CA2604260A1

CA2604260A1 - Sonde de captage de l'energie thermique du sol pour pompe a chaleur, et reseau de captage muni de telles sondes

Info

Publication number: CA2604260A1
Application number: CA002604260A
Authority: CA
Inventors: Georges Favier; Michel Horps
Original assignee: Hades Sas; Georges Favier; Michel Horps
Current assignee: HADES Sas
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-10-26
Also published as: WO2006111655A1; RU2007143052A; FR2884905A1; FR2884905B1; US20090025902A1; CN1854641A; BRPI0610505A2; EP1872067A1

Abstract

Cette sonde (10) comporte un circuit de circulation de fluide caloporteur av ec une entrée (28) et une sortie (34) de fluide reliées à une pompe à chaleur. Ce circuit comporte au moins deux tubes (12, 14) s' étendant parallèlement, ave c un tube d'admission de fluide (14) et un tube de retour de fluide (12), les tubes d'admission et de retour étant mis en communication (24) entre eux à leurs extrémités distales (18, 22). Ces tubes sont réalisés avec une paroi commune, sur toute leur longueur. L'ensemble forme un élément tubulaire enfouissable unique avec une extrémité distale libre. Le tube de retour est pourvu de reliefs intérieurs (44) aptes à créer des turbulences dans le flui de circulant dans ce tube, tandis que la paroi intérieure du tube d'admission d e fluide est lisse pour favoriser un écoulement laminaire du fluide qui y circule .

Description

Sonde de captage de l'énergie thermique du sol pour pompe à chaleur, et réseau de captage muni de telles sondes L'invention concerne une sonde de captage de l'énergie thermique du sol pour pompes à chaleur, ces dernières pouvant être du type dit "eau/eau"
ou du type "gazJeau".
Ces équipements permettent de capter l'énergie thermique disponible dans les couches supérieures de la croûte terrestre, de concentrer (à
température plus élevée) cette énergie et de la restituer sous cette forme concentrée pour alimenter un circuit de chauffage.
Le corur de pompe comporte un compresseur et deux échangeurs de chaleur reliés respectivement aux réseaux de captage et de restitution de chaleur, avec un circuit de fluide frigorigène (réfrigérant) comprenant un condenseur, un détendeur et un évaporateur. Le compresseur concentre côté évaporateur l'énergie captée dans le sol et restitue côté condenseur l'énergie à restituer au circuit de chauffage.
Du côté du réseau de captage, il est prévu une "sonde de captage" consti-tuée d'un circuit de fluide caloporteur, généralement un liquide tel que de l'eau additionnée d'éthylène-glycol, mais qui peut être également un fluide gazeux. Ce fluide de captage ou fluide caloporteur, après avoir été refroidi par l'évaporateur de la pompe à chaleur, est envoyé dans le sol pour se réchauffer au contact du milieu environnant, qui cède son énergie thermi-que au fluide. Chaque mètre linéaire de sonde plongé dans le milieu envi-ronnant sollicité peut ainsi apporter quelques joules d'énergie thermique à
la pompe à chaleur lorsque le circuit est en fonctionnement, et le fluide ainsi réchauffé retourne ensuite vers la pompe à chaleur qui concentrera et restituera l'énergie thermique ainsi captée.
La technique décrite ci-dessus est à distinguer de celle décrite par exem-ple dans le US-A-5 561 985, qui ne met pas en jeu de "sonde de captage"
au sens de l'invention, c'est-à-dire un circuit où circule un fluide calopor-teur (et non un fluide frigorigène), sans changement de phase. Ce docu-ment propose d'énfouir un évaporateur, c'est-à-dire un échangeur thermi-que dans lequel le fluide frigorigène en provenance du compresseur est amené à l'évaporateur en phase liquide et quitte ce dernier en phase va-peur. Le DE-A-103 27 602 décrit une technique comparable, où un tube

