Une route récupératrice d'énergie solaire pour alimenter un bâtiment en énergie renouvelable : le projet Dromotherm

Actualité de l'Equipe projet de recherche STI : Systèmes de Transports Intelligents, vers plus de sécurité et d’intégration aux territoires durables
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Pour répondre aux objectifs de neutralité carbone à l’horizon 2050, il est nécessaire de multiplier les sources d’énergies renouvelables. Le projet Dromotherm, financé par la région Auvergne Rhône-Alpes, réunit le LabOratoire proCédés énergIe bâtimEnt (LOCIE), le Cerema, l'Institut Pascal ainsi que les entreprises Eiffage et Elydan vise à développer le revêtement routier comme un système de récupération de l’énergie solaire, à stocker cette énergie si besoin et à la diffuser dans le système énergétique d’un bâtiment aussi bien en été qu’en hiver quand la luminosité est moindre. 

Le Cerema est à l’origine des travaux préliminaires ayant permis de définir le concept et s’est engagé, sous l’impulsion du pôle de compétitivité Tenerrdis, dans une qualification du dispositif sur le plan énergétique. Le démonstrateur, inauguré le 6 novembre 2022 sur le site de l'université Savoie technolac, est suivi en temps réel depuis l'été 2022 avec l'outil Themis.

Le couplage de la route et du bâtiment pour produire de l'énergie

Les routes constituent un gisement d’énergie solaire thermique très important : moins de 5 % de leur surface reçoivent une énergie solaire équivalente au besoin total de chaleur du territoire.

Même si de tels chiffres globaux sont encourageants, il est nécessaire de développer selon les cas d’usage les technologies permettant la récupération d’énergie et son transfert depuis le lieu de production vers le lieu d’utilisation. En s’appuyant sur la géothermie de subsurface, le projet Dromotherm consiste à développer une route récupératrice d’énergie, qui capte l’énergie thermique au niveau du revêtement de la chaussée puis la stocke à proximité d’un bâtiment et la diffuse via un réseau de chaleur ou du chauffage collectif.

L’échangeur thermique est un revêtement en plusieurs couches, l’eau circulant dans une couche poreuse d’enrobé drainant. Ce dispositif rend plus faciles les interventions d’entretien ultérieures que les dispositifs basés sur des tuyaux insérés dans la chaussée.

L’énergie thermique s’infiltre dans des massifs remplis de sable et de gravier, saturés en eau et connectés via un échangeur géothermique à une pompe à chaleur. On parle de stockage thermique inter-saisonnier, dispositif qui relie la route et le bâtiment.

Le dispositif est adapté aux variations de températures saisonnières : 

• En été, le revêtement Dromotherm recharge le stockage thermique. Une partie de l’énergie stockée durant la journée permet de produire de l’eau chaude sanitaire. La collecte énergétique de l’été devrait se traduire par un abaissement de la température de chaussée d’environ 5°C par rapport à la même chaussée sans circulation de fluide à l’intérieur, ce qui permettrait au dispositif de contribuer à la réduction des îlots de chaleur.
• En hiver, la chaleur stockée sert à chauffer le bâtiment et à produire de l’eau chaude sanitaire via la pompe à chaleur.
• En intersaison, si les conditions le permettent, le Dromotherm recharge partiellement le stockage thermique.

Les travaux de Master réalisés dans le cadre du projet par Prince Sévi ont reçu le prix Performance de Véolia dans la catégorie Ville et dans la foulée, ce dernier a débuté des travaux de thèse sur le même sujet, notamment pour quantifier comment la prise en glace partielle du stockage durant l’hiver pourrait booster les performances énergétiques du dispositif.
 

Des expérimentations in situ pour valider les modèles

Après des travaux en laboratoire sur maquette, le projet a véritablement démarré en 2015 avec la construction d’un premier démonstrateur à l’échelle 1 à Egletons. Ce premier prototype utilise un massif de granit comme stockage énergétique mais ne dispose pas d’une connexion avec un bâtiment.

Un second démonstrateur a vu le jour en 2022 sur le site de l’université Savoie technolac, composé d’un revêtement Dromotherm de 30 m², d’un stockage thermique de gravier enterré de 45 m3 équipé de récepteurs géothermiques, et cette fois d’un chalet en bois de 20 m² reproduisant les besoins d’un logement RT2012 de 120 m2. 

En parallèle, un second travail de master orienté mécanique des chaussées a permis d’évaluer l'impact du vieillissement, sous contrainte mécanique, sur les performances de l'échangeur thermique routier.

En parallèle, un second travail de master orienté mécanique des chaussées a permis d’évaluer l'impact du vieillissement, sous contrainte mécanique, sur les performances de l'échangeur thermique routier.

Au début de l’été 2022, le Cerema a déployé son système THEMIS pour monitorer et piloter en temps réel le démonstrateur Dromotherm construit sur le site de l’université Savoie technolac. 

Ce démonstrateur est constitué d’une portion de chaussée récupératrice d’énergie connecté à un local technique qui simule les besoins énergétiques d’une habitation basse consommation de 120 m². Il repose sur un stockage d’environ 45 m3, divisé par des tubes géothermiques en spirale en 5 couches, toutes instrumentées en température par des thermocouples.

Les 3 couches de chaussée (roulement, drainant en liaison et base) ont été instrumentées de façon identique.

L'instrumentation a permis d'engranger les premières données et de les confronter aux modélisations des différents composants du dispositif.

Même si les opérations de recharge thermique du stockage n’ont pas pu débuter avant l’hiver, l’instrumentation permet de disposer d’un solide point zéro.

Les campagnes de mesures des deux prochaines années seront déterminantes pour parvenir à une compréhension fine du système et l’ensemble des travaux menés devraient permettre de stabiliser les premiers outils de dimensionnement afin de préparer la mise sur le marché en lien avec les partenaires industriels.