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Livre

Géostructures énergétiques

Résumé

Après une étude de modélisation physique des pieux échangeurs, cet ouvrage aborde les aspects géotechniques et les stratégies adoptées par les ingénieurs pour appréhender cette technologie qui peut être utilisée à la fois pour chauffer et refroidir les bâtiments et les infrastructures.


  • Autre(s) auteur(s)
  • Éditeur(s)
  • Date
    • DL 2014
  • Notes
    • Index
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (340 p.) : ill. ; 24 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-7462-4577-8
  • Indice
  • Quatrième de couverture
    • Le développement des géostructures énergétiques connait, depuis une dizaine d'années, une croissance exceptionnelle dans le monde entier. Cette nouvelle technologie représente une source d'énergie propre et renouvelable qui peut être utilisée à la fois pour chauffer et refroidir les bâtiments et les infrastructures. En se basant sur le principe de la géothermie de surface, elle couple le rôle structurel primordial des géostructures avec les besoins en énergie.

      Cet ouvrage dresse un panorama des technologies en matière de géostructures énergétiques. Il étudie tout d'abord le comportement des pieux échangeurs à travers la modélisation physique à différentes échelles, puis traite de la modélisation numérique de différents types de géostructures énergétiques. Enfin, il considère les aspects liés à l'implémentation de cette nouvelle technologie dans le processus de conception. Ce livre rassemble les connaissances actuelles, en considérant à la fois les aspects énergétiques, les défis géotechniques, les méthodes de dimensionnement et les stratégies adoptées par les ingénieurs pour appréhender ces innovations technologiques.