2 reçoit un condensat de C02 qui s'écoule vers le bas sous forme d'un film le long des parois du tube jusqu'à une zone profonde, plus chaude, où le C02 se vaporise et est restitué sous pression en remontant le tube. Au contraire, une "sonde de captage" n'est jamais directement reliée au com-presseur, et le fluide caloporteur qui y circule est différent du fluide frigori-gène du circuit incluant le compresseur.
Les sondes de captage sont généralement réalisées sous forme d'un tube formant une boucle reliée à chacune de ses extrémités à une prise res-pective de la pompe à chaleur. La nature du tube, tout particulièrement la conductibilité thermique de sa paroi, conditionne l'échange thermique avec le milieu environnant. Par ailleurs, le diamètre du tube et la longueur plus ou moins grande de la boucle déterminent la surface d'échange, et donc la masse du milieu environnant sollicitée par le captage.
Une première technique dite de "captage horizontal" consiste à enfouir le tube dans le sol à une faible profondeur (de l'ordre de 50 à 70 cm) en le faisant serpenter de manière à occuper une surface de terrain maximale pour solliciter une masse suffisante du milieu environnant. Cette techni-que nécessite pour l'enfouissement de la sonde le décapage du terrain sur une grande étendue ou le creusement de tranchées, avec un certain nombre de contraintes qui en découlent : coût du terrassement ; impossi-bilité de disposer le réseau de captage sous une maison ; restrictions à
l'emploi du terrain après enfouissement du tube, par exemple impossibilité
d'y planter des arbres.
Une deuxième technique dite de "captage vertical" consiste à forer un puits vertical, dont la profondeur peut atteindre 100 m, et à enfouir ensuite sur toute cette profondeur un ou plusieurs tubes en boucle. Compte tenu de la profondeur à atteindre, cette technique implique un diamètre de fo-rage relativement important, de l'ordre de 200 mm, qui nécessite des équipements spécialisés, lourds et encombrants à mettre en uvre. Elle peut certes être mise en oeuvre sur un terrain d'étendue limitée, mais pré-sente d'autres inconvénients : coût et durée du forage ; échanges thermi-ques mal contrôlés ; milieu sollicité sur la seule masse cylindrique envi-ronnant le forage.
Le US-A-5 339 890 décrit une "sonde de captage" réalisée sous forme d'un élément tubulaire souple pourvu à l'une de ses extrémités à la fois de

3 l'entrée et de la sortie de fluide, et dont l'autre extrémité est une extrémité
libre. Cette configuration permet d'introduire l'élément tubulaire par sa par-tie libre dans une galerie ouvrant en surface par un seul point. L'élément tubulaire enfouissable est assez résistant pour pouvoir être poussé dans cette galerie sur toute la longueur de celle-ci uniquement par l'une de ses extrémités.
Cependant, aucune solution proposée jusqu'à présent pour l'enfouisse-ment d'une sonde de captage pour pompe à chaleur ne s'est révélée véri-tablement satisfaisante, ni sur le plan économique ni sur le plan de l'effi-cacité des échanges thermiques.
L'un des but de l'invention est de proposer une sonde de captage qui puisse être notablement optimisée du point de vue de l'efficacité thermi-que par rapport aux solutions proposées jusqu'à présent.
Le point de départ de l'invention réside dans la constatation de l'impor-tance qu'il y a à contrôler le régime d'écoulement du fluide par une confi-guration particulière des surfaces intérieures respectives du tube de retour et du tube d'admission, pour obtenir une augmentation sensible de l'efficacité thermique.
La sonde proposée par l'invention est une sonde du type connu d'après le US-A-5 339 890 précité, c'est-à-dire comportant un circuit de circulation de fluide caloporteur avec une entrée de fluide et une sortie de fluide ap-tes à être reliées à des prises respectives d'une pompe à chaleur. Ce cir-cuit comporte au moins deux tubes s'étendant parallèlement, avec un tube d'admission de fluide relié à l'entrée de fluide et un tube de retour de fluide relié à la sortie de fluide. Les tubes d'admission et de retour de fluide sont mis en communication entre eux à leurs extrémités distales, et ils sont réalisés avec une paroi commune sur toute leur longueur, formant ainsi un élément tubulaire enfouissable unique avec une extrémité proxi-male comportant l'entrée et la sortie de fluide, et une extrémité distale li-bre.
De façon caractéristique de l'invention, la surface intérieure de la paroi du tube de retour de fluide est pourvue de reliefs aptes à créer des turbulen-ces dans le fluide circulant dans ce tube, et la surface intérieure de la pa-roi du tube d'admission de fluide est une surface lisse apte à favoriser un écoulement laminaire du fluide circulant dans ce tube.

