BaseLink
Un avenir sans CO₂
BaseLink, qui a ouvert ses portes à l’été 2022, est un pôle technologique, un environnement de travail ultramoderne pour les start-ups et les entreprises établies à Allschwil. En tant que site visionnaire, l’innovation est ancrée au cœur du site de 75 000 m². Le concept énergétique très diversifié comprend également la géothermie. Pour ce faire, de grandes pompes à chaleur sont alimentées par l’énergie géothermique - le champ de sondes sert également de stockage thermique. L’ensemble du champ de sondes a été réalisé avec des sondes géothermiques performantes et étanches à la diffusion.
Dans les domaines de la pharmacie, de la biotechnologie, des sciences de la vie et de la technologie, Bâle est l’un des principaux sites au monde. Situé entre Bâle et Allschwil, à la frontière avec la France et l’Allemagne, BaseLink représente un écosystème unique pour l’innovation. Le nouveau site accueille des entreprises de renommée mondiale et des start-ups visionnaires, des universités et des fondations (fig.1). Le Swiss Tropical and Public Health Institute, l’Université de Bâle et Basilea Pharmaceutica Ltd ne sont que quelques exemples des premières organisations qui ont désormais leur siège ici. «Un foyer pour les esprits tournés vers l’avenir», c’est ainsi que se nomme BaseLink et cela montre que le site lui-même a été pensé dès le départ pour l’avenir, mais aussi et surtout qu’il a été mis en œuvre.
78000
m Sondes géothermiques
270
Forage de sondes géothermiques
9900
Conduites Barrierer-Pipe étanches à la diffusion
11
Systèmes de distribution
Concept énergétique global
Au total, le pôle technologique comprend 16 terrains de construction (fig.2). Tout est relié par un concept de transport et d’énergie respectueux de l’utilisateur et de l’environnement: chauffage, refroidissement et alimentation électrique en réseau, installations photovoltaïques, réseau de fibres optiques à haute performance, sans oublier l’utilisation de la géothermie. Un exemple: les plus petites surfaces à l’intérieur et entre les campus sont utilisées comme espaces verts diversifiés, qui ne font pas seulement partie du concept d’énergie écologique, mais qui relient de manière ciblée l’espace public à l’écosystème commercial. Et bien sûr, l’approvisionnement en chaleur et en froid pour l’énorme surface de 75 000 m² (fig.3), y compris toutes les charges de pointe et les capacités de secours, est systématiquement assuré par des énergies renouvelables et ce, à 100% sans CO2. L’investissement pour la mise à disposition de l’énergie a été réalisé par le biais d’une procédure d’attribution de contrats.
Quatre étapes divisées chacune en quatre zones de construction; l’ensemble du champ de sondes a été réalisé avec des sondes géothermiques performantes et étanches à la diffusion.
Forages Terrain D: en arrière-plan, les parkings ont été construits sur le terrain B, les sondes géothermiques se trouvent déjà en dessous. Primeo Energie, Münchenstein est l’entrepreneur et le maître d’ouvrage du système énergétique.
Stockage thermique
L’un des grands défis d’un projet de cette envergure est de déterminer les besoins en énergie. Au moment de l’élaboration du concept - et même durant une bonne partie de la phase de construction - on ne savait pas encore combien et quel type de consommateurs d’énergie s’installeraient finalement sur le site. Cela a entraîné des questions sans réponse et des risques. Pour quelles prestations et quelles énergies l’installation doit-elle être disponible? Comment le système doit-il être conçu pour être le plus efficace possible? Où placer les centrales? Quelle doit être la taille du champ de sondes? Quand le concept commencera-t-il à être rentable? «Il faut bien enfoncer le premier clou à un moment donné», explique Martin Dietler, chef de service Marché et clients chez Primeo Energie. «Le maître d’ouvrage avait spécifié qu’aucun combustible fossile ne devait être utilisé». Vu la taille de l’objet, il était clair que seules des sondes géothermiques profondes pouvaient couvrir les besoins en énergie, tant pour le chauffage que pour le refroidissement.
Deux centrales énergétiques souterraines reliées entre elles ont donc été projetées. Chaque centrale dispose de plusieurs grandes pompes à chaleur comme générateurs de chaleur et de froid. Les champs de sondes géothermiques constituent la source de ces deux énergies. Le sous-sol du site fonctionne comme une immense batterie thermique. L’excédent de chaleur de l’été est stocké dans le sol pour être réutilisé en hiver pour le chauffage. Et inversement, le sous-sol est refroidi lorsqu’il est chauffé en hiver, ce qui permet de refroidir d’autant plus efficacement le bâtiment en été.