  • Tables des matières
      • Géostructures énergétiques

      • Lyesse Laloui

      • Alice Di Donna

      • hermes science

      • Lavoisier

      • Préface15
      • Lyesse Laloui et Alice Di Donna
      • Première partie. Modélisation physique de pieux énergétiques à différentes échelles17
      • Chapitre 1. Réponse des sols aux conditions thermomécaniques imposées par les géostructures énergétiques19
      • Alice Di Donna et Lyesse Laloui
      • 1.1. Introduction20
      • 1.2. Comportement thermomécanique des sols21
      • 1.2.1. Comportement thermomécanique des argiles22
      • 1.3. Modélisation constitutive du comportement thermomécanique des sols29
      • 1.3.1. Le modèle ACMEG-T29
      • 1.3.1.1. Analyses numériques avec le modèle ACMEG-T34
      • 1.4. Remerciements37
      • 1.5. Bibliographie37
      • Chapitre 2. Tests in situ grandeur nature de pieux énergétiques41
      • Lyesse Laloui et Thomas Mimouni
      • 2.1. Observation de la réponse thermomécanique des pieux énergétiques41
      • 2.1.1. Mesures de déformation et de température41
      • 2.1.2. Mesure de la compression en base de pieu45
      • 2.1.3. Observation du comportement du sol46
      • 2.2. Description des deux sites expérimentaux du campus de l'EPFL47
      • 2.2.1. Pieu test isolé47
      • 2.2.2. Groupe de pieux expérimental49
      • 2.2.3. Protocole de test51
      • 2.2.3.1. Chargement mécanique51
      • 2.2.3.2. Chargement thermique53
      • 2.3. Réponse thermomécanique des pieux énergétiques55
      • 2.3.1. Méthode générale55
      • 2.3.2. Réponse thermomécanique du pieu isolé56
      • 2.3.3. Réponse thermomécanique d'un groupe de pieux énergétiques57
      • 2.4. Conclusion59
      • 2.5. Bibliographie60
      • Chapitre 3. Performances observées des géostructures énergétiques63
      • Peter Bourne-Webb
      • 3.1. Présentation des sources d'observations63
      • 3.2. Stockage et captage thermique65
      • 3.2.1. Présentation d'ensemble65
      • 3.2.2. Taux d'injection/extraction d'énergie66
      • 3.2.2.1. Pieux énergétiques66
      • 3.2.2.2. Autres géostructures énergétiques70
      • 3.2.3. Champs thermiques71
      • 3.2.3.1. Températures internes des pieux72
      • 3.2.3.2. Températures du sol autour des pieux isolés73
      • 3.2.3.3. Températures du sol autour de groupes de pieux76
      • 3.2.3.4. Autres géostructures énergétiques77
      • 3.3. Effets thermomécaniques78
      • 3.3.1. Présentation d'ensemble78
      • 3.3.2. Effets structurels78
      • 3.3.3. Interactions sol-structure83
      • 3.4. Conclusion85
      • 3.5. Remerciements87
      • 3.6. Annexe87
      • 3.7. Bibliographie96
      • Chapitre 4. Etude du comportement des pieux échangeurs de chaleur par modélisation physique99
      • Ghazi Hassen, Jean-Michel Pereira, Anh Minh Tang et Neda Yavari
      • 4.1. Introduction99
      • 4.2. Modélisation physique des pieux de fondations100
      • 4.2.1. Dispositifs expérimentaux100
      • 4.2.2. Système de chargement mécanique101
      • 4.2.3. Suivi des mesures102
      • 4.2.4. Comportement du pieu103
      • 4.3. Modélisation physique d'un pieu échangeur de chaleur103
      • 4.3.1. Dispositif expérimental103
      • 4.3.2. Comportement mécanique d'un pieu sous chargement thermomécanique105
      • 4.3.3. Transfert de chaleur110
      • 4.3.4. Interface sol-pieu111
      • 4.3.5. Enseignement tiré de la modélisation physique d'un pieu échangeur de chaleur111
      • 4.4. Conclusion114
      • 4.5. Remerciements115
      • 4.6. Bibliographie115
      • Chapitre 5. Modélisation en centrifugeuse de fondations énergétiques119
      • John Scott McCartney
      • 5.1. Introduction119
      • 5.2. Informations de base concernant l'interaction thermomécanique entre le sol et la structure120
      • 5.3. Concepts de modélisation en centrifugeuse121
      • 5.4. Composants de modélisation en centrifugeuse122
      • 5.4.1. Fabrication et caractérisation d'un modèle en centrifugeuse122
      • 5.4.2. Installation expérimentale124
      • 5.5. Tests de modélisation en centrifugeuse pour fondations semi-flottantes127
      • 5.5.1. Analyses du sol127
      • 5.5.2. Fondation A : essais de chargement isotherme jusqu'à la rupture128
      • 5.5.3. Fondation B : représentation des contraintes-déformations thermomécaniques132
      • 5.6. Conclusion136
