La gestion de l’énergie dans les environnements urbains pose des questions de plus en plus pressantes face à l’urbanisation galopante et à ses impacts sur le climat. Les systèmes traditionnels de chauffage et de refroidissement montrent leurs limites, poussant à la recherche de solutions plus durables et efficaces. L’intégration des pompes à chaleur géothermiques avec des pieux énergétiques pourrait-elle offrir une réponse adaptée à ces défis ?
La civilisation humaine connaît une évolution sans précédent, avec des innovations quotidiennes. Cette dynamique s’appuie sur des ressources énergétiques jamais exploitées auparavant. Cependant, le développement non durable a suscité des préoccupations concernant ses effets néfastes sur l’environnement, notamment en termes d’efficacité énergétique et de changement climatique dans les zones urbaines. L’urbanisation rapide a accentué l’effet d’îlot de chaleur urbain, où les températures dans les villes sont significativement plus élevées que dans les zones rurales environnantes, augmentant ainsi la demande énergétique pour les systèmes de chauffage et de refroidissement. En conséquence, les pompes à chaleur traditionnelles souffrent d’une efficacité réduite dans ces environnements urbains chauds, ce qui entraîne une consommation d’électricité accrue et des coûts d’exploitation plus élevés. Cette situation souligne l’importance de solutions énergétiques innovantes et durables.
Les pieux énergétiques et les pompes à chaleur géothermiques
L’intégration des systèmes de pompes à chaleur géothermiques (GSHP) avec des pieux énergétiques présente une solution prometteuse. Les pieux énergétiques offrent un double avantage en combinant le soutien structural des fondations avec des capacités d’échange de chaleur géothermique. Les avancées dans les technologies géotechniques et énergétiques permettent désormais leur mise en œuvre dans diverses conditions urbaines.
Une étude récente, menée par le professeur Shinya Inazumi du College of Engineering de l’Institute of Technology de Shibaura et le professeur associé Apiniti Jotisankasa de l’Université Kasetsart, a examiné en profondeur l’intégration des systèmes GSHP avec les pieux énergétiques. Leur article a été publié dans la revue Smart Cities le 25 novembre 2024.
Le professeur Inazumi a déclaré : « Ces dernières années, l’accent mondial s’est de plus en plus porté sur la réduction des émissions de carbone et la transition vers des sources d’énergie renouvelables. Cette étude visait à proposer une solution pratique et évolutive qui relie l’ingénierie géotechnique aux systèmes d’énergie renouvelable, contribuant ainsi à une infrastructure urbaine durable tout en abordant les questions essentielles de gestion énergétique et d’impact environnemental. »
Avantages et applications pratiques
La combinaison des systèmes GSHP et des pieux énergétiques représente une approche innovante pour diminuer la consommation d’électricité et les coûts d’exploitation dans les villes confrontées à une demande énergétique croissante. Elle exploite les températures stables du sol pour fournir un chauffage et un refroidissement efficaces, surpassant ainsi les systèmes traditionnels à source d’air. De plus, elle favorise la dissipation de la chaleur grâce à une circulation optimisée des eaux souterraines, assurant ainsi la longévité et la performance des systèmes géothermiques.
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Les chercheurs insistent sur la nécessité d’une conception adaptée et d’une gestion flexible de cette infrastructure bicéphale. Ils recommandent des stratégies spécifiques au site pour maximiser les bénéfices. Dans les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels, ces systèmes peuvent réduire considérablement les coûts de chauffage et de refroidissement tout en diminuant les émissions de carbone. Les villes intelligentes peuvent intégrer des pieux énergétiques dans la refonte de leurs infrastructures, en alignement avec les objectifs d’action climatique et en améliorant la résilience face à l’effet d’îlot de chaleur urbain. Notamment, les pieux énergétiques peuvent être intégrés dans les routes, les ponts et les systèmes de transport souterrain pour gérer les charges thermiques. Cette intégration pourrait optimiser l’efficacité énergétique des installations de transport et prolonger leur durée de vie structurelle.
Encouragements gouvernementaux et perspectives
Le professeur Inazumi souligne : « Les subventions ou les allègements fiscaux soutenus par le gouvernement pourraient encourager l’adoption généralisée de cette technologie, réduisant ainsi les barrières comme les coûts élevés d’installation initiale et favorisant une croissance urbaine durable. »
Les chercheurs encouragent les scientifiques et les urbanistes à explorer davantage le système GSHP et l’approche intégrée basée sur les pieux énergétiques pour promouvoir un développement urbain durable. En comblant le fossé entre l’ingénierie géotechnique et l’énergie renouvelable, leur travail pose les bases d’un habitat urbain durable, s’attaquant aux défis énergétiques actuels de l’humanité et visant à améliorer le développement urbain énergétiquement efficace et résilient.
Légende illustration : système géothermique via IA
Article : ‘Enhancing smart city energy efficiency with ground source heat pump systems and integrated energy piles’ / ( 10.3390/smartcities7060138 )
Shibaura Institute of Technology – Publication dans la revue Smart Cities / 25-Nov-2024