4 Les reliefs dans le tube de retour de fluide procurent un flux de retour lent et turbulent favorisant l'échange thermique avec le milieu environnant, à
l'opposé de la surface lisse du tube d'admission, qui favorise au contraire un flux rapide minimisant les pertes thermiques.
Le US-A-5 339 890 ne décrit aucune configuration de sonde de ce type :
les seuls reliefs qui sont présents le sont sur la surface extérieure du tube de fluide, et n'ont donc aucune incidence sur le régime d'écoulement du fluide circulant à l'intérieur de ce tube. Bien au contraire, ce document es-time (colonne 5 lignes 44 à 50) qu"'il n'y a pas besoin d'entretoises ou d'ailettes pour contrôler l'intervalle annulaire entre le tube interne 60 et le tube externe 42 ou pour créer des turbulences, car le positionnement du tube interne 60 par rapport au tube externe 42 n'a pas d'importance et les diagrammes d'écoulement du fluide sont contrôlés par d'autres facteurs comprenant le diamètre, l'ouverture et le débit". A l'opposé, la présente in-vention propose de contrôler les régimes d'écoulement respectifs des tu-bes d'admission et de retour de fluide en donnant à la surface intérieure de ces tubes des configurations propres à favoriser le type d'écoulement recherché.
Selon diverses caractéristiques préférentielles avantageuses :
- la paroi commune est une paroi isotherme et/ou enfermant des cavités isolantes ;
- la section de passage de fluide du tube de retour est supérieure à la section de passage de fluide du tube d'admission ;
- la section extérieure de l'élément tubulaire enfouissable est uniforme, notamment circulaire, sur toute la longueur de cet élément ;
- le diamètre hors-tout de l'élément tubulaire enfouissable est inférieur à
150 mm, de préférence inférieure à 100 mm, très préférentiellement inférieure à 50 mm ;
- les tubes sont réalisés en un matériau souple apte à conférer de la flexibilité à l'élément tubulaire enfouissable ;
- l'extrémité distale de l'élément tubulaire enfouissable est pourvue ex-térieurement d'un embout rapporté ;
- la sonde comprend en outre, sur des parties choisies de sa longueur, une isolation renforcée du tube d'admission de fluide et/ou du tube de retour de fluide.

5 PCT/FR2006/000863 Dans une première forme de réalisation, les tubes d'admission et de re-tour de fluide sont des tubes emmanchés l'un dans l'autre, l'un des tubes étant un tube interne ouvert à son extrémité distale et dont la paroi consti-tue ladite paroi commune, et l'autre des tubes étant un tube extérieur en-5 veloppant le tube interne et obturé à son extrémité distale. La surface in-terne du tube interne est lisse, et la surface externe de ce même tube in-terne est pourvue desdits reliefs.
Dans une autre forme de réalisation, les tubes d'admission et de retour de fluide sont des tubes attenants. Il peut s'agir d'un seul tube d'admission associé à un seul tube de retour de fluide, la section du tube de retour étant supérieure à la section du tube d'admission. Mais on peut égale-ment prévoir au moins trois tubes, avec un nombre de tubes d'admission inférieur à celui des tubes de retour de fluide, la section totale du (des) tube(s) de retour étant supérieure à la section totale du (des) tube(s) d'ad-mission.
L'invention couvre également un réseau de captage de l'énergie thermi-que du sol pour pompe à chaleur comprenant une pluralité de sondes tel-les que ci-dessus, enfouies dans des galeries creusées dans le sol. Ce réseau présente une configuration tridimensionnelle limitée par un volume enveloppe s'étendant sur une emprise de terrain et sur une profondeur d'enfouissage données. Les sondes comprennent avantageusement une isolation renforcée du tube d'admission et/ou du tube de retour de fluide, sur. leur partie s'étendant entre le niveau du sol et ledit volume enveloppe.
Typiquement, le volume enveloppe s'étend à une profondeur comprise entre 0,5 et 10 mètres au-dessous du niveau du sol, et les sondes sont disposées avec leur extrémité terminale au point le plus bas pour éviter la formation de bulles.
Cette configuration caractéristique permet d'introduire l'élément tubulaire, par sa partie libre dans une galerie de faible diamètre (quelques dizaines de millimètres) ouvrant en surface par un seul point.
Elle est rendue possible notamment par la souplesse de l'élément tubu-laire enfouissable, qui lui permet de s'adapter à des courbes complexes que le tracé de la galerie est susceptible de suivre, tout en étant assez ré-sistant pour pouvoir être poussé dans cette galerie sur toute la longueur de celle-ci uniquement par l'une de ses extrémités.