      • 5.7. Remerciements137
      • 5.8. Bibliographie137
      • Deuxième partie. Modélisation numérique des géostructures énergétiques139
      • Chapitre 6. Utilisations alternatives des géostructures énergétiques141
      • Fabrice Duplay, Lyesse Laloui et Thomas Mimouni
      • 6.1. Fondations compactes et disperses pour le déverglaçage des ponts142
      • 6.1.1. Besoins en chaleur et spécificités des petites fondations143
      • 6.1.1.1. Besoins hivernaux143
      • 6.1.1.2. Possibilité de récupération d'énergie solaire144
      • 6.1.1.3. Présence possible d'un écoulement souterrain144
      • 6.1.2. Modélisation du pieu145
      • 6.1.2.1. Contexte géotechnique145
      • 6.1.2.2. Géométrie du modèle145
      • 6.1.2.3. Caractéristiques du modèle146
      • 6.1.2.4. Chemins de chargement147
      • 6.1.3. Résultats et analyse148
      • 6.1.3.1. Cas de base : faible écoulement avec stockage d'énergie solaire148
      • 6.1.3.2. Cas 2 : faible écoulement avec recharge naturelle149
      • 6.1.3.3. Cas 3 : pas d'écoulement et stockage d'énergie solaire151
      • 6.1.3.4. Cas 4 : fort écoulement avec recharge naturelle153
      • 6.1.3.5. Usage pour le déverglaçage154
      • 6.2. Ancrages échangeurs de chaleur154
      • 6.2.1. Aspects techniques et usagers possibles155
      • 6.2.2. Méthode d'étude155
      • 6.2.3. Optimiser la production de chaleur157
      • 6.2.4. Implications mécaniques liées à la production de chaleur158
      • 6.3. Conclusion160
      • 6.4. Remerciements160
      • 6.5. Bibliographie161
      • Chapitre 7. Analyse numérique de la capacité portante des pieux thermo-actifs sous sollicitations axiales cycliques163
      • Sébastien Burlon, Julien Habert, Hussein Mroueh et Maria E. Suryatriyastuti
      • 7.1. Introduction163
      • 7.2. Capacité portante d'un pieu sous une charge thermique supplémentaire164
      • 7.3. Loi constitutive d'interface sol-pieu sous chargement cyclique : la loi Modjoin167
      • 7.4. Analyse numérique d'un pieu thermo-actif sous chargement cyclique thermique170
      • 7.4.1. Réaction par rapport à la structure supérieure172
      • 7.4.2. Effort normal dans le pieu173
      • 7.4.3. Frottements axiaux mobilisés à l'interface sol-pieu173
      • 7.5. Recommandation concernant les pieux thermo-actifs à échelle réelle175
      • 7.5.1. Effet de différents taux de chargement pour la charge mécanique appliquée175
      • 7.5.2. Effet des pieux thermo-actifs sur une fondation en radier par pieux176
      • 7.6. Conclusion178
      • 7.7. Remerciements179
      • 7.8. Bibliographie179
      • Chapitre 8. Géostructures énergétiques en sols non saturés181
      • Nahed Alsherif, Charles J.R. Coccia, John Scott McCartney et Melissa A. Stewart
      • 8.1. Introduction181
      • 8.2. Ecoulement d'eau induit thermiquement183
      • 8.3. Variation volumique d'un sol non saturé drainé thermiquement185
      • 8.4. Effets de la température sur la résistance et la rigidité du sol187
      • 8.5 ; Effets de la température sur les propriétés hydrauliques des sols non saturés189
      • 8.6. Effets de la température sur l'interaction sol-géosynthétiques190
      • 8.7. Conclusion192
      • 8.8. Remerciements193
      • 8.9. Bibliographie193
      • Chapitre 9. Géostructures énergétiques comme système de refroidissement dans les climats chauds201
      • Ghassan Anis Akrouch, Jean-Louis Briaud et Marcelo Sanchez
      • 9.1. Introduction201
      • 9.2. Facteurs climatiques et effets sur les conditions et les propriétés du sol202
      • 9.3. Propriétés thermiques et transfert de chaleur des sols saturés et non saturés204
      • 9.4. Effets des conditions du sol sur la performance des géostructures énergétiques205
      • 9.4.1. Conception expérimentale en laboratoire206
      • 9.4.2. Modélisation numérique207
      • 9.4.3. Tests en laboratoire et résultats numériques210
      • 9.4.4. Modélisation du pieu complet213
      • 9.5. Tests grandeur nature de pieux énergétiques215
      • 9.6. Conclusion217
      • 9.7. Remerciements218
      • 9.8. Bibliographie218
      • Chapitre 10. Impact de la diffusion thermique transitoire dans un sol autour d'un pieu thermo-actif221
      • Sébastien Burlon, Hussein Mroueh et Maria E. Suryatriyastuti
      • 10.1. Introduction221
      • 10.2. Phénomène de transfert de chaleur222
