Pieux échangeurs: conception et règles de pré—dimensionnement

ABSTRACT

Heat exchanger piles are foundation piles which can be used to transfer heat with the surrounding ground for heating and/or cooling purpose. The design of heat exchanger pile systems is described in detail and the problematic related to the thermal and mechanical effects is exposed. A numerical simulation model, developed and validated against measurements of existing installations, is presented. A methodology is established for the determination of the numerous parameters which are required for the simulation of such systems. Based on the analysis of a typical system, a set of recommendations and rules for the sizing of a pre-project are deduced. The influence of thermal solicitations on the mechanical behaviour of the piles are discussed. This study deals only with installations built in water saturated ground layers. A technical feasibility study of a heat exchanger pile system is presented. It highlights the difficulty in establishing a set of rules for the design of the thermal installation which is valid for any case. It confirms the necessity of being able to use a numerical simulation tool for such systems. The influence of the thermal solicitations on the static of the pile is also estimated and shows that in the particular case, the carrying ability of the ground is only slightly diminished.

RÉSUMÉ

Des pieux échangeurs sont des pieux de fondation transformés en échangeurs de chaleur pour servir à des fins de chauffage et/ou de refroidissement. La conception de systèmes avec pieux échangeurs est décrite en détail et la problématique liée aux effets thermiques et mécaniques est exposée. Un modèle de simulation numérique, développé et validé sur la base de mesures d'installations existantes, est présenlè. Une méthodologie est établie pour la détermination des nombreux paramètres qui interviennent dans la simulation de telles installations. Sur la base de l'analyse d'un systéme type, un ensemble de recommandations sont déduites, de même que des règles pour pré-dimensionner un avant-projet. Les influences des sollicitations thermiques sur le comportement mécanique des pieux sont discutées. Cette étude ne concerne que des installations dans des couches géologiques saturées. Une étude de faisabilité technique d'une installation avec pieux échangeurs est présentée à titre d'exemple. Elle montre la difficulté d'établir un ensemble de règles valables en toute généralité pour un dimensionnement des installations thermiques, et confirme la nécessité de pouvoir disposer d'un outil de simulation numérique de ce genre de système. L'influence des sollicitations thermiques sur la statique du pieu est également estimée et montre que dans ce cas précis, la portance du sol n'est que faiblement diminuée.

KEYWORDS:

• heat exchanger pile
• thermo-mechanical behaviour
• design method
• deep foundation
• foundation pile

MOTS-CLÉS:

• pieu échangeur
• comportement thermo-mécanique
• méthode de dimensionnement
• fondations profondes