6 Il existe en effet des foreuses de petite dimension qui permettent de creu-ser très aisément et à faible coût des galeries de plusieurs dizaines de mètres de longueur et de quelques dizaines de millimètres de diamètre (par exemple 50 mm de diamètre), par exemple les foreuses miniatures ou "taupes" utilisées pour faire passer des tubes d'adduction d'eau sous des routes ou des habitations, sans qu'il soit besoin de creuser une tran-chées ouverte. Les galeries creusées par ces foreuses ne sont pas né-cessairement verticales ou horizontales, mais peuvent suivre un parcours courbe quelconque adapté à la configuration des lieux. Le creusement d'une telle galerie n'introduit pas de dommages importants au terrain, ce qui supprime l'inconvénient majeur des captages horizontaux, en permet-tant en outre de creuser une galerie suffisamment profonde pour ne pas entraver la plantation d'arbres ni le percement de trous dans le sol.
Enfin, le percement d'une telle galerie ne réclame qu'une faible surface, qui peut même être prise à l'intérieur d'un bâtiment, le captage de l'éner-gie thermique se faisant alors, totalement ou partiellement, sous ce bâti-ment.
L'utilisation de la sonde de captage de l'invention n'entraine ainsi qu'un minimum de nuisances lors de l'enfouissement, et peut être mise en oau-vre à moindre coût et sans limitation ultérieure dans l'utilisation du terrain.

On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables.
La figure 1 est une coupe verticale d'une sonde de captage selon un pre-mier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une coupe en plan selon la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 montre le détail repéré III sur la figure 1.
La figure 4 est une section selon la ligne IV-IV de la figure 1.
Les figures 5, 6 et 7 sont homologues de la figure 4, pour d'autres modes de réalisation de l'invention.

7 La figure 8 est une vue schématique illustrant la manière de relier en série une pluralité de sondes selon l'invention associées à une même pompe à
chaleur.

Sur la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale la sonde de captage de l'invention, qui est dans ce mode de réalisation constituée de deux tubes emmanchés l'un dans l'autre, avec un tube extérieur 12 et un tube interne 14. Le diamètre externe d du tube extérieur est par exemple de l'ordre de 40 mm, ce qui permet de l'introduire dans une galerie ou puits 16 de diamètre D légèrement supérieur, par exemple un diamètre de 50 mm.
Le tube extérieur 12 est fermé à son extrémité distale 18 par tout moyen approprié, par exemple par bouchage mécanique ou par moulage occlusif à chaud. Cette extrémité 18 est en outre avantageusement recouverte d'un embout de protection 20, par exemple métallique, pour faciliter l'enfi-lage du tube dans la galerie.
Le tube interne 14, quant à lui, est ouvert à son extrémité distale 22 de manière à laisser subsister un intervalle 24 entre cette extrémité 22 et la paroi obturée 18 en vis-à-vis du tube extérieur 12.
A leur extrémité proximale, les deux tubes extérieur 12 et 'interne 14 sont reliés à un élément de liaison de tête 26 permettant de solidariser l'un à
l'autre les deux tubes, avec le tube interne 14 en position centrale émer-geant en 28. La liaison de tête 26 comporte par ailleurs des passages longitudinaux 30 (visibles également sur la coupe de la figure 2) débou-chant dans une chambre annulaire 32 communiquant elle-même avec un orifice de sortie 34, qui est ainsi mise en communication de fluide avec le volume du tube extérieur 12 compris entre la paroi de ce tube et celle du tube interne 14.
Le tube interne 14 peut être avantageusement réalisé de la manière re-présentée sur le détail de la figure 3, avec une paroi interne 36 dont la surface libre 38 est lisse et une paroi externe 40 dont la surface externe 42 est pourvue de reliefs tels que 44.
Un coeur isotherme 46 permet d'isoler thermiquement entre eux les flux s'écoulant de part et d'autre du tube 14. En variante ou en complément,