La faible résistance hydraulique ainsi que la conductivité thermique accrue sont des caractéristiques de JANSEN hipress. Les sondes géothermiques servent à stocker la chaleur des bâtiments dans le sol en été et à l’utiliser en hiver.
Avantage décisif: qualité et longévité
Au stade de la planification, une analyse de marché des types de sondes géothermiques disponibles et appropriés a été réalisée. Les modèles traditionnels et les modèles plus résistants à la pression ont été examinés. Tant le rapport coût-efficacité que la qualité du produit ont été évalués et comparés. Le maître d’ouvrage de l’installation géothermique, respectivement le contractant Primeo Energie, a finalement choisi la sonde géothermique JANSEN hipress.
L’avantage décisif a été la résistance à la pression la plus élevée disponible pour JANSEN hipress, à savoir PN35. Cet indice de résistance à la pression indique que la sonde livrée peut supporter une pression interne de 35 bars pendant une durée de fonctionnement d’au moins 50 ans à une température de service de 20 °C. De plus, JANSEN hipress dispose d’une couche de protection extérieure beaucoup plus épaisse que celle prescrite par les normes, ce qui offre également une plus grande sécurité lors de l’installation. Ces avantages en termes de qualité maximisent la fiabilité de toutes les sondes de l’immense champ, même dans le pire des cas, si la fonction stabilisatrice du remblayage du trou de forage diminue avec le temps en raison de situations géologiques difficiles. Même si l’on ne s’y attend pas normalement, l’augmentation du niveau de pression améliore en tout cas la longévité, de sorte que l’on peut s’attendre à ce que les sondes géothermiques continuent à fonctionner efficacement bien au-delà des 50 ans de durée minimale prévus. Pour un complexe de bâtiments de ce type, cela s’avère plus que rentable.
Valeur ajoutée de l’étanchéité à la diffusion
La diffusion (du latin diffundere «répandre») est la compensation, sans influence extérieure, des différences de concentration dans les mélanges de substances en raison du mouvement propre des particules. Concrètement, il s’agit d’un processus physique qui se déroule naturellement et qui permet aux molécules de gaz de s’immiscer entre les molécules de plastique et de pénétrer ainsi dans les tubes des sondes géothermiques. Par la suite, il se produit une perméation, c’est-à-dire que les molécules de gaz - si elles ne sont pas retenues par une couche spéciale - continuent de migrer à travers le plastique et arrivent dans le fluide caloporteur en circulation du côté intérieur de la paroi du tube.
Les gaz les plus divers peuvent être présents dans le sous-sol, comme par exemple le méthane, le dioxyde de carbone et les mélanges d’air. Tous ces gaz se diffusent plus ou moins rapidement dans le plastique, en fonction de leur concentration, des conditions de pression et de température ainsi que de l’épaisseur de la paroi d’un tuyau en plastique. Une fois à l’intérieur du système, les gaz flottent et sont transportés par le courant jusqu’à ce qu’ils s’accumulent à des points plus élevés. Ils peuvent alors provoquer des dysfonctionnements et l’arrêt de la pompe à chaleur. En tout état de cause, les gaz entraînent une augmentation de la résistance au pompage et réduisent ainsi l’efficacité de l’ensemble du système. Mais dans le pire des cas, les gaz se déposent dans les conduites à l’intérieur du bâtiment, d’où ils s’échappent - s’ils sont ventilés - vers la cave ou le local technique. Les gaz provenant du sol sont potentiellement inflammables ou dangereux pour la santé.
270 forages de sondes géothermiques de 290 mètres chacun ont été réalisés par les professionnels de Barmettler Erdenergie. La géologie plutôt molle a permis d’atteindre une vitesse de forage très élevée d’environ 40 mètres par heure.
Des forages géothermiques précis par Barmettler
Les travaux de forage ont suivi un plan de déroulement défini. Les zones de construction, les étapes et les corps de métier ont dû être coordonnés avec précision. Les JANSEN hipress devaient être enfouies à environ 280 à 300 mètres. La succession des couches géologiques, qui a montré ses défis sur place, a été déterminante pour la profondeur de pose finale. Dans le cas où il faudrait passer à un forage à injection, Jansen avait développé à titre préventif et spécialement pour ce projet une pointe de forage à injection adaptée au JANSEN hipress, qui permettait d’insérer en toute sécurité au moyen de tiges de montage tout en minimisant le diamètre d’installation de la sonde.
Finalement, une couche de galets de basse terrasse d’une épaisseur de 36 mètres a été rencontrée. Elle a été suