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Utilisation des geostructures energetiques pour la regulation thermique et l'optimisation energetique des infrastructures routieres et ouvrages d'art

La regulation thermique des infrastructures routieres est une solution technologique visant a regler les problemes de formation de verglas et d'accumulation de neige en des points strategiques du reseau routier (fort trafic, dangerosite). Cette solution, qui presente comme principaux avantages un fonctionnement en continu et l'elimination locale de l'usage de sels de deneigement, est pourtant tres peu repandue dans le monde en raison d'un cout eleve. Seul le Japon l'utilise a une echelle industrielle, et a donc explore diverses methodes et sources d'energie permettant la regulation thermique. La solution la plus satisfaisante d'un point de vue environnemental est la geothermie faible profondeur, qui demande peu d'electricite et ne modifie que les temperatures du sous-sol. Le cout eleve de cette solution etant constitue en grande partie des couts de construction initiaux, une solution est exploree pour reduire ceux-ci. L'usage de geostructures energetiques permet une forte reduction des couts initiaux lies a la partie echange de chaleur en comparaison avec des sondes geothermiques. La presente etude a pour but d'evaluer la faisabilite, la conception et les principes de dimensionnement des geostructures energetiques lorsqu'elles sont associees a des infrastructures routieres. Pour cela, on aborde dans une premiere -partie une revue internationale des infrastructures routieres regulees thermiquement selon un principe proche: routes ou ponts, avec differentes sources de chaleur. Ces projets etant presque tous des projets pilotes, on recense les informations techniques et financieres publiees. Un ouvrage similaire a l'objectif de l'etude est identifie au Japon. Son fonctionnement est fonde sur le stockage saisonnier de chaleur par un groupe de pieux tres rapproches, alors que tous les autres projets recenses utilisent la recharge thermique naturelle du sous-sol (par conduction ou convection). On constate que si le fonctionnement et le dimensionnement thermique du systeme semblent bien connus, aucune etude ne porte sur les effets thermomecaniques induits sur le pont par les variations de temperature au niveau des pieux de fondation. Il en ressort que ce dernier point est l'objectif de la suite du rapport. On envisage donc dans un premier temps d'evaluer les effets consecutifs a l'utilisation d'un pieu de fondation comme echangeur de chaleur. Les deux situations (recharge par le sous-sol ou recharge par captage d'energie solaire) sont envisagees car elles modifient largement l'evolution temporelle des temperatures et donc la reponse mecanique du pieu. Un pieu isole est simule par un modele elements finis thermo-hydro-mecanique couple. On simule un milieu sans ou avec ecoulement souterrain naturel. On observe que la gamme de deplacements est acceptable pour un pont dans une grande majorite des situations. L'efficacite energetique est par contre dependante des conditions locales. Dans la troisieme partie, on s'interesse a un cas plus proche de la realite en etudiant une variante de construction d'un ouvrage recemment realise et selectionne pour son implantation dans une zone favorable du point de vue hydro-geologique. On montre que des donnees meteorologiques standard suffisent a etablir les besoins en chaleur du tablier. Une etude de l'hydrogeologie locale permet d'evaluer les caracteristiques du milieu ainsi que la nature de l'ecoulement naturel. On realise enfin une simulation elements finis de la fondation d'une des piles, comprenant plusieurs pieux. Les resultats tant au niveau energetique que mecanique sont relativement differents de ceux observes sur un pieu isole, avec un risque accru de mise en tension de la partie basse des pieux. Mais les deplacements de la fondation induits par l'echange de chaleur sont toujours limites. Cette etude recense l'ensemble des technologies et de leurs evolutions recentes liees a la regulation thermique des ponts. Le point le moins etudie, le comportement thermomecanique des geostructures energetiques est mis en avant, et etudie dans le contexte specifique des ponts. Les resultats sont positifs, avec de faibles deplacements et une efficacite du systeme permettant de ne pas surdimensionner la longueur totale de pieux pour l'echange de chaleur. Celui-ci permet a environ 1 m de pieu de reguler 1 m² de tablier. Titre en anglais : Use of energy geostructures for thermal regulation and energy optimisation of road network and structures

  • Corporate Authors:

    BUNDESAMT FUER STRASSENBAU (ASTRA) / OFFICE FEDERAL DES ROUTES (OFROU)

    MUEHLESTRASSE 2, ITTIGEN
    BERN,   Switzerland  CH-3003
  • Authors:
    • DUPRAY, F
    • LI, C
    • BAEHLER, M
    • SCHURMANN, C
    • LALOUI, L
  • Publication Date: 2014-5

Language

  • French

Media Info

  • Pagination: 78S
  • Serial:
    • Issue Number: 1468

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01535250
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Aug 27 2014 10:31AM