8 les parois du tube peuvent être creuses, avec des cavités telles que 48 qui procurent une isolation renforcée des flux s'écoulant de part et d'autre de la paroi.
La circulation du fluide dans la sonde s'effectue de la manière suivante.
Le fluide froid en sortie de la pompe à chaleur est introduit (flèche 50) dans l'extrémité libre 28, côté proximal, du tube interne 14 (tube d'admis-sion de fluide), où il s'écoule jusqu'à l'extrémité distale 22, la surface lisse 38 favorisant un écoulement laminaire du fluide dans le tube.
Le fluide débouche alors dans la zone 24 située à l'extrémité distale du tube extérieur 12 (tube de retour de fluide), d'où il est refoulé vers l'extré-mité opposée de ce même tube (flèches 52, 54) sur toute la longueur de ce dernier, pour être collecté (flèche 56) par les passages 30 jusqu'à la sortie 34 de la liaison de tête 26 (flèche 58). La présence des reliefs 44 favorise la création de turbulences dans le fluide, qui le ralentissent et ac-croissent l'échange thermique avec l'extérieur.
Le fluide introduit depuis l'extrémité proximale du tube interne 14 est di-rectement acheminé vers l'ouverture distale 22 de ce même tube, sans passer par d'autres accidents que les courbes suivies par le tube. Parve-nu à cet endroit, le fluide se retrouve à l'extrémité distale du tube extérieur et retourne vers l'extrémité proximale de ce dernier.
Au cours du trajet dans le tube extérieur 12, le fluide de captage reçoit l'énergie thermique cédée par le milieu environnant, puis retourne vers la pompe à chaleur, qui concentrera et extraira cette énergie thermique avant de renvoyer le fluide refroidi vers la sonde pour un nouveau cycle de captage.
On notera qu'avec la configuration illustrée, le captage thermique com-mence dans la région distale de la sonde, qui est celui le plus susceptible d'être le plus chaud et dont la température sera le plus rapidement renou-velée, pour remonter ensuite vers la pompe à chaleur qui l'alimente en fluide réchauffé.
Dans certaines circonstances, le sens de circulation du fluide peut être in-versé, c'est-à-dire que le fluide sera admis par l'orifice 34 dans le tube ex-térieur 12 (qui devient le tube d'admission de fluide) pour parcourir celui-ci sur toute sa longueur puis être collecté à l'extrémité distale par le tube 14 (qui devient le tube de retour de fluide) et être extrait de celui-ci par l'ou-

9 verture 28. Dans un tel cas, à la différence de la configuration précédente, c'est alors la partie du milieu environnant la plus proche de la liaison de tête 26 qui sera majoritairement sollicitée pour l'échange thermique.
Comme on le comprend aisément, le choix de l'une ou l'autre configura-tion se fait par une simple inversion du sens de circulation du fluide dans la sonde de captage, ce qui permet d'optimiser très simplement l'échange thermique en fonction des besoins, ou éventuellement en testant les deux configurations et en comparant les résultats obtenus.
Le tube extérieur 12 est choisi dans un matériau présentant une résis-tance mécanique et une semi-rigidité suffisantes pour pouvoir, dans la majorité des cas rencontrés, être poussé dans la galerie 16 après le creu-sement de celle-ci ; si nécessaire, le tube pourra être mis en pression pour que sa rigidité et sa tenue mécanique soient accrues. Le matériau devra également être choisi avec une résistance à l'étirement suffisante pour permettre, le cas échéant, le tirage du tube dans la galerie depuis une autre extrémité éloignée, ouverte, de celle-ci. Le tube doit également être résistant à l'écrasement et être inerte vis-à-vis du fluide qui y circule-ra.
En pratique, les tubes d'adduction d'eau potable en polypropylène (diamè-tre 32 mm, épaisseur 3,6 mm) peuvent parfaitement être utilisés dans la majorité des cas pour des pompes à chaleur utilisant un mélange d'eau et d'éthylène-glycol comme fluide caloporteur du réseau de captage.
Si le fluide caloporteur du réseau de captage est un gaz, on pourra utiliser un tube métallique de petit diamètre, de manière à limiter la quantité de gaz utilisée et réduire les pertes de charge. On pourra notamment utiliser un tube en acier inoxydable fermé à son extrémité par soudage et rabouté
par soudure (soudure orbitale TIG par exemple) soit au préalable, soit au fur et à mesure de l'enfouissement : dans ce dernier cas, il sera possible de constituer rapidement un tube continu de résistance parfaitement ho-mogène sur toute sa longueur, à partir de sections de tubes de longueurs quelconques.
Le tube interne 14, quant à lui, peut être un tube en matière plastique suf-fisamment souple pourvu de reliefs 44, par exemple des cannelures, bos-sages, etc. venus de moulage. Sa longueur est ajustée à celle du tube ex-térieur de manière à situer son ouverture basse 22 quelques centimètres avant l'occlusion 18 du tube extérieur, cette ouverture basse pouvant être biseautée pour maximiser l'échappement. Des fentes latérales (non re-présentées) peuvent être prévues pour permettre la circulation du fluide même en cas d'écrasement ou autre occlusion de la partie distale de la 5 sonde.
Comme le tube extérieur 12, le tube interne 14 doit être neutre à l'égard du fluide de captage. II doit présenter sur sa longueur un rayon de cour-bure minimum inférieur ou égal à celui du tube extérieur, et son diamètre externe doit être inférieur au diamètre interne du tube extérieur pour pou-

