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Lycée Marc Bloch à Sérignan TRT et dimensionnement

Evaluation technico-économique

Faisabilité / Choix énergétique TRT / Etudes Phase travaux

Caractérisation du site (Test de Réponse Thermique) et dimensionnement précis

Rédaction du DCE Suivi de travaux Exécution des travaux

Etapes du montage d’un projet

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!   1. Mise en place de la sonde pilote - Forage et installation d’une sonde géothermique (qui peut être

utilisée dans le futur champ de sondes) + suivi géologique !   2. Réalisation du Test de Réponse Thermique

- Mesure des propriétés thermiques du sous-sol, en utilisant la sonde pilote

!   3. Etudes et dimensionnement par simulation numérique

- Dimensionnement de l’installation géothermique par utilisation de logiciels appropriés

Phase TRT / Etudes

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1. Forage et pose des sondes pilote

Atelier de forage

4 sondes pilote installées

Forage rotary

Arrêt à 95m (aquifère protégé de l’Astien)

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2. Test de réponse thermique

Réponse du terrain

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Réponse du sous-sol à un stress thermique

Appareil de test

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RESULTATS DU TEST DE REPONSE THERMIQUE

Sonde N°1

Sonde N°2

Sonde N°3

Sonde N°4

Température du sous-sol (°C) 16,90 17,20 17,60 17,60 Conductivité (W/m.K) 1,91 1,84 1,91 1,69

2. Test de réponse thermique

Choix de l’implantation des sondes : Zone des sondes pilote N°1 et 3. Température du sous-sol : excellente Conductivité thermique : moyenne

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3. Etudes et dimensionnement

Utilisation du logiciel de simulation dynamique TRNSYS (simulation par pas de temps de 1 heure). Etude du comportement du champ de sondes sur une année, puis sur le long terme (20-25 ans) Critère de dimensionnement : Remplissage des sondes avec de l’eau (sans antigel) !   Température minimale atteinte par l’eau en entrée des sondes géothermiques supérieure à 5°C

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3. Etudes de dimensionnement

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Temps (h) sur 20 années

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Comportement sur le long terme (20 ans)

Température en entrée des sondesTempérature en sortie des sondes

Exemple de résultat de simulation : température de l’eau à l’entrée et à la sortie des sondes, heure par heure, sur 20 ans

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DIMENSIONNEMENT Nombre de sondes : 60 Profondeur : 95 m Espacement entre sondes : 10 m Type de sonde : Double-U en PEHD Ø32 Cimentation : Coulis à haute conductivité

Dimensionnement satisfaisant le critère sur le long terme

3. Etudes de dimensionnement

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Merci pour votre attention

Bruno SEGUIN 06 75 73 98 56 [email protected]

HÔTEL DE RÉGION 201 avenue de la Pompignane

34064 Montpellier cedex 02 Tél. : +33 (0) 4 67 22 80 00

REGION LANGUEDOC ROUSSILLON Direction de l’Éducation

Journée Régionale de la GEOTHERMIE 12 novembre 2013



C’est afin de donner aux jeunes les meilleures conditions de réussite et d’épanouissement et de favoriser leur accès à l’emploi que la Région Languedoc-Roussillon s’investit tout particulièrement dans le domaine de l’éducation. Budget 2013 consacré à l’éducation:

168.5 M€ d’investissement 210 M€ de fonctionnement.

87 lycées publics

101 986 lycéens (dont 79 % dans le secteur public)

86.4% tous bac confondus Augmentation de 7.7 % depuis 2005.

CHIFFRES CLES DE l’EDUCATION



Constat en 2004 : Un patrimoine insécurisé et très dégradé 48 lycées de la Région sous Avis Défavorable de la Commission de Sécurité Objectif : Faire face au délabrement de la plupart des lycées publics existants de la Région afin de recréer les conditions de la réussite scolaire et réduire les inégalités sociales Action : Vote d’un premier PPI 2004-2010 : 1,1 milliard d’euros

Plan Pluriannuel d’Investissement (PPI 2004-2010)



LYCEES NEUFS DE LA REGION Direction de l’Éducation



Réhabilitation de 70 lycées Remise aux normes de sécurité, d’accessibilité et d’hygiène de l’ensemble du patrimoine bâti Augmentation des capacités d’hébergement en internat Création de 520 places supplémentaires Développement d’espaces supplémentaires pour l’enseignement et notamment l’enseignement professionnel Création de 1852 places dans les sections professionnelles

Bilan PPI 2004-2010



Lycée Jean Moulin

à Béziers



Lycée Paul Langevin

à Beaucaire



Lycée

Alphonse DAUDET

à Nîmes



Constat en 2010 : Nécessité de poursuivre l’effort de restructuration Objectifs : Achever les restructurations initiées dans le PPI précédent Réaliser des restructurations dans les lycées n’ayant pas bénéficié du premier PPI Développer des actions fortes en matière de développement durable Mettre en conformité l’accessibilité des lycées Action : Vote d’un deuxième PPI 2010-2015 de 456 millions d’euros

