximum d’échange de l’échangeur, une longueur de canalisation… La chaleur que peut échanger l’installation géothermique avec le bâtiment afin de le réchauffer/refroidir dépend directement de plusieurs paramètres, dits paramètres de fonctionnement. Les paramètres de fonctionnement ne sont pas des paramètres intrinsèques à l’installation géothermique mais dépendent du fonctionnement de l’installation géothermique. Les paramètres de fonctionnement peuvent par exemple être : le débit en temps réel du fluide dans le circuit ou une piézométrie dans un puit, le puit étant réalisé pour connecter une canalisation du circuit à une nappe sous-terraine, dans le cas d’une installation géothermique de type ouvert, ou le débit, les températures d’entrée et de sortie et la variation de pression du fluide ayant circulé dans l’installation géothermique, dans le cas d’une installation géothermique de type fermé. Dans les installations géothermiques dites ouvertes, la température du fluide est celle du fluide de la nappe car le fluide est celui de la nappe. Dans les installations géothermiques dites fermées, la température du fluide est proche de celle du sous-sol car le circuit communique avec le sous-sol par un forage et échange de la chaleur par conduction. Les paramètres de fonctionnement d’une installation géothermique peuvent évoluer ou être modifiés au cours du temps du fait d’éléments extérieurs à l’installation géothermique, appelées paramètres extrinsèques. Les paramètres extrinsèques sont par exemple : des caractéristiques du sous-sol : en pratique de l’épaisseur de la nappe, de sa perméabilité horizontale et verticale, du coefficient d’emmagasinement, de l’hétérogénéité spatiale de ces valeurs, de la présence d’éponte (recharge via des nappes d’eau supérieur ou inférieur en contact hydraulique), de zone de recharge (rivière, canal, lac…) ou d’étanchéité (construction de fondations, tunnels…) ; des caractéristiques du puits : perte de charge quadratique au niveau des crépines, massifs filtrant, et le proche environnement du puits, l’effet de skin du puits, l’effet de volume du puits, important pour les larges diamètres …, colmatage ; des caractéristiques de la nappe d’eau : piézométrie, gradient d’écoulement, composition chimique, fraction solide contenue et biologique; des caractéristiques thermiques de la nappe : température, capacité calorifique, conductivité thermique ; des caractéristiques du profil de demande d’énergie de l’utilisation : demande en chaud et demande froid, et surtout la différence annuelle… L’installation géothermique comprend préférentiellement des moyens de détection, comme des capteurs, pour acquérir des mesures et des moyens d’enregistrement des mesures acquises. L’installation géothermique est préférentiellement contrôlée par le bâtiment auquel il est connecté. Le bâtiment comprend avantageusement un système de régulation de la température qui, en cas de détection de besoin de chaud ou de froid, va demander à un automate de régulation de l’installation géothermique de gérer un débit de la pompe de circulation et ainsi permettre un transfert d’énergie via l’échangeur avec une différence de température ∆T = T2-T1, T1 étant la température du fluide en entrée d’échangeur et T2 étant la température du fluide en sortie d’échangeur : Eq. 1 : P étant la puissance transmise par l’installation géothermique au bâtiment et Q le débit du fluide dans le circuit. Installation géothermique de type ouverte L’installation géothermique peut-être une installation géothermique ouvert ou sur nappe. L’installation géothermique ouverte se compose généralement de plusieurs forages, ayant au moins un puit de production et un puit d’injection afin de puiser le fluide caloporteur, autrement dit l’eau, à la température du sol, de lui prélever ou de lui communiquer de la chaleur, autrement dit une énergie thermique, et de la réintroduire dans le sous-sol ou l’environnement. Le puit de production permet d’alimenter l’installation géothermique en fluide et le puit d’injection permet d’évacuer le fluide de l’installation géothermique. L’eau du sous-sol est pompée par la pompe de circulation dans le puit de production et circule dans le circuit. Cette eau est acheminée vers l’échangeur. Avantageusement, l’installation géothermique comprend des filtres, pour enlever les éventuelles particules solides présentes dans le