10 voir être enfilé à l'intérieur de ce dernier.
On notera qu'il n'est pas nécessaire que les tubes interne et extérieur soient coaxiaux ; la venue en contact du tube interne 14 avec la paroi in-terne du tube extérieur 12, par exemple dans les régions de courbure de la sonde, n'est pas gênante du point de vue de la circulation du fluide : la section de passage est conservée dès lors que les tubes ne sont pas écrasés et de plus, du point de vue thermique, cette singularité est avan-tageusement susceptible de créer des turbulences supplémentaires en cet endroit.
Le matériau du tube interne 14 est de préférence un matériau de faible conductivité thermique, ou constitué d'une structure incorporant un coeur isotherme 46 et/ou des cavités isolantes 48 comme illustré sur la figure 3.
Ceci permet d'isoler thermiquement les flux de circulation opposés, dans le tube interne 14 d'une part (flux d'admission) et dans le tube extérieur 12 d'autre part (flux de retour). L'échange thermique doit être en effet essen-tiellement opéré entre le fluide circulant dans le tube extérieur 12 et le mi-lieu environnant, et non entre les deux flux opposés.
Les sections respectives des tubes extérieur et interne sont avantageu-sement choisies de manière à définir un rapport optimal entre la section de passage du flux d'admission (dans le tube interne 14) et la section de passage du flux de retour (entre le tube extérieur 12 et le tube interne 14).
Avec une section d'admission inférieure à la section de retour, la vitesse du flux d'admission est plus élevée que celle du flux de retour. Le flux d'admission rapide minimise les pertes dans le tube interne 14, tandis que le flux de retour lent et turbulent favorise l'échange thermique entre le tube extérieur 12 et le milieu environnant.

11 D'autres modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés, avec une configuration de tubes différente de celle que l'on vient d'exposer où, comme illustré figure 4, un tube interne 14 était emmanché dans un tube extérieur 12 définissant deux espaces concentriques 60, 62, respective-ment pour le flux de retour et le flux d'admission.
Ainsi, comme illustré figure 5, il est possible de prévoir une sonde de cap-tage avec un tube extérieur 64 et un tube intérieur 66 qui n'est plus em-manché dans le tube extérieur, mais est accolé intérieurement à celui-ci avec une paroi commune 68, du même côté de laquelle s'étendent les deux tubes. L'ensemble est par exemple réalisé par extrusion ou co-extrusion. Les dimensions des tubes extérieur 64 et intérieur 66 sont choi-sies de manière à définir une section de passage du flux de retour 70 no-tablement supérieure à la section de passage du flux d'admission 72, pour ralentir la vitesse du flux de retour et favoriser l'échange thermique.
Dans.la variante de la figure 6, les deux tubes ne sont plus accolés intéri-eurement, mais extérieurement, la sonde se présentant sous la forme de deux tubes attenants 74, 76 avec une paroi commune 78 de part et d'au-tre de laquelle s'étendent les deux tubes. Là encore, il est possible de choisir des dimensions de tubes différentes pour optimiser les flux respec-tifs d'admission et de retour.
Un autre variante encore, illustrée figure 7, consiste à prévoir un nombre de tubes supérieur à deux, par exemple trois tubes 80, 82, 84. Si les tu-bes sont de même diamètre, il est ainsi possible d'utiliser deux tubes 80, 82 pour le flux de retour et un seul tube 84 pour le flux d'admission. Ceci permet, ici encore, d'accroître globalement la section du flux de retour.
Tout ce qui a été dit plus haut concemant la présence de reliefs 44 aptes à former des turbulences dans le flux de retour, la surface lisse du tube pour le flux d'admission, ainsi que l'isolation thermique entre les flux d'admission et de retour est applicable mutatis mutandis aux différents modes de réalisation des figures 5 à 7 où les tubes sont accolés au lieu d'être enfilés l'un dans l'autre.
La figure 8 illustre schématiquement une installation dans laquelle une pluralité de sondes de captage 10, 10', 10" selon l'invention sont utilisées et montées en série pour accroître encore l'échange thermique avec le mi-lieu environnant.

