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Vue imagée des échangeurs de la plate-forme expérimentale géothermie du BRGM (Orléans, Loiret, 2009). © BRGM

Travaux de normalisation appliqués à la géothermie très basse énergie

12.10.2018
La géothermie très basse énergie, c’est-à-dire qui nécessite l’utilisation d’une pompe à chaleur, couvre différentes techniques en fonction du type d’échangeur géothermique utilisé : en circuit fermé (sondes géothermiques verticales, champs de sondes, corbeilles, capteurs horizontaux, capteurs à détente directe) et en circuit ouvert (forages d’eau). Ces solutions techniques ne sont pas toujours encadrées par des référentiels techniques (Document Technique Unifié), règles de l’art (guides), normes ou certifications.

Afin de répondre au besoin d’encadrement du développement des sondes géothermiques verticales en France, le BRGM a lancé en 2007, en collaboration avec le Syndicat des Foreurs d’Eau et de Géothermie (SFEG), une première démarche de normalisation de la mise en œuvre de la sonde géothermique verticale qui s’est traduite par l’homologation de la norme NF X10-970 le 30 août 2010 (norme révisée en janvier 2011). Dans la continuité de cette action, une démarche visant la normalisation « produit » sur la boucle de sondes géothermiques a été mise en route fin 2009. La norme ainsi rédigée a été homologuée le 27 mars 2013 (NF X10-960). En 2012, la révision de la norme NF X10-999 relative au forage d’eau de géothermie a également été mise en œuvre en collaboration avec le SFEG (norme révisée homologuée le 30 août 2014). Fin 2010, un groupe de travail dédié au coulis géothermique de scellement des sondes a été lancé en vue de réaliser un projet de norme. Ces travaux se sont achevés par la publication, en février 2018, de la norme AFNOR XP X10-950 sur le coulis géothermique.

L’objectif global de ces actions de normalisation est de compléter le catalogue normatif existant afin de mieux encadrer la profession et de structurer les différentes filières associées en leur fournissant des référentiels techniques et juridiques. Ces normes doivent être maintenues à jour par le biais de révisions permanentes.

Préparation du coulis géothermique pour la cimentation d’une sonde géothermique sur la Plateforme expérimentale du BRGM. © BRGM - Didier Depoorter

Préparation du coulis géothermique pour la cimentation d’une sonde géothermique sur la Plateforme expérimentale du BRGM. © BRGM - Didier Depoorter

Contexte

Le BRGM a lancé en 2007, en collaboration avec le Syndicat des Foreurs d’Eau et de Géothermie (SFEG), une démarche globale de normalisation orientée vers la géothermie de minime importance. L’objectif était de compléter le catalogue normatif afin de mieux encadrer la profession en mettant à sa disposition des référentiels techniques et juridiques à jour.

Dans l’optique d’exploiter la géothermie très basse énergie, la cimentation d’une sonde géothermique verticale représente une phase primordiale des travaux. Elle permet en effet d’assurer la protection de l’environnement, en évitant notamment les infiltrations venant de la surface ou la mise en connexion de plusieurs aquifères. La cimentation permet également d’assurer l’équilibre des contraintes mécaniques dans le forage et d’optimiser le transfert de l’énergie (chaud et/ou froid) entre le sous-sol et l’échangeur.

Le choix du ciment et de ses caractéristiques, en particulier sa conductivité thermique et sa résistance aux agressions chimiques du milieu dans lequel il est injecté, représente donc un enjeu majeur pour garantir la bonne performance de l’échangeur et sa pérennité dans le temps. Les principaux enjeux pour la filière sont d’une part, de mettre à disposition des fabricants de coulis une norme spécifique sur le coulis géothermique « prêt à gâcher » et d’autre part, de caractériser le coulis géothermique en termes de performances thermique, mécanique et chimique, en prenant en compte des aspects de durabilité et de protection de l’environnement.

En 2010, le BRGM a mis en place un groupe de travail sur le coulis géothermique de scellement des sondes, en vue de réaliser un avant-projet de norme. Dans la continuité de cette action, en 2014, il a créé puis présidé, en collaboration avec AFNOR Normalisation, une commission spécifique sur le coulis géothermique (X10-G) dont l’objectif était de rédiger un projet de norme (PR NF X10-950).

Objectifs

Les principaux objectifs visés par la norme sur le coulis géothermique sont de fournir un référentiel technique sur les essais de caractérisation en laboratoire du coulis géothermique aux fabricants de coulis, en précisant les objectifs de performance et les seuils normatifs, ainsi que les prescriptions techniques de la mise en œuvre du coulis sur site aux entreprises de forages ou bureaux d’étude sous-sol.

Programme des travaux

Durant sept années, la collaboration entre le BRGM et AFNOR Normalisation a permis de passer toutes les étapes, depuis l’avant-projet à la publication de la norme en passant par le développement de protocoles spécifiques :

  • Septembre 2010 : mise en place par le BRGM d’un groupe de travail sur l’avant-projet de norme ;
  • Janvier 2014 : création par le BRGM, en collaboration avec AFNOR Normalisation, d’une commission française de normalisation spécifique pour le coulis géothermique (X10-G) ;
  • 2015 : recensement des essais de caractérisation du coulis pratiqués par les fabricants. Les premiers essais de lixiviation (échantillons concassés) sont réalisés par le CEREMA ; il s’agit d’essais à 28 jours sur trois paramètres (sulfates, métaux lourds, chlorures), réalisés sur trois types de coulis différents ; 
  • 2016 : réalisation d’essais croisés inter-laboratoires afin de valider la norme avant son homologation ;
  • 2017 : finalisation des essais inter-laboratoires, finalisation de la norme, mise à l’enquête publique et homologation.
  • 2018 : publication de la norme XP X10-950.

Essais de lixiviation, réalisés sur des échantillons monolithiques de coulis. © CEREMA

Essais de lixiviation, réalisés sur des échantillons monolithiques de coulis. © CEREMA

Résultats obtenus

La norme XP X10-950 a été publiée le 14 février 2018 et est désormais disponible sur le site www.boutique.afnor.org

Les travaux réalisés ont notamment permis de définir les critères de performance (thermique, mécanique, durabilité, ouvrabilité) des coulis géothermiques ainsi que les essais de caractérisation à mener en laboratoire. Deux protocoles ont été développés spécifiquement pour cette norme : la mesure de la conductivité thermique du coulis selon trois méthodes normalisées (Hot disk, Isomet, Ct mètre) et le moulage des éprouvettes de coulis. Des annexes informatives font référence aux protocoles détaillés, à un tableau synthétique des spécifications et seuils normatifs associés aux différents essais de caractérisation, ainsi qu’à une fiche technique que le fabricant peut apposer sur son produit.

Les résultats des différents travaux entrepris par la commission X10-G sont présentés dans les rapports BRGM dédiés. À la demande du BRGM, AFNOR Normalisation a réalisé, en 2015, une étude de faisabilité pour le portage au niveau européen des normes françaises (forage d’eau et de géothermie, sonde géothermique, coulis géothermique, boucle de sonde). Cette démarche a contribué à la création du comité technique européen CEN TC 451 sur la normalisation du forage le 5 juillet 2016, sous présidence française. L’ADEME apporte actuellement son soutien au BRGM pour contribuer à ces travaux, qui visent à l’homologation d’une norme européenne sur les forages d’eau et sur les sondes géothermiques en 2020.

Partenaires et membres de la comission X10-G ayant participé aux travaux de normalisation du coulis

ADEME

DGEC, IFSTTAR, Hermes Technologies, CEREMA, Université de Rennes I-IUT, ANTEA France, DEB, Schwenk Zement KG et Faveyrol

RAPPORTS PUBLICS

Guides techniques et normes appliqués à la géothermie très basse énergie. Bilan de l'année 2013. Rapport final - RP-63016-FR

Activité de normalisation appliquée à la géothermie très basse énergie - Bilan de l'année 2014. Rapport final - RP-64342-FR

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34