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Forage d'eau / Géothermie

CHANTIER EOLE PROJET DE CLIMATISATION DE LA GARE DU CNIT PAR GÉOTHERMIE
20/04/2020

CHANTIER EOLE PROJET DE CLIMATISATION DE LA GARE DU CNIT PAR GÉOTHERMIE


Représentation schématique du circuit primaire(des forages à la PAC) de l’installation de géothermie par pompe à chaleur du CNIT.
Cave d’avant-puits d’un foragedans le sous-sol du CNIT.
Réseaux géothermieare Eole.

La ligne E du RER, appelée « Eole », est une ligne du Réseau express régional d’Île-de-France qui dessert l’Est francilien. Actuellement en travaux, son projet d’extension concerne l’Ouest francilien. Un projet piloté par SNCF-Réseau et mis en oeuvre par le groupement de bureaux d’études SED (Setec-TPI ; Egis-Rail et Rabot Dutilleul) qui a confié le volet hydrogéologique à Antea Group.

En effet, la ligne Eole (Est-Ouest Liaison Express) du RER dessert l’Est francilien selon un axe Paris-banlieue est. Elle relie le coeur de la capitale à partir de la gare souterraine d’Haussmann-Saint-
Lazare jusqu’à l’Est parisien avec deux branches, s’achevant en gares de Chelles-Gournay, d’une part, et Tournan, d’autre part. Vers l’ouest, le projet d’extension de ce même RER E consiste à prolonger la ligne actuelle de la gare Haussmann - Saint-Lazare jusqu’à celle de Mantes-la-Jolie.

 

RABATTEMENTS DE NAPPES


Les travaux nécessitent, dans la partie souterraine du tracé entre Saint-Lazare et La Défense, de rabattre le niveau des nappes aquifères du Lutétien et de l’Yprésien pour la réalisation d’un entonnement à la gare Saint-Lazare, des nouvelles gares de la porte Maillot et du CNIT, ainsi que du puits de montage du tunnelier à Courbevoie.
Une quarantaine de forages et autant de piézomètres ont été ainsi réalisés dans l’environnement des zones de travaux, dont 8 à Courbevoie, boulevard Gambetta, et 6 au niveau inférieur du parking du CNIT, avec des débits cumulés prévisionnels de 500 m3/h pour Gambetta et 240 m3/h pour le CNIT. Tous les forages intéressent la nappe aquifère des sables de Cuise dans l’Yprésien.

 

LA GÉOTHERMIE ET EOLE


Soucieuse de développer des technologies respectueuses de l’environnement, la direction de projet d’Eole, (SED) a présenté à la SNCF (maître d’ouvrage) et validé la mise en oeuvre de plusieurs actions d’éco-conception dont la géothermie.
En phase travaux, la présence de l’usine Suclim à Courbevoie a été mise à profit pour valoriser énergétiquement les eaux d’exhaure du champ captant de Gambetta en proposant à l’exploitant de faire passer les eaux pompées dans son process de climatisation. Ainsi, pendant toute la durée du chantier Eole, ces eaux, d’une température plus stable (autour de 15 °C) que celles de la Seine exploitées habituellement, permettent d’améliorer notablement le rendement de l’usine.
En phase d’exploitation, ce sont 3 des forages du CNIT qui vont être conservés et transformés en ouvrages de géothermie pour climatiser la future gare par pompe à chaleur sur nappe.
Les besoins énergétiques ont été estimés à 191 MWhc*/an pour les besoins en chaud, et 1 775 MWhf*/an pour les besoins en froid, avec des puissances maximales de 70 kWc* en chaud et
275 kWf* en froid.
Dans ces conditions, et pour une eau de température voisine de 15 °C, le débit nominal nécessaire au fonctionnement de l’installation n’excéderait pas 22,4 m3/h en période de pointe (juin à août), pour un delta de température de 5 °C entre l’eau prélevée et l’eau rejetée.

 

LE CIRCUIT PRIMAIRE (DES OUVRAGES DE CAPTAGE À LA PAC)


Le dispositif de captage sera constitué d’un forage de pompage et de deux forages d’injection (triplet de forages) parmi ceux réalisés pour le rabattement de nappe en phase travaux et reconvertis.
La faisabilité de ce dispositif a été validée par une modélisation hydrodynamique et thermique afin de s’assurer que la ressource en eau et les interférences thermiques soient compatibles avec le projet, en tenant compte des installations géothermiques voisines présentes dans le quartier de La Défense. Les ouvrages retenus ont été sélectionnés de façon à maximiser la distance entre le forage de pompage et les forages de rejet, tout en tenant compte du sens d’écoulement de la nappe.
L’eau réinjectée dans l’aquifère après passage par l’échangeur géothermique a, selon qu’il fonctionne en refroidissement ou en chauffage, une température plus élevée ou plus basse que la température naturelle de l’aquifère. Cette perturbation thermique se propage à travers l’aquifère et peut affecter d’éventuelles opérations en aval, voire l’installation elle-même.

La perturbation peut parvenir au forage de production à l’issue d’un temps de fonctionnement – appelé temps de percée (Tp) – plus ou moins long. À partir de ce temps de percée, le recyclage thermique implique la diminution progressive de l’écart thermique exploitable.
L’impact de la perturbation thermique dépend de plusieurs facteurs :
• le débit de chacun des forages (pompage/réinjection),
• le temps de fonctionnement (arrêt
saisonnier ou journalier par exemple),
• la distance entre forages,
• l’importance des pompages au voisinage,
• la température de prélèvement et de rejet,
• la perméabilité des couches géologiques,
• le gradient hydraulique de la nappe exploitée.
La qualité des informations hydrogéologiques rassemblées au départ conditionne donc, en grande partie, la validité des estimations du comportement thermique de l’aquifère.
Les incidences hydrauliques et thermiques du projet peuvent être évaluées par de simples solutions analytiques (solutions exactes issues de l’intégration des équations mathématiques) ou par des simulations numériques, plus sophistiquées. Ce sont ces dernières qui ont été mises en oeuvre dans le cas présent au vu de la complexité des schémas d’exploitation à étudier.
En géothermie, les impacts calculés portent principalement sur l’exploitation avec le calcul du temps de percée et de la cinétique de refroidissement à l’ouvrage producteur. Les résultats de ces calculs fournissent les courbes de températures aux puits de production et l’évolution de la surface des bulles chaudes et froides dans l’espace et dans le temps.
Dans le cas des simulations du triplet géothermique du CNIT, le fonctionnement de l’installation géothermique de la tour Total, située à proximité et qui dispose d’ouvrages captant le même aquifère, a été pris en compte. Les autres exploitations géothermiques rencontrées dans le secteur sont suffisamment éloignées pour pouvoir négliger leur impact.
Les calculs réalisés ont montré que la faisabilité hydraulique et thermique était vérifiée, avec toutefois une température non stabilisée sur le long terme. Par ailleurs, le débit nominal supporté par chacun des ouvrages reste faible ; cependant ceux-ci seront équipés d’un système de rétrolavage pour éviter leur colmatage.

 

CIRCUIT SECONDAIRE (DE LA PAC AUX SYSTÈMES DE CLIMATISATION)

 

Les circuits de chauffage et de climatisation de la gare du CNIT sont intégrés dans le BIM (Building Information Modeling) qui décrit l’ensemble des infrastructures et des réseaux du bâti.

 

Christian Eberschweiler de l’agence Île-de-France Centre Normandie Antea Group
Liz Delsaut, cheffe de projet Setec


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