12 L'entrée 28 de la première sonde 10 est reliée à la sortie de fluide 86 de la pompe à chaleur 88, la sortie 34 de cette première sonde est reliée à l'en-trée 28' de la deuxième sonde 10', et ainsi de suite, la sortie 34" de la troi-sième sonde 10"' étant reliée à l'entrée de fluide 90 de la pompe à chaleur 88.
Il est également possible de monter en parallèle plusieurs sondes de cap-tage, dans le cas où la pompe à chaleur que ces sondes alimentent im-pose un débit qui ne peut être valablement satisfait par la section interne de l'un des tubes d'une sonde unique.
Comme on le comprendra aisément, la sonde de captage de l'invention, ou une pluralité de sondes de captage selon l'invention, peuvent être en-fouies dans une galerie dont le parcours a été défini en fonction des contraintes topographiques et de la nature du sous-sol. Cette galerie peut être aussi bien une galerie oblique, une galerie verticale, une galerie avec un départ oblique puis un plateau horizontal, une galerie courbe, etc. Il est possible de prévoir une installation avec des galeries plongeant à diverses profondeurs dans le sol et disposées les unes au-dessus des autres avec un espacement suffisant. Cette dernière configuration permet en particu-lier de solliciter une masse du milieu de captage beaucoup plus impor-tante que dans les configurations linéaires ou en deux dimensions, comme avec les systèmes de captage vertical ou horizontal convention-nels.
Les figures 9 et 10 montrent, en élévation et en coupe, un réseau de son-des ainsi installées dans le soi selon une configuration particulièrement avantageuse.
Dans l'exemple illustré, ce réseau comporte cinq sondes 10 telles que dé-crites plus haut, qui sont introduites dans des galeries creusées sensible-ment à partir du même endroit et qui ne débouchent à l'air libre que par un seul orifice.
Après avoir été introduites dans les galeries, les sondes 10 sont raccor-dées en série et/ou en parallèle et reliés à la pompe à chaleur 88.
Dans la configuration avantageuse des figures.9 et 10, le réseau de son-des s'étend en sous-sol, radialement à partir du point de raccordement, à
la manière de tentacules qui, en plan (figure 10) peuvent prendre une forme quelconque en fonction des impératifs du terrain environnant, la

13 seule limite étant le rayon de courbure permis par la machine de creuse-ment de la galerie et le rayon de courbure autorisé par la sonde. En pro-fondeur (figure 9), le réseau de sondes s'étend à une profondeur choisie en fonction des caractéristiques thermiques du sol et de la réglementa-tion, typiquement de l'ordre de 0,5 à 10 mètres au-dessous du niveau du sol, c'est-à-dire dans les régions du sous-sol susceptibles de présenter une température uniforme en toute saison (de l'ordre de 9 en climat tem-péré à basse altitude). Ces sondes sont de préférence disposées avec leur extrémité terminale au point le plus bas, de manière à éviter l'appari-tion de bulles.
La masse de terrain sollicitée pour le captage des calories est ainsi délimi-tée par un volume tridimensionnel 92, situé à faible profondeur et sur l'emprise du terrain autour de la pompe à chaleur.
Ce volume de captage 92 s'étendant à au moins 50 cm au-dessous du ni-veau du sol, il est possible d'implanter le réseau de sondes même en pré-sence d'arbres 94, ou également en passant sous l'habitation 96, comme on peut le voir sur la figure 10. Sur cette même figure, on a également il-lustré deux sondes qui, en plan, se croisent, ce qui est tout à fait possible car les galeries ne seront pas forées exactement au même niveau à cet endroit. Il est ainsi possible de moduler la localisation et l'intensité des échanges thermiques avec le milieu envirorinant en fonction des contrain-tes topographiques, et en s'affranchissant de tous les inconvénients liés aux systèmes antérieurs en boucle connus.
Par ailleurs, les tubes et sondes 10 sont avantageusement munis d'une isolation thermique 98, par exemple un manchon isolant, dans leur partie comprise entre le niveau du sol (collecteur de liaison à la pompe à chaleur 88) et le niveau supérieur du volume de captage 92. Ceci permet d'éviter des échanges thermiques inefficaces dans cette région du sol de faible profondeur, qui peut tomber à une température trop basse pour assurer un rendement thermique satisfaisant.
En utilisant une pluralité de sondes ayant chacune par exemple une lon-gueur de 25 m, il est ainsi possible de solliciter une masse de milieu im-portante même sur une parcelle de terrain réduite, par exemple avec des dimensions maximales typiques de l'ordre de 35 à 50 m. Pour des parcel-les de plus petites dimensions encore, par exemple en zone pavillonnaire,

14 il est possible de prévoir plusieurs nappes de sondes superposées, par exemple une première nappe s'étendant dans un volume de captage situé
entre 0,5 et 1,5 m au-dessous du niveau du soi, une deuxième nappe dans un volume de captage situé entre 3 m et 4 m au-dessous du niveau du sol, etc. afin d'augmenter la masse du milieu sollicité malgré une em-prise au sol réduite.