Mise en place d’un deuxième PPI 2010-2015



Démarche: avant tout économies d’énergie

puis pour le solde recours aux énergies renouvelables

Avec le CRTE, la Région a défini des objectifs énergétiques, à destination de toutes les opérations de travaux et maintenance 1ère étape : objectifs du CRTE voté en 2007 - approche globale du parc - tous usages électriques comptabilisés - hors ENR - énergie finale Proche niveau EFFINERGIE 2ème étape : Expérimentation du lycée Marc Bloch (livré en septembre 2013)

10 kWh/m² chaleur et 10 kWh/m² électricité 3ème étape : renforcement des exigences analyse en cours à l’aide des retours d’expérience pour abaisser les niveaux de consommation exigés, en raison de la problématique des surchauffes en demi-saison sur des bâtiments très isolés ( apports internes importants)

et ECS

Démarche en matière de maîtrise de l’énergie amorcée en 2006



Mise en œuvre du référentiel: processus opérationnel et moyens

La démarche régionale : une approche pragmatique fondée sur une expertise interne et sur les retours d’expérience

évaluation / campagnes de mesures

Étude des besoins réels

Tests et mesures pour contrôler la qualité de mise en œuvre et le respect des cahiers des charges

outils de simulations pour les études de conception

PROGRAMME / CRTE

ETUDES de CONCEPTION

CHANTIER

RECEPTION / EVALUATION

Rendus spécifiques (synoptiques, DEM...)

Réunions thématiques (énergie, restauration…)

AMO énergie à la demande

Expertise interne environnement et énergie (chauffage, électricité…) plus thématiques (restauration, VDI, SSI…)



Exemple du lycée Marc Bloch :

Réalisation d’une installation géothermique



Lycée MARC BLOCH–Programme de l’opération de construction

Le lycée Marc Bloch est le 5ème lycée sur le secteur biterrois, destiné à alléger les effectifs des lycéens accueillis au lycée Jean Moulin de Béziers. Lycée d’Enseignement Général Technologique et d’Enseignement Professionnel dans les métiers de la comptabilité et du secrétariat et une section de technicien supérieur : management des unités commerciales, assistance de direction, informatique de gestion Capacité d’accueil : 1 588 élèves intégrant 48 divisions Surface utile totale de 13 777 m² (surface totale 20 726 m²) comprenant : - des locaux d’enseignement - un service de restauration scolaire avec une cuisine de production d’une capacité de 1 280 rationnaires, - un internat d’une capacité de 100 lits - un plateau sportif extérieur.

Montant de l’opération: 52 M€ TDC Démarrage travaux: Juin 2011 Mise en service : Rentrée scolaire de septembre 2013



Lycée MARC BLOCH – Plan de masse

Bât J Logements de

fonctions

Bât B1 Enseignement général

Bât C1 Internat

Bât B2 Enseignement

Artistique Enseignement Tertiaire

Bât A1 Administration Enseignement scientifique

Bât A 2 Accueil loge Locaux professeurs CDI Enseignement général

Bât A 3 Cuisine Restaurant

Bât E Vestiaire EPS

Bât D Salle polyvalente

Pompe à chaleur Chaudière à gaz

Champ de sondes géo thermiques



LYCEE MARC BLOCH Sérignan



Démarche :

Exigences BBC+ et recours à la géothermie

Etude de faisabilité et choix géothermie verticale

Etude du positionnement du champ de sondes à partir de la réponse

thermique du sol suite à des campagnes de sondages

Etudes des besoins en chaleur et froid du lycée et dimensionnement des

sondes

Réalisation des travaux et mise en œuvre (AO spécifique)

Suivi du fonctionnement - instrumentation

Equipe de mise en œuvre

Lycée MARC BLOCH- Réalisation d’un installation GEOTHERMIQUE

Architecte : cabinet FONTES Bureau d’études fluides : DURAND Tests de réponse thermique: X-TERMA Etudes géologiques: HYDRO GEO SERVICES Bureau d’études sondes géothermiques: ANTEA Group Travaux: MCCF



Construction du lycée MARC BLOCH – Démarche énergétique

Objectifs énergétiques très ambitieux (BBC +): Consommation d’électricité 10 kWh/m²/an (énergie finale) Consommation de chauffage et ECS 10 kWh/m²/an Lycées précédents: 15 kWh élec et 50 kWh chauffage Problématique du confort d’été des locaux performants sur le plan de l’isolation et de l’étanchéité à l’air et ayant des apports internes importants (problématique renforcée par l’évolution du climat) Recours à pompe à chaleur pour traiter les éventuels risques de surchauffes (utilisation en rafraîchissement) Exigence d’un COP élevé (proche de 5) Choix de la géothermie (profiter des échanges avec le sous-sol et de sa température élevée 17°C)