fluide et d’autres équipements comme une vessie, un débitmètre et différents capteurs de température et de pression, ces derniers étant installés pour surveiller les chutes de pressions des filtres notamment. En traversant un ou plusieurs échangeurs thermiques l’eau va échanger de la chaleur avec le bâtiment, soit directement via des émetteurs basses température comme des planchers chauffants ou rafraichissant ou des panneaux rayonnants, soit à travers une pompe à chaleur pour adapter la température à l’utilisation finale. L’eau est ensuite réinjectée dans le sous-sol via au moins un puits d’injection. L’installation géothermique peut comprendre des capteurs, comme des compteurs d’énergie et des compteurs de volume d’eau. Chaque puits est muni d’un piézomètre qui mesure le niveau d’eau dans le puits. On peut avoir éventuellement des mesures de piézométrie dans d’autres puits, à une distance raisonnable des forages permettant une mesure indirecte du niveau de la nappe. Le circuit de l’installation géothermique comprend avantageusement un ou plusieurs capteurs de température afin de mesurer la température du fluide et la température de la nappe, autrement dit du sous-sol. Avantageusement, le débit dans le circuit peut varier de 5 à 500 m3/h. La température du sous-sol est proche de la température atmosphérique moyenne du lieu, soit entre 12 et 16°C (zone urbaine) en France. Les forages présentent une profondeur avantageusement comprise entre 10 à 200 m, et préférentiellement de 50 m. La différence de température entre les puis de production et les puits d’injection est typiquement de 5°C (en positif ou négatif) mais peut varier avantageusement de 0 à 10°C. Chaque puits est constitué en général d’une partie haute (casing) étanche en tube plein en inox, acier ou plastique et une partie basse constituée d’une crépine (tube trouée permettant de laisser passer l’eau) placé au niveau de la nappe d’intérêt. Autour de la crépine, on place un massif filtrant qui est un cylindre de graviers ou de billes ou d’autres matériaux de petits diamètres permettant. Dans une installation géothermique, des capteurs peuvent permettre de suivre l’évolution du niveau statique. Ce suivi, explicité ci-après, est un indicateur important pour la gestion d’une installation géothermique. Il est également possible d’estimer la transmissivité entre les forages. La transmissivité est la facilité du sol à laisser passer le fluide. Si La transmissivité diminue, le fluide sera de plus en plus difficile à pomper. C’est l’inverse de la résistance de l’hydraulique du sol. Le suivi de la transmissivité est donc important afin de prévoir un éventuel disfonctionnement futur. La circulation du fluide de la nappe phréatique dans le circuit peut induire un colmatage du puit. Le colmatage est lié à l’encrassement du puits d’injection. Si le colmatage est trop important, l’installation géothermique devra être arrêtée. Il est ainsi nécessaire d’estimer et de prédire le temps restant avant colmatage. Procédé de gestion Le procédé de gestion de l’installation géothermique permet d’identifier en temps réel une ou plusieurs causes d’une évolution jugée inhabituelle, autrement dit une dérive, d’un indicateur. Une fois la cause d’une dérive identifié, le procédé est configuré gérer l’installation géothermique et éventuellement son environnement et ainsi éviter un disfonctionnement de l’installation géothermique. Le procédé de gestion comprend plusieurs étapes qui sont détaillées ci-après. Mesure d’un paramètre de fonctionnement Le procédé de gestion, tel qu’illustré par exemple par la FIG. 1 , comprend une mesure (étape E1), ou acquisition, en temps réel d’une évolution des paramètres de fonctionnement. La mesure est réalisée indépendamment pour chaque paramètre de fonctionnement. La mesure est faite suivant une fréquence d’échantillonnage. Des capteurs adaptés à de telles acquisitions sont implémentés dans l’installation géothermique à cet effet. Avantageusement, le procédé de gestion met également en œuvre une analyse de la fréquence d’échantillonnage de chaque paramètre de fonctionnement, autrement dit de la qualité d’échantillonnage de chaque paramètre de fonctionnement mesuré. En effet, l’analyse permet de modifier la fréquence d’échantillonnage de chaque paramètre de fonctionnement en fonction d’un critère de fiabilité. L’analyse de la fréquence