Claims

1. Une sonde de captage de l'énergie thermique du sol pour pompe à
chaleur, cette sonde (10) comportant un circuit de circulation de fluide ca-loporteur avec une entrée de fluide (28) et une sortie de fluide (34) aptes à être reliées à des prises respectives (86, 90) d'une pompe à chaleur (88), ce circuit comportant au moins deux tubes (12, 14 ; 64, 66 ; 74, 76 ;
80, 82, 84) s'étendant parallèlement, avec un tube d'admission de fluide (14 ; 66 ; 76 ; 84) relié à l'entrée de fluide et un tube de retour de fluide (12 ; 64 ; 74 ; 80, 82) relié à la sortie de fluide, sonde dans laquelle les tubes d'admission et de retour de fluide sont mis en communication entre eux à leurs extrémités distales, sont réalisés avec une paroi commune sur toute leur longueur, et forment un élément tubu-laire enfouissable unique avec une extrémité proximale comportant l'en-trée et la sortie de fluide, et une extrémité distale libre, sonde caractérisée en ce que la surface intérieure de la paroi du tube de retour de fluide est pourvue de reliefs (44) aptes à créer des turbulences dans le fluide circulant dans ce tube, et la surface intérieure de la paroi du tube d'admission de fluide est une surface lisse apte à favoriser un écou-lement laminaire du fluide circulant dans ce tube.

2. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle ladite paroi commune (36, 40, 46) est une paroi avec un coeur isotherme (46) et/ou enfermant des cavités isolantes (48).

3. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle la section de passage de fluide du tube de retour est supérieure à la section de pas-sage de fluide du tube d'admission.

4. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle la section ex-térieure dudit élément tubulaire enfouissable unique est uniforme sur tou-te la longueur de cet élément.

5. La sonde de captage de la revendication 4, dans laquelle la section ex-térieure dudit élément tubulaire enfouissable unique est une section circu-laire.

6. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle le diamètre hors-tout (d) dudit élément tubulaire enfouissable unique est inférieur à
150 mm, de préférence inférieure à 100 mm, très préférentiellement infé-rieure à 50 mm.

7. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle les tubes sont réalisés en un matériau souple apte à conférer de la flexibilité audit élé-ment tubulaire enfouissable unique.

8. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle l'extrémité
distale dudit élément tubulaire enfouissable unique est pourvue extérieu-rement d'un embout rapporté (20).

9. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle lesdits tubes d'admission et de retour de fluide sont des tubes (12, 14) emmanchés l'un dans l'autre, l'un des tubes étant un tube interne (14) ouvert à son extré-mité distale (22) et dont la paroi constitue ladite paroi commune, et l'autre des tubes étant un tube extérieur (12) enveloppant le tube interne et obtu-ré à son extrémité distale (18), la surface interne (38) du tube interne (14) étant lisse et la surface externe (42) de ce même tube interne (14) étant pourvue desdits reliefs (44).

10. La sonde de captage de la revendication 1, dans laquelle lesdits tubes d'admission et de retour de fluide sont des tubes attenants (64, 66 ; 74, 76 : 80, 82, 84).

11. La sonde de captage de la revendication 10, comprenant un seul tube d'admission (66 ; 76) et un seul tube de retour (64 ; 74) de fluide, et dans laquelle la section du tube de retour est supérieure à la section du tube d'admission.

12. La sonde de captage de la revendication 11, comprenant au moins trois tubes (80, 82, 84), avec un nombre de tubes d'admission (84) infé-rieur à celui des tubes de retour (80, 82) de fluide, et dans laquelle la sec-tion totale du (des) tube(s) de retour est supérieure à la section totale du (des) tube(s) d'admission.

13. La sonde de captage de la revendication 1, comprenant en outre, sur des parties choisies de sa longueur, une isolation renforcée (98) du tube d'admission et/ou du tube de retour de fluide.

14. Un réseau de captage de l'énergie thermique du sol pour pompe à
chaleur, caractérisé en ce que :
- ce réseau comprend une pluralité de sondes (10) selon l'une des re-vendications 1 à 13, enfouies dans des galeries creusées dans le sol, et - il présente une configuration tridimensionnelle limitée par un volume enveloppe (92) s'étendant sur une emprise de terrain et sur une pro-fondeur d'enfouissage données.

15. Le réseau de captage de la revendication 14, dans lequel les sondes (10) comprennent une isolation renforcée (98) du 'tube d'admission et/ou du tube de retour de fluide, sur leur partie s'étendant entre le niveau du sol et ledit volume enveloppe.

16. Le réseau de captage de la revendication 14, dans lequel ledit vo-lume enveloppe s'étend à une profondeur comprise entre 0,5 et 10 mètres au-dessous du niveau du sol.

17. Le réseau de captage de la revendication 14, dans lequel lesdites sondes sont disposées avec leur extrémité terminale au point le plus bas.