"Installation géothermique"
L'invention concerne une installation géothermique comprenant une conduite destinée à être introduite dans la terre.
De telles installations géothermiques sont généralement connues et sont utilisées pour capter de l'énergie géothermique qui peut alors être convertie en une autre énergie telle que par exemple de l'électricité ou être utilisée pour chauffer des immeubles. Dans les installations géothermiques connues l'eau du puits géothermique est pompée en surface par l'intermédiaire de la conduite qui est placée dans le puits et sert à relier le puits à la surface.
Un désavantage des installations géothermiques connues est qu'elles sont très localisées et très sensibles à la corrosion et à l'entartrage. Ceci implique une limitation des endroits d'usage possibles et nécessite un entretien très fréquent de l'installation ce qui rend son exploitation onéreuse et économiquement faiblement rentable.
L'invention a pour but de réaliser une installation géothermique à localisation moins stricte et qui est moins sensible à la corrosion et à l'entartrage et offre donc une solution qui est économiquement plus rentable.
A cette fin une installation géothermique suivant l'invention est caractérisée en ce que la conduite est formée par un premier tube de forage dans lequel un second tube est coaxialement disposé, le premier tube, qui forme un premier canal, étant fabriqué en une matière thermoconductrice et le second tube, qui forme un second canal, étant fabriqué en une matière isolante, un accès à partir du premier vers le second canal étant agencé à hauteur de la section de la conduite destinée à constituer le fond du puits chaudière de telle façon à ce qu'un fluide caloporteur puisse pénétrer dans le second canal.
L'usage du premier et du second tube permet de faire circuler le fluide caloporteur dans le premier et le second canal et évite donc de devoir pomper l'eau d'un puits géothermique en surface. Ainsi l'énergie géothermique est captée à l'aide du fluide caloporteur et l'eau du puits géothermique ne peut ainsi plus entartrer la paroi à l'intérieur des tubes, ni la corroder. Au fur et à mesure que le fluide caloporteur descend dans le premier canal d'une installation placée dans la terre, il prélève de façon continue l'énergie géothermique qui va en s'accroissant. Arrivé dans le fond du premier canal, le fluide peut pénétrer à l'aide de l'accès dans le second canal où il peut remonter vers la surface.
Puisque le second tube est fabriqué en une matière isolante, la chaleur accumulée dans le fluide ne se dissipe que de façon tout à fait négligeable dans la paroi du second tube.
L'installation suivant l'invention exploite donc pleinement le gradient thermique présent dans la croûte terrestre et ceci à partir de la surface jusqu'au fond de la conduite. Ainsi son usage n'est pas limité aux endroits où il se trouve un puits géothermique.
Une première forme de réalisation préférentielle d'une installation géothermique suivant l'invention est caractérisée en ce que la conductibilité thermique de la matière isolante dont est fabriqué le second tube décroît dans une première direction allant du fond de l'installation vers la surface terrestre. Etant entendu que la chaleur augmente au fur et à mesure que l'on descend dans la terre, il faut compenser les pertes de chaleur lorsque le fluide caloporteur chaud remonte en surface. En réduisant la conductibilité thermique au fur et à mesure que le fluide remonte, les pertes sont sensiblement réduites.
Une deuxième forme de réalisation d'une installation géothermique suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte une boucle fermée agencée pour y faire circuler le fluide calorifique. Cette solution est non seulement efficace mais ne nécessite pour ainsi dire pas d'entretien.
De préférence cette installation géothermique comporte un échangeur thermique ayant une entrée reliée à une sortie du second tube et une sortie reliée à une entrée du premier tube. L'énergie géothermique récoltée par le fluide peut ainsi être échangée afin de l'exploiter.
De préférence cette installation géothermique comporte des moyens pour faire circuler le fluide caloporteur sous pression dans le premier et second canal. La circulation sous pression augmente la rentabilité de l'installation.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide des dessins qui illustrent une forme préférentielle d'une installation géothermique suivant l'invention.
Dans les dessins :
la figure 1 illustre à l'aide d'une vue en coupe le principe de fonctionnement d'une installation géothermique suivant l'invention; la figure 2 illustre schématiquement l'installation pourvue d'un échangeur; la figure 3 illustre schématiquement l'installation pourvue de moyens de conversion;
et la figure 4 illustre une autre forme de réalisation d'une installation géothermique multichaudières suivant l'invention.
Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.
Comme illustré à la figure 1, l'installation 1 géothermique suivant l'invention est destinée à être introduite dans la croûte terrestre 2 afin de pouvoir récolter l'énergie géothermique qui est accumulée dans le sol.
L'installation géothermique est destinée à former un puits chaudière qui peut être installé partout dans la terre.
L'installation géothermique comporte un premier tube 3 de forage fabriqué en une matière thermoconductrice comme par exemple de l'acier inoxydable afin de réduire la corrosion de la paroi externe du premier tube qui est en contact avec la terre. Le premier tube est fermé au fond.
Le premier tube 3 forme un premier canal 5 pour un fluide caloporteur indiqué par la flèche 7. Le fluide caloporteur est par exemple formé par de l'eau. Bien entendu le fluide caloporteur peut être constitué par un autre liquide choisi en fonction de l'usage envisagé, comme par exemple un alcool ou un réfrigérant.
Dans le premier canal 5 s'étend coaxialement un second tube 4 qui forme un second canal 6. Le second tube est fabriqué en une matière isolante comme par exemple du plastique. Le second tube possède un diamètre sensiblement inférieur, par exemple 3 à 5 fois plus petit, que celui du premier qui a par exemple un diamètre de 300 mm. Un accès du premier canal 5 vers le second canal 6 est prévu dans le fond du premier tube, c'est-à-dire à hauteur de la section de la conduite (3, 4) destinée à être placée dans le fond de l'installation. Cet accès est par exemple réalisé en laissant un écart entre le fond du premier canal et l'ouverture vers le second canal.
Alternativement le second tube descend jusqu'au fond du premier canal mais sa paroi est pourvue d'un nombre d'ouvertures au fond du premier canal de telle façon à ce que le fluide puisse pénétrer à partir du premier canal vers le second.
Le fluide calorifique 7 circule donc dans l'installation, lorsque cette dernière est opérationnelle, en partant du haut du premier canal 5 vers le fond de celui-ci.
Au fond du premier canal le fluide accède alors au second canal 6 par lequel il remonte à la surface. Au fur et à mesure que le fluide caloporteur descend dans le premier canal il prélève l'énergie géothermique présente dans la terre sous forme de chaleur. En effet, comme le premier tube 3 est en matière thermoconductrice, la chaleur géothermique circule à travers la paroi du premier tube pour atteindre le fluide 7 et le réchauffer. Comme la température du puits s'augmente en descendant, le flux calorifique vers le liquide va également s'augmenter. Ainsi à 3.000 m. de profondeur des températures de 90 [deg.]C peuvent être atteintes alors qu'à 6.000 m. respectivement 10.000 m. des températures de 180 [deg.]C à 250 [deg.]C peuvent être atteintes.
Arrivé au fond du premier canal 5 le fluide sera considérablement chauffé et il pourra entamer sa remontée vers la surface. Comme le second tube 4 est en matière isolante, la chaleur accumulée dans le fluide ne se dissipera que très faiblement dans la paroi du second tube et les pertes énergétiques restent réduites. Pour davantage réduire ces pertes la conductibilité thermique de la matière isolante décroît dans la direction allant au fond du puits géothermique vers la surface terrestre.
Il faut noter que la vitesse à laquelle le fluide descend dans le premier canal 5 est très sensiblement inférieure à celle à laquelle le fluide remonte dans le second canal 6. En effet, il est important que le fluide reste le plus longtemps possible dans le premier canal où s'effectue la captation de l'énergie géothermique. Le fluide remonte de préférence entre 8 et 50 fois plus rapidement qu'il descend.
Les pertes thermiques qui sont provoquées par le fait que la température géothermique diminue en remontant vers la surface sont ainsi compensées.
De plus, la chaleur accumulée par le fluide caloporteur en début de parcours ne pourra pas circuler vers le second canal dû à son isolation qui s'accroît en remontant.
Cette diminution de la conductibilité thermique est par exemple réalisée en augmentant l'épaisseur de la paroi du second tube 4 dans la direction du bas vers le haut comme illustré à la figure 1. Cette diminution pourrait également être réalisée en modifiant la densité de la matière utilisée ou en utilisant d'autres matières sur des sections successives. Il va de soi que cette diminution peut être de façon progressive et linéaire ou de façon discontinue par étapes.
Le fluide caloporteur circule en boucle fermée entre le premier et le second canal afin de ne pas causer des pertes de fluides. De préférence le fluide caloporteur circule sous pression dans les canaux 5 et 6. Ceci est par exemple réalisé en plaçant des injecteurs 9 dans une couvercle 8 de fermeture de l'installation, ou en aspirant à l'aide d'une pompe le fluide dans le canal 6. Les injecteurs 9 débouchent dans le premier canal et injectent ainsi le fluide dans ce premier canal.
Puisque le fluide caloporteur circule en boucle fermée sous pression, qui peut être variable et différente de la pression atmosphérique, il est possible d'utiliser notamment un fluide caloporteur ayant une température critique d'ébullition légèrement supérieure
(3 à 5 [deg.]C) à la température du sol à faible profondeur (10 à 50 m.). Ceci permet également de ne pas devoir utiliser un dispositif de recondensation après que l'énergie ait été extraite.
Le prélèvement de l'énergie géothermique captée par l'installation suivant l'invention est par exemple réalisé à l'aide d'un échangeur thermique 10 comme illustré à la figure 2 ou à l'aide de moyens de conversion 12 comme illustré à la figure 3. L'échangeur thermique 10 est par exemple un échangeur air - eau ou eau - eau. Il comporte une ou plusieurs boucles 11, 15 à travers laquelle circule le fluide caloportéur. Une entrée de l'échangeur est reliée à une sortie du second tube et une sortie de l'échangeur est reliée à l'aide de tuyaux 13-14 au premier tube.
Les moyens de conversion illustrés à la figure 3 sont reliés à une sortie du second tube. Ainsi le fluide caloporteur alimente ces moyens qui sont par exemple constitués d'une génératrice d'électricité.
L'installation peut fonctionner jusqu'à une température de vaporisation du fluide au fond de l'installation. Comme illustré à la figure 4 l'installation peut également être formée par plusieurs installations géothermiques réunies dans un puits commun 17. Cela permet une utilisation spécifique pour chaque installation utilisant des fluides caloporteurs appropriés.
REVENDICATIONS
1. Installation géothermique comprenant une conduite destinée à être introduite dans la terre, caractérisée en ce que l'installation est destinée à former un puits chaudière et en ce que la conduite est formée par un premier tube de forage dans lequel un second tube est coaxialement disposé, le premier tube, qui forme un premier canal, étant fabriqué en une matière thermoconductrice et le second tube, qui forme un second canal, étant fabriqué en une matière isolante, un accès à partir du premier vers le second canal étant agencé à hauteur de la section de la conduite destinée à constituer le fond du puits chaudière de telle façon à ce qu'un fluide caloporteur puisse pénétrer dans le second canal.