d’échantillonnage est explicitée ci-après. Selon les besoins de l’utilisation, les variations des consignes dans l’installation géothermique peuvent être plus ou moins rapide, avec des temps caractéristiques parfois très court (inférieur à la minute) dans le cas de régulation TOR (tout ou rien) ou plus lente (variation en quelques heures) si la régulation est proportionnelle ou adaptative. Ainsi la fréquence d’échantillonnage peut ou non être adaptée à une gestion qualitative et conduire à des interprétations difficiles voire erronée des paramètres de fonctionnement mesurés. Il est alors important de détecter si la fréquence d’échantillonnage permet une interprétation correcte des données dans un intervalle de temps données. La méthode se fait par l’utilisation des Transformés de Fourier Discrète (TFD) et à la mise en place d’un indicateur d’énergie oscillante utile. Après le choix d’un intervalle de temps à analyser, on récupère le signal x(t) à analyser sur une durée NT e . La TFD X(n) du signal est alors réalisée : Eq. 2 : Seule la première partie des coefficients (k=0 à N/2) est utile à cause du repliement de fréquence. Chaque coefficient e(k) = |X(k)| 2 s’interprète comme l’énergie du signal x à la fréquence f(k) = k /( NT e ). Ainsi, e(0) correspond à la moyenne du signal, e(1) correspond à la fréquence fondamentale liée à la durée de l’intervalle, qui n’a pas d’utilité ici, e(2) à e(N/2) correspondent à l’énergie oscillante totale enlevé de l’artéfact de la fondamentale. Les fréquences vraiment utiles et interprétables sont généralement les fréquences inférieures à 10 fois la fréquence d’échantillonnage, soit typiquement f(k) e /10 (équivalent à k Ainsi l’énergie oscillante utile (EOU) est égale à : Eq. 3 : La valeur EOU correspond à un critère fiable mesurant la part du signal utile et correctement échantillonné : plus ce paramètre est élevé, plus le signal est bien échantillonné et facile à interpréter. Autrement dit, si la valeur EOU est supérieur à un seuil prédéterminé, la fréquence d’échantillonnage des valeurs du paramètre de fonctionnement considéré est jugée comme acceptable. La détermination du seuil pour l’EOU peut se réaliser de la manière suivante : pour un intervalle de temps donnée ou taille de la fenêtre temporelle, on détermine pour toute les fenêtres la valeur de EOU, à partir d’une fonction de répartition des valeurs de EOU, on peut identifier les fenêtres dont le EOU fait partie des 50% des valeurs les plus élevés. On prendra comme seuil typiquement des valeurs comprises entre 20% et 80%. (la fonction de répartition est une fonction qui donne en fonction d’une valeur de EOU, le pourcentage de valeur inférieure à l’EOU). D’autres méthodes peuvent être utilisés selon la densité de probabilité des valeurs de EOU : si la densité de probabilité des EOU est proche d’une gaussienne (1 pic), alors la méthode décrite précédemment certainement la plus adaptée ; si la densité de probabilité des EOU est binomiale (2 pics), alors un seuillage bayésien est adapté Par ailleurs, on enlèvera préalablement les valeurs de l’EOU inférieures à un seuil de significativité prédéterminé, lié à l’équipement de mesure utilisé. Si l’appareil de mesure a une précision de mesure caractérisée par un écart type de mesure , le seuil sera de avec m compris entre 1 et 10, typiquement 5. D’autres méthodes peuvent également être utilisées comme la transformé de Fourier à fenêtre ou un seuillage sur l’amplitude (différence entre la valeur max et min) déterminé sur une fenêtre temporelle. L’estimation de la qualité de l’échantillonnage permet ainsi d’améliorer l’analyse des dérives grâce à une acquisition correcte de l’évolution des paramètres de fonctionnement. Estimation d’un indicateur Le procédé de gestion comprend ensuite une étape d’estimation (E2) d’un ou plusieurs indicateurs. Chaque indicateur est représentatif d’une évolution, en temps réel, d’un des paramètres extrinsèques de l’installation géothermique. L’estimation est réalisée en temps réel. L’estimation peut être fonction d’un ou plusieurs paramètres de fonctionnement ainsi que des paramètres extrinsèques de l’installation géothermique. Il est par exemple possible d’estimer un niveau statique d’une nappe phréatique à laquelle l’installation géothermique est relié en prenant en compte une piézométrie dans les puits de l’installation et un niveau statique théorique, comme explicité ci-après. Une autre possibilité est par exemple d’estimer une transmissivité entre les puits de l’installation géothermique en prenant en compte un débit dans le circuit de l’installation et une transmissivité théorique, comme également explicité ci-après. Une autre possibilité est par exemple d’estimer un indicateur représentatif d’un colmatage de l’installation géothermique en prenant en compte un volume de fluide écoulé dans l’installation géothermique ainsi qu’un débit de fluide théorique préalablement enregistrée etc… Estimation du niveau statique Dans le cas d’une installation géothermique ouverte (ou sur nappes) l’indicateur correspondant au niveau statique de la nappe phréatique est estimé afin de permettre une gestion de l’installation géothermique, de détecter une anomalie et d’identifier une ou plusieurs causes externes de l’anomalie détectée. Le niveau statique est donc un paramètre extrinsèque à l’installation géothermique dont l’indicateur peut être estimé en fonction d’un ou plusieurs des paramètres de fonctionnement de l’installation géothermique. Afin d’estimer en temps réel l’indicateur du niveau statique il est possible de prendre en compte, comme paramètres de fonctionnement, une piézométrie dans le circuit de l’installation géothermique de type ouverte ainsi que le niveau statique théorique préalablement enregistrée, comme paramètre extrinsèque. Le niveau d’eau, ou piézométrie, dans un puits varie en fonction de nombreux phénomènes avec des constantes de temps variable selon les cas, typiquement : Le pompage ou l’injection d’eau fait respectivement descendre et monter le niveau d’eau : la constante de temps est liée aux appels de débit du système de géothermie Les variations naturelles de la nappe : elles sont essentiellement cycliques de période annuelle Les variations anthropiques de la nappe lié à des pompages externes à l’installation géothermique : les constantes de temps sont ici très variables mais comprises a priori entre les variations des pompages et les variations naturelles. L’évolution de la piézométrie influence le niveau statique de la nappe phréatique. Afin de mettre en œuvre la prédiction de l’évolution du niveau d’eau une solution peut être de : Déterminer une fenêtre temporelle, typiquement entre 1 et 30 jours. Enregistrer, dans la fenêtre temporelle, des valeurs de piézométrie quand le débit de pompage ou d’injection est nulle ou inférieur au bruit de mesure ( Déterminer un niveau de piézométrie minimum (pour le puits d’injection) et/ou un niveau de piézométrie maximum (pour le puits de pompage) : ces valeurs seront des valeurs candidates du niveau statique NS i et NS p qui vont être sélectionné à l’étape suivante; Calcul de la valeur de l’indicateur. L’indicateur est une valeur, mais peut éventuellement être un intervalle de valeur. Cette valeur est l’estimation du niveau statique de la nappe pour le puits d’injection NS i ou de production NS p ; et Comparaison en temps réel entre ces valeurs NS i et NS p de niveaux statiques : Si , l’estimation est réputée fiable, Si , trois cas peuvent se présenter : Les deux estimations sont fausses : et avec z > 0 le plus petit temps tel que et existent, C’est l’estimation au puits d’injection qui est fausse et celle du puits de production qui est bonne : on le détectera si avec z > 0 le plus petit temps tel que et existent, C’est l’estimation au puits de production qui est fausse et celle du puits d’injection qui est bonne : on le détectera si avec z > 0 le plus petit temps tel que et existent. Les seuils S1 et S2 s’interprètent comme suit : S1 est l’erreur statique de mesure admissible entre les deux puits, qui peut être associé à une erreur de détermination du zéro d’altitude, un écoulement sous-terrain… ; on peut le déterminer de la manière suivante : Méthode 1 : avec m la valeur absolue de la moyenne temporelle de et l’écartype temporelle de . est choisi entre 0 et 10, typiquement 2. S2 est la variation maximale en mètre par unité de temps du niveau statique au-delà de laquelle il ne peut s’agir d’une cause réelle mais d’une erreur de mesure: on pourra choisir un seuil à 1m/j par exemple, mais les valeurs de 0.1 et 10 m/j peuvent être pertinente. La prise en compte d’un impact d’un paramètre externe sur la piézométrie permet d’obtenir une prédiction de l’évolution du niveau statique pour le paramètre externe considéré… Estimation des transmissivités des puits producteurs et injecteurs et La transmissivité est la facilité du sol à laisser passer l’eau : si la transmissivité diminue, le pompage est moins efficace et l’efficacité de l’installation géothermique est réduite. La transmissivité est donc l’inverse de la résistance de l’hydraulique du sol. La transmissivité est donc un paramètre extrinsèque à l’installation géothermique dont l’indicateur peut être estimé en fonction d’un ou plusieurs des paramètres de fonctionnement de l’installation géothermique. L’estimation de l’indicateur de la transmissivité permet d’améliorer la gestion de l’installation géothermique. Afin d’estimer en temps réel l’indicateur de la transmissivité réelle il est possible de prendre en compte, comme paramètres de fonctionnement, le débit de fluide dans le circuit de l’installation géothermique de type ouverte ainsi que la transmissivité théorique préalablement enregistrée. Variables description Piézomètre n°i, valeur rélle Piézomètre n°i, valeur mesurée par le capteur Piézomètre n°i, valeur enregistrée dans la mémoire Témpérature n°i, valeur rélle Température n°i, valeur enregistrée dans la mémoire Débit n°i, valeur rélle Débit n°i, valeur mesurée par le capteur Pour le puits de pompage : Eq. 4 : Eq. 5 : Pour le puits d’injection : Eq. 6 : Eq. 7 : Avec : l’effet de peau et le colmatage linéaire, , le coefficient de perte de charge quadratique lié aussi au colmatage, la transmissivité de la nappe proche du puits n°i, S le coefficient d’emmagasinement, t le temps, la distance tel que si , il s’agit du rayon du puits n°i, si , la distance entre les puits i et j, et W, une fonction typique de la structure de la nappe. La fonction W(u) se calcule classiquement selon les hypothèses de Theis, Jacobs ou Hantush par exemple, selon que l’on a un milieu homogène et isotrope, un milieu homogène et isotrope pour des temps longs, et un milieu homogène et isotrope avec une éponte. D’autres modèles existent simulant la présence d’une recharge ou d’une paroi étanche, si la nappe est captive ou libre, etc. Le procédé peut éventuellement comprendre une étape de filtrage numérique au moyen d’un filtre F passe bas du premier ordre, ou plusieurs pour améliorer la robustesse du procédé. En résumé, l’estimation de l’indicateur représentatif de la transmissivités de puits producteurs et injecteurs comprend : la prévision d’une piézométrie d’un puits de l’installation géothermique en fonction du débit de fluide mesuré et de la transmissivités, une comparaison entre la piézométrie estimé et une mesure piézométrique d’un puit d’injection ou une mesure piézométrique d’un puit de production, une minimisation d’une différence résultant de la comparaison, la différence mettant en œuvre une modification des paramètres d’un modèle pour la prévision. Ceci permet d’estimer en temps réel l’indicateur de la transmissivité de l’installation géothermique. Estimation du temps restant avant colmatage du circuit Le colmatage du circuit est dû à la présence de particules dans l’eau réinjecté. De ce fait, une couche de matériaux (gâteau ou cake) va se former sur la crépine, augmentant ainsi la résistance hydraulique de l’ouvrage. Le colmatage (ou « fouling » ou « clogging » selon la terminologie anglo-saxonne) se décompose en colmatage réversible (le « gateau une fois enlevé permet de retrouver la résistance initiale) ou irréversible (même après un lavage et un traitement, une résistance supplémentaire persiste). Afin d’estimer en temps réel l’indicateur de colmatage du circuit il est possible de prendre en compte … (paramètre de fonctionnement) de l’installation géothermique ainsi que … (paramètre extrinsèque comme la pureté de la nappe…) . Soit K g la perméabilité du gâteau, S la surface de la crépine, la concentration massique de particules comatantes dans l’eau, d g leur densité massique sous forme de gâteau et Q sp (0) le débit spécifique initiale. De plus : Eq. 8 : est le volume total écoulé dans le puits. Finalement, on a : Eq. 9 : Avec . Par définition, . On peut facilement fixer un seuil maximum à (ou minimum à ), au-delà duquel l’installation doit être arrêté. En effet, on connait par les dimensions du puits, la baisse de piézométrique maximale possible pour ne pas dénoyer la nappe, ou inonder les parties hautes des installations (parking, jardin, sous-sol…). Soit cette valeur égale au débit nécessaire divisé par la variation de piézométrie maximal dans le puits. Nous avons donc une relation linéaire entre le volume injecté dans le puits, et l’inverse du débit spécifique, qui est homogène à une résistance. Ainsi en mesurant régulièrement par les méthodes vues précédemment, on peut prévoir par interpolation linéaire le volume qui amènera un défaut de l’installation ; connaissant les consommations d’eau de l’installation, on pourra en déduire une date prévisionnelle d’arrêt subi de l’installation. Cette méthode permettra aussi d’estimer l’efficacité des décolmatages car un décolmatage va faire baisser la valeur de en enlevant le gâteau de filtration. En résumé, l’estimation de l’indicateur représentatif du colmatage comprend : une estimation d’un débit spécifique futur en fonction du volume de fluide écoulé et du débit de fluide théorique ainsi que des caractéristiques propres au fluide circulant dans l’installation géothermique, et un calcul d’un volume de fluide avant arrêt fonction du débit spécifique estimé. Il est possible de simplifier le modèle de connaissance à un seul paramètre. Pour cela on suppose que les transmissivités sont identiques sur chaque puits ( ) et en posant le rayon des puits et la distance entre puits, on arrive aux simplifications suivantes : Pour le puits de pompage on a: Eq. 10 : Avec : . Dans le cas des temps longs l’approximation de Jacobs est valide ( ) pour des nappes captives, homogènes et isotropes et avec un puits parfait. On a de plus, S le coefficient d’emmagasinement, r le rayon du puits et T la transmissivité. On néglige aussi les pertes de charges quadratiques (c=0). Et pour le puits d’injection : Eq. 11 : Avec : Ainsi le modèle de connaissance se réduit à un paramètre pour chaque puits ; s’interprète comme le débit spécifique de l’installation. Si on connait la transmissivité initiale de la nappe, que l’on peut aussi estimer avec la valeur minimale en valeur absolu de avec la relation suivante : Eq. 12 : Nous sommes en mesure d’estimer le colmatage linéaire de chaque puits : Eq. 13 : Eq. 14 : a pour unité [s/m 2 ] et est homogène à une résistance hydraulique. Cela caractérise la résistivité liée au colmatage. On peut construire un indicateur de colmatage qui vaut 0 quand le colmatage est négligeable et 1 quand la totalité de la résistance hydraulique apparente est dans associé au colmatage : Eq. 15 : On peut aussi définir un indice de colmatage qui représente le ratio logarithmique entre la résistance apparente du puits et la résistance initiale : Eq. 16 : Il est égal à 0 quand il n’y a pas de colmatage, 1 quand la résistance apparente est 10 fois plus forte que la résistance initiale, 2 pour 100 plus. Détermination de conditions limites Le procédé de gestion comprend en outre une détermination (E3) de conditions limites. En effet, pour chaque indicateur estimé il est nécessaire de pouvoir savoir si la valeurs de l’indicateur et leur évolution est la conséquence d’une utilisation normale et usuelle de l’installation géothermique ou bien si le fonctionnement de l’installation géothermique dysfonctionne ou bien si des causes extérieures, extrinsèques à l’installation sont présentes. Pour déterminer des conditions limites, autrement dit des seuils ou valeurs d’alerte, il est nécessaire de prendre en compte le paramètre extrinsèque lié à l’indicateur considéré ainsi que des prévisions réalisées préalablement et liée à des hypothèses de fonctionnement usuel. Par exemple pour la détermination de conditions limites de l’indicateur lié au niveau statique il est possible de rechercher dans les chroniques piézométriques de la nappe, ou dans les travaux de simulation Explore2070, la variation typique naturel de la nappe, typiquement entre 1 et 10 m selon les cas. Il est possible de calculer, pour chaque période avec la variation de piézométrie typiquement d’une semaine à l’autre, ou d’un mois à l’autre et on le comparera à ce seuil. On note, par exemple, b le battement naturel de la nappe sur un an. On construit l’indicateur suivant : Eq. 17 : Avec Δns la variation du niveau statique dans l’intervalle de temps Δt en jours. Si cet indicateur est inférieur à 1, la variation de nappe est naturelle, si elle est supérieure à 1, et surtout dans les cas ou elle est très supérieure à 1, on peut supposer une action anthropique de la variation de piézométrie de la nappe. Pilotage de l’installation Comme évoqué précédemment, le procédé de gestion comprend ensuite une étape de mise en évidence d’une éventuelle anomalie de fonctionnement de l’installation. La mise en évidence est obtenue par une comparaison de l’estimation de l’indicateur considéré à une pluralité de conditions limites. Les conditions limites étant fonction de différentes hypothèses. Les hypothèses se rapportent à un ou plusieurs paramètres extrinsèques à l’installation géothermique. Comme évoqué précédemment, le procédé de gestion comprend ensuite une étape de sélection, en fonction du résultat de la comparaison, d’une ou plusieurs des hypothèses, afin de caractériser la cause externe à l’origine de l’anomalie. La sélection est réalisée à partir des mesures d’un ou plusieurs indicateurs et des conditions limites déterminées pour chaque indicateur considéré. L’hypothèse sélectionnée est la cause de l’anomalie mise en évidence. La mise en évidence d’anomalie permet donc de sélectionner (étape E5) la (ou les) cause(s) de l’anomalie. La cause déterminée est associée à l’un des paramètres extrinsèques ou à un dysfonctionnement de l’installation : cause associé à un paramètre extrinsèque : modification anthropique ou naturelle de la nappe, modification des caractéristiques hydrogéologiques du sous-sol liée à des constructions humaines nouvelles, augmentation de la température de la nappe par effet anthropique ou naturel… dysfonctionnement de l’installation : colmatage, déséquilibre dans les demandes de chaud et de froid… Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape de mise en œuvre d’une action de correction (E6) de l’installation géothermique. L’étape de gestion permet d’éviter tout disfonctionnement de l’installation. La gestion influe sur les paramètres de fonctionnement et/ou sur les causes externes identifiées afin de résoudre l’anomalie détectée dans l’évolution d’un des indicateurs liés à un paramètre extrinsèque. Ainsi le procédé permet de remédier aux anomalies de fonctionnement qui sont liées aux paramètres de fonctionnement de l’installation ainsi qu’aux causes externes modifiant les paramètres extrinsèques. Procédé de gestion d’une installation géothermique, l’installation géothermique étant configurée pour répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment ou procédé industriel ou agricole, le procédé comprenant : une mesure (E1), à une certaine fréquence d’échantillonnage, de paramètres de fonctionnement hydrauliques, thermiques et/ou chimiques de l’installation, par au moins un dispositif de mesure ; une estimation (E2) datée d’un indicateur en fonction d’au moins un paramètre de fonctionnement mesuré ; et une mise en évidence d’une éventuelle anomalie de fonctionnement de l’installation par une comparaison (E4) de l’estimation de l’indicateur à une pluralité de conditions limites, lesdites conditions limites étant fonction de différentes hypothèses se rapportant à des paramètres extrinsèques à l’installation géothermique, et une sélection (E5), en fonction du résultat de cette comparaison, d’au moins l’une de ces hypothèses, afin de caractériser la cause externe à l’origine de l’anomalie. Procédé selon la revendication 1, comprenant une mise en œuvre d’une action de correction (E6) sur l’installation en fonction de l’anomalie de fonctionnement détectée et de l’hypothèse sélectionnée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel on teste (E11) en temps réel la fiabilité des mesures des paramètres de fonctionnement et on adapte la fréquence d’échantillonnage de ces mesures en fonction des résultats de test. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le test en temps réel de la fiabilité des mesures de paramètres de fonctionnement met en œuvre le traitement suivant : transformée discrète de Fourier des mesures dudit paramètre de fonctionnement considérées sur un intervalle de temps prédéterminé, calcul d’une énergie oscillante utile fonction de la transformée de Fourier dudit paramètre de fonctionnement, détermination de la fréquence d’échantillonnage en fonction de cette énergie oscillante. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un indicateur estimé est un indicateur représentatif d’un niveau statique du fluide dans le sous-sol, l’estimation dudit indicateur étant fonction d’une mesure piézométrique dans l’installation géothermique ainsi que d’un niveau statique théorique préalablement déterminé. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’installation géothermique comprend au moins un puit d’injection et au moins un puit de production et dans lequel l’estimation (E2) de l’indicateur représentatif d’un niveau statique met en œuvre : une mesure piézométrique du niveau du puit d’injection et une mesure piézométrique du niveau du puit de production ; une comparaison entre les deux mesures, et dans lequel l’indicateur est un intervalle qui comprend l’intervalle entre la mesure piézométrique du puit d’injection et la mesure piézométrique du puit de production, si la différence entre les deux mesures est inférieure à un premier seuil prédéterminé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’installation géothermique comprend au moins un puit d’injection et au moins un puit de production et un indicateur estimé est un indicateur représentatif d’une transmissivité entre le puit de production et le puit d’injection et l’estimation de l’indicateur étant fonction d’un débit d’un fluide dans l’installation géothermique ainsi qu’une transmissivité théorique préalablement enregistrée. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’estimation (E2) de l’indicateur représentatif de la transmissivité comprend : une prévision d’une piézométrie du niveau du puit de production et/ou du puit d’injection en fonction du débit de fluide mesuré et de la transmissivité, une comparaison entre la piézométrie résultant de la prévision et une mesure piézométrique du puit d’injection ou une mesure piézométrique du puit de production, une minimisation d’une différence résultant de la comparaison. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un indicateur estimé est un indicateur représentatif d’un colmatage de l’installation géothermique et est estimé en fonction d’un volume de fluide écoulé dans l’installation géothermique ainsi qu’un débit de fluide théorique préalablement enregistrée. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’estimation (E2) de l’indicateur représentatif du colmatage comprend : une estimation d’un débit spécifique futur en fonction du volume de fluide écoulé et du débit de fluide théorique ainsi que des caractéristiques propres au fluide circulant dans l’installation géothermique, et un calcul d’un volume de fluide avant arrêt fonction du débit spécifique estimé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le paramètre de fonctionnement est compris dans les paramètres suivants : un débit de fluide caloporteur dans l’installation géothermique, une pression du fluide dans une canalisation de l’installation géothermique, un volume de fluide ayant circulé dans l’installation géothermique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’indicateur estimé est compris dans la liste suivante : un niveau statique du fluide dans le sous-sol, une transmissivité entre un puit de production et un puit d’injection, une conductivité thermique du sol effective ou apparente ou une capacité thermique du sol. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les paramètres extrinsèques de l’installation géothermique analysés sont compris dans les paramètres suivants : une perméabilité du sol, une présence d’éléments biochimiques, des paramètres de fonctionnement d’installations géothermiques voisines, un environnement de l’installation géothermique, un colmatage d’une canalisation, une évolution météorologique, une consommation énergétique ou des pertes énergétique de la structure. Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel l’installation géothermique est une installation géothermique sur nappe. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5 et 9 à 11, dans lequel l’installation géothermique est une installation de type ouvert, ou une installation géothermique sur sonde, ou de type fermé, ou une installation géothermique sur échangeurs compacts. Ensemble comprenant une installation géothermique configurée pour répondre aux demandes de calories ou frigories d’au moins un bâtiment ou procédé industriel ou agricole et un système de gestion de l’installation géothermique, le système comprenant des moyens de mesures des paramètres de fonctionnement de l’installation géothermique et étant propre à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15.