Design and execution of energy piles : Validation by in-situ and laboratory experiments

par Andreea-Roxana Vasilescu

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Panagiotis Kotronis.

Le président du jury était Jean-Michel Pereira.

Le jury était composé de Panagiotis Kotronis, Jean-Michel Pereira, Pierre Breul, Frédéric Collin, Alice Di Donna, Christophe Dano, Anne-Laure Fauchille, Richard Manirakiza.

Les rapporteurs étaient Pierre Breul, Frédéric Collin.

  • Titre traduit

    Dimensionnement et exécution de pieux énergétiques : Validation par essais in-situ et en laboratoire


  • Résumé

    Les pieux énergétiques représentent une solution alternative intéressante, face à l’accroissement des besoins mondiaux en énergie et à la réduction de l’utilisation des énergies fossiles. L’objectif principal de la thèse est d’identifier et de quantifier les principaux facteurs influençant le dimensionnement des pieux géothermiques, qui sont impactés par les changements de température des pieux lors de leur activité. Pour ce faire, ce travail de thèse a été dressé en 3 campagnes expérimentales, dont deux à échelle réelle : (i) une première campagne à chargement thermomécanique contrôlé (Marne La Vallée), (ii) une seconde campagne en conditions d’utilisation réelles sous une station d’épuration (Sept Sorts) et (iii) une troisième campagne à l’échelle du laboratoire grâce à une nouvelle machine de cisaillement direct d’interface permettant l’étude du comportement thermo mécanique des interfaces sol-structure. Ces trois campagnes expérimentales ont pour but de quantifier l’effet de la température et des cycles de température sur le comportement des pieux énergétiques. Les premiers résultats expérimentaux de la campagne de Sept Sorts ont ensuite été simules dans le code LAGAMINE via la méthode des éléments finis, afin d’adopter une approche complémentaire permettant de mieux appréhender la réponse thermomécanique de ce type de pieu lors de l’activation géothermique. et (iii) une troisième campagne à l’échelle du laboratoire grâce à une nouvelle machine de cisaillement direct d’interface permettant l’étude du comportement thermo mécanique des interfaces sol-structure. Ces trois campagnes expérimentales ont pour but de quantifier l’effet de la température et des cycles de température sur le comportement des pieux énergétiques. Les premiers résultats expérimentaux de la campagne de Sept Sorts ont ensuite été simules dans le code LAGAMINE via la méthode des éléments finis, afin d’adopter une approche complémentaire permettant de mieux appréhender la réponse thermomécanique de ce type de pieu lors de l’activation géothermique.


  • Résumé

    Energy piles, also called thermo-active piles, are an alternative solution to the increase in the global energy demand as well as in mitigating socio-economical stakes concerning the increase of energy costs due to fossil fuels. Energy piles are double purpose structures that allow transferring the loads from the superstructure to the soil and that integrate pipe circuits allowing heat exchange between the pile and the surrounding ground. The objective of this thesis is to identify and quantify the principal parameters involved in the geotechnical design of pile foundations impacted by temperature changes associated with geothermal activation. For this purpose, this research work was organized in 3 experimental campaigns: (i) A full scale load controlled test at Ecole des Ponts Paris-Tech, (ii) Full scale energy piles monitoring under real exploitation conditions at Sept Sorts, (Seine et Marne, France), (iii) Laboratory tests in order to assess the effect of temperature and temperature cycles at the soil-pile interface. The experimental results are used to estimate the effect of geothermal activation of a pile foundation, on its bearing capacity as well as on its long-term exploitation. Finally, preliminary numerical simulations were performed using a thermo-hydro mechanical model, using the finite element method code LAGAMINE able to capture the main phenomena.


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