Lycée MARC BLOCH - Etude de confort d’été

Simulation thermodynamique Comparaison des températures au dessus de 28 °C atteintes dans les salles en période d’occupation: - avec conditions météo moyennes: moins de 40 h dans l’année au-dessus de 28 °C - et avec conditions météo extrêmes type canicule de 2003 : dépassement important où rafraîchissement passif ne suffit plus dans la plupart des locaux



Lycée MARC BLOCH – Conception énergétique du projet

Cohérence entre la minimisation des besoins énergétiques, le mode d’émission du chauffage et la production de chaleur par PAC 1. Maîtrise des consommations de chauffage :

- une architecture bioclimatique fortement paysagée

-  traitement impératif de l’enveloppe avec parois très fortement isolées thermiquement et étanchéité à l’air de l’enveloppe

- ventilation par centrale double flux 2. Moyens de production de chaleur :

- Chauffage par géothermie en circuit fermé avec pompe à chaleur en puisant la chaleur du sous-sol

-  L’installation peut être inversée, c’est à dire qu’il est possible de rafraîchir les locaux traités en envoyant cette chaleur vers le champ de sondes géothermiques 3. Modes de chauffage adaptés :

- Les températures d’émission les plus faibles possibles pour optimiser le rendement de la PAC

- tout air pour les classes qui sont des locaux à forte occupation intermittente, - chauffage statique par radiateurs pour l’internat, - plancher chauffant pour l’administration, etc



Résultats de la simulation thermodynamique : couverture des besoins en chaleur suivant différents modes de production (chaudière gaz, chaudière bois, PAC électricité et PAC gaz)

Comparatif des consommations d’électricité, de gaz et de bois

Lycée MARC BLOCH : comparaison des modes de production de la chaleur par la STD

Choix type de géothermie: tude de faisabilité pour faire le choix de puiser la chaleur dans le sol par géothermie verticale Géothermie horizontale aurait nécessité une surface de captage de 10.000 m² (excavation de 10.000 m3)



Lycée MARC BLOCH – Dimensionnement de l’installation géothermique

Caractéristiques de l’installation PAC sur géothermie Besoins du lycée : Demande totale de 572 kW pour -5°C extérieur Besoins de chaleur annuels de 168.000 kWh Couverture des besoins à 90 % par la PAC avec 40 % de la puissance totale et Appoint par chaudière gaz Champ de sondes géothermiques 60 Sondes double-U de Ø 32mm installées verticalement sur 95m de profondeur. Linéaire total de l’échangeur : 5260 m en vertical et 600 m en horizontal Ø 40 Puissance d’échange 28 W/ml, soit une puissance extraite de 157,36 kW et une consommation extraite du sol de 133 100 kWh/an. Utilisation de la PAC La production d'eau chaude et d'eau glacée est réalisée à partir d'une pompe à chaleur Besoins 202 kW en Chaud - Puissance absorbée élec de 41,8 kW (COP : 4,85) Besoins 178 kW en froid – Puissance absorbée élec de 34,1 kW Régime d'eau des sondes géothermiques : 10/13 °C en hiver et 22/25 °C en été. Régime d'eau sortie de PAC (coté utilisateur) : 40/35°C en hiver et 10/15°C en été



Comparatif entre projet PAC sur géothermie profonde Et projet de chaufferie Bois avec silo à plaquettes Lycée Prévert (livré en septembre 2009) Coût silo, chaufferie bois et équipements chaudière bois : 485.400 €HT Subvention du FEDER: 274.602 € et ADEME 68.651 € Lycée Marc Bloch (livré en septembre 2013)

Coût études préalables: 63.860 € Coût installation géothermique: 395.000 € Coût PAC: 56.190 € Total coûts: 515.050 €HT Subvention du FEDER: 190.257 €

Lycée MARC BLOCH - Coûts



Campagne de mesures d’un an réalisée par notre AMO énergie

ENERTECH en utilisant les données enregistrées par la GTC et la pose

de mesureurs complémentaires

- le comportement du stockage géothermique

- les performances de la pompe à chaleur

- les performances énergétiques du lycée (bilan BEI)

- les performances thermiques d'un bâtiment BBC+ (évaluation bâti,

performances du chauffage à air, évolution des températures hors

saison de chauffe)

Lycée MARC BLOCH - Suivi installation géothermique



Lycée MARC BLOCH – Etudes Préalables

Test de réponse thermique du sol de mars à août 2010 (étude dynamique) Forages test n°1 (zone parking) et 2 (terrain de sport) à 100 m de profondeur Avec Suivi géologique et hydrogéologique du sol (étude réglementaire) Forages complémentaires n°3 et 4 sur la zone parking Ces tests ont permis de : - Mesurer la conductivité thermique du sous-sol - Déterminer la puissance d’échange avec le sol, nécessaire au calcul du nb de sondes - Localiser l’emplacement du champ de sondes

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