      • 10.2.1. Propriétés du sol223
      • 10.2.1.1. Température du sol223
      • 10.2.1.2. Ecoulement d'eau souterraine224
      • 10.2.2. Conservation d'énergie en régime transitoire224
      • 10.3. Modélisation numérique de la diffusion thermique dans un pieu thermo-actif225
      • 10.3.1. Modèle en deux dimensions - Diffusion à l'intérieur du pieu thermo-actif227
      • 10.3.1.1. Effets de la configuration des tubes absorbeurs228
      • 10.3.1.2. Effets de différentes températures d'admission229
      • 10.3.2. Modèle en trois dimensions - Diffusion vers le sol entourant le pieu231
      • 10.4. Impact du fonctionnement thermique à long terme231
      • 10.4.1. Effets de l'écoulement d'eau souterraine sur la diffusion thermique231
      • 10.4.2. Longévité mécanique sous contrainte thermique cyclique234
      • 10.5. Conclusion236
      • 10.6. Remerciements237
      • 10.7. Bibliographie237
      • Chapitre 11. Systèmes géothermiques de dégivrage des tabliers de ponts basés sur les fondations énergétiques239
      • G. Allen Bowers et C. Guney Olgun
      • 11.1. Introduction239
      • 11.2. Chauffage géothermique des tabliers de ponts241
      • 11.3. Processus thermiques et évaluation de la demande en énergie des systèmes géothermiques de dégivrage243
      • 11.4. Modélisation numérique et résultats d'analyse245
      • 11.5. Conclusion253
      • 11.6. Remerciements254
      • 11.7. Bibliographie254
      • Troisième partie. Pratiques en ingénierie257
      • Chapitre 12. Mise en place des géostructures énergétiques259
      • Peter Bourne-Webb
      • 12.1. Introduction259
      • 12.2. Planification et conception260
      • 12.2.1. Coordination et communication260
      • 12.2.2. Gestion de la conception261
      • 12.2.3. Passage en revue de la conception du système262
      • 12.2.4. Connaissances et compétences265
      • 12.3. Construction267
      • 12.3.1. Contrôle de la qualité du processus267
      • 12.3.2. Détails d'installation268
      • 12.3.2.1. Fondations des pieux268
      • 12.3.2.2. Parois moulées280
      • 12.3.2.3. Plongée, remontées, pénétrations et imperméabilisation287
      • 12.3.2.4. Fondations et radiers peu profonds287
      • 12.3.2.5. Revêtements de tunnels288
      • 12.4. Intégration et exploitation du système295
      • 12.5. Conclusion296
      • 12.6. Remerciements298
      • 12.7. Bibliographie298
      • Chapitre 13. Thermo-Pile : un outil numérique pour la conception des pieux énergétiques301
      • Lyesse Laloui et Thomas Mimouni
      • 13.1. Hypothèses fondamentales301
      • 13.2. Formulation mathématique et implémentation numérique302
      • 13.2.1. Les courbes de transfert de charge302
      • 13.2.1.1. Forme des courbes de transfert de charge302
      • 13.2.1.2. Capacités portantes ultimes303
      • 13.2.2. Déplacements induits par la charge mécanique304
      • 13.2.3. Déplacements induits par la charge thermique306
      • 13.2.3.1. Cas sans chargement mécanique306
      • 13.2.3.2. Cas avec chargement mécanique307
      • 13.3. Validation de la méthode307
      • 13.4. Longrine sur pieux énergétiques308
      • 13.4.1. Méthode générale308
      • 13.4.2. Détermination des constantes d'intégration312
      • 13.4.3. Exemple de simulation313
      • 13.5. Conclusion314
      • 13.6. Remerciements315
      • 13.7. Bibliographie315
      • Chapitre 14. Etude de cas : Dock Midfield, terminal de l'aéroport de Zürich317
      • Daniel Pahud
      • 14.1. Dock Midfield317
      • 14.2. Processus de dimensionnement de l'installation avec pieux énergétiques318
      • 14.2.1. Concept de l'installation avec pieux318
      • 14.2.2. Problèmes à résoudre319
      • 14.2.3. Premières étapes de l'évaluation320
      • 14.2.4. Deuxièmes étapes de l'évaluation322
      • 14.2.5. Troisièmes étapes de l'évaluation324
      • 14.2.6. Simulations finales avec le programme TRNSYS325
      • 14.3. Le programme PILESIM326
      • 14.4. Schéma de principe de l'installation et points de mesure327
      • 14.5. Performances thermiques mesurées du système328
      • 14.6. Optimisation et intégration du système331
      • 14.7. Conclusion332
      • 14.8. Remerciements333
      • 14.9. Bibliographie333
      • Index335

  • Origine de la notice:
    • FR-751131015
  • Disponible - 621.25 LAL

    Niveau 3 - Techniques