Le système innovant du pays capte ou rejette la chaleur du/dans le sol à travers les pieux qui constituent la fondation du bâtiment. Ces pieux sont enterrés et, comme ils sont en contact direct avec le sous-sol, ils ont une grande surface de contact pour les échanges thermiques. Grâce à des tubes installés à l’intérieur et à l’aide d’un fluide, l’énergie thermique est amenée à la surface, où une pompe géothermique échange de la chaleur entre le sous-sol et l’environnement du bâtiment. « Dans les tests, nous avons utilisé de l’eau potable comme fluide pour échanger de la chaleur entre la fondation et le sous-sol. La pompe échange de la chaleur avec l’eau d’un autre réfrigérant qui circule à l’intérieur. Cet échange s’effectue de manière continue et répétitive jusqu’à ce que la température souhaitée pour l’environnement soit atteinte », rapporte le chercheur.
« L’expérience internationale a montré que ce type de système a été efficace et efficace dans les environnements de chauffage ou de refroidissement et dans la réduction de la consommation d’énergie. L’utilisation de ces structures a été encouragée en Europe par le gouvernement afin de réduire les coûts et les émissions de dioxyde de carbone., se souvient Thaise. Au Brésil, la nouveauté n’a pas encore de coût défini, mais à long terme, l’investissement est compensé par des économies sur les coûts d’électricité.
Les aspects environnementaux et économiques ont incité un ingénieur minier autrichien à créer le système de pompe à chaleur en 1855. La technologie est l’une des réalisations d’ingénierie les plus sophistiquées du 20e siècle. Nous avons effectué des tests d’échange thermique à grande échelle entre la fondation et le sous-sol au champ expérimental des fondations du CESE, à São Carlos. De plus, nous avons également effectué des tests mécaniques et des tests thermiques au sol. Les résultats ont été très positifs », dit Thaie.
Le système de captage d’énergie géothermique peut être appliqué dans tous les types de bâtiments. Avant cela, cependant, il est nécessaire de connaître les propriétés thermiques du sous-sol de cet endroit et d’analyser les conditions climatiques et la demande thermique du bâtiment. « On sait déjà qu’à partir de quelques mètres de profondeur, la température du sol ne change pratiquement pas au cours de l’année, bien qu’elle varie dans l’environnement extérieur, et elle est similaire à la température atmosphérique annuelle moyenne du lieu. Le Brésil est un pays d’extension continentale qui présente des températures annuelles moyennes qui varient selon les régions. Par conséquent, l’efficacité de ce système, qui permet de réduire les coûts d’exploitation des bâtiments sur le long terme, doit varier selon les régions », explique le spécialiste.
La demande de sources alternatives d’énergie renouvelable a augmenté dans le monde entier et son utilisation est devenue courante dans les projets de construction, ce qui élargit la recherche de technologies utilisant une énergie propre. Déjà appliqué dans d’autres pays européens et aux États-Unis depuis au moins 20 ans, le système géothermique est l’une des applications d’énergie renouvelable à la croissance la plus rapide sur la planète. Cependant, son utilisation n’avait jamais été étudiée pour une mise en œuvre sur le territoire brésilien, qui a un climat différent des pays qui l’utilisaient déjà.
« L’expérience internationale a montré que ce type de système a été efficace et efficace dans les environnements de chauffage ou de refroidissement et dans la réduction de la consommation d’énergie. L’utilisation de ces structures a été encouragée en Europe par le gouvernement afin de réduire les dépenses et les émissions de dioxyde de carbone », rappelle Thaie. Au Brésil, la nouveauté n’a pas encore de coût défini, mais à long terme, l’investissement est compensé par des économies sur les coûts d’électricité.
Une grande partie de la consommation d’électricité au Brésil est dirigée vers les bâtiments, avec une part importante liée à l’utilisation de systèmes de climatisation artificielle. On estime également que la consommation d’électricité pour les systèmes de climatisation au Brésil passera de 18,7 térawattheure (TWh) en 2017 à au moins 36,8 TWh en 2035. « La demande par la climatisation artificielle dans les bâtiments brésiliens – que ce soit pour chauffer ou refroidir l’environnement – est et sera encore une part considérable de la consommation nationale d’électricité, générant un impact sur la production et sur l’environnement », estime le chercheur.
La recherche des Brésiliens d’une température confortable à la maison ou au travail place le pays au cinquième rang mondial des consommateurs de climatiseurs. Les données du ministère des Mines et de l’Énergie montrent qu’entre 2005 et 2017, seul le secteur résidentiel brésilien a plus que doublé la possession de cet équipement, ayant augmenté sa participation à la consommation totale d’électricité dans les foyers de 7%, en 2005, à 14 % en 2017. Compte tenu de la nécessité de réduire la consommation d’électricité avec la climatisation au Brésil, le système basé sur l’échange d’énergie thermique avec le sous-sol depuis les fondations peut être une alternative aux systèmes de climatisation traditionnels.
Les études menées au CESE, qui ont débuté en 2014, ont été financées par la Fondation pour le soutien à la recherche de l’État de São Paulo (Fapesp), via un projet de recherche coordonné par le professeur Cristina Tsuha, qui était la conseillère de Thaise, et par le National Conseil du Développement Scientifique et Technologique (CNPq), qui a accordé une bourse doctorale au chercheur.
La thèse de Thaise a remporté le prix Costa Nunes de l’Association brésilienne de mécanique des sols et d’ingénierie géotechnique en tant que meilleure thèse de doctorat de l’exercice biennal 2018-2019. Le chercheur, qui a concouru avec des travaux de tout le pays et de différents domaines de la géotechnique, a célébré la reconnaissance. « En plus de représenter l’importance de mon travail, la victoire finit aussi par promouvoir l’innovation et la pertinence de mettre en place ce type de système au Brésil. Nous sommes sur la bonne voie », conclut-il.
« Laboratoire vivant » des technologies durables
Le bâtiment sera utilisé par l’École polytechnique comme un « laboratoire vivant », où de nouvelles technologies durables et de nouveaux matériaux seront testés. Les travaux sont actuellement interrompus en raison de la pandémie, mais devraient être repris dès que possible.
Texte : Avis de communication du CESE, avec des informations de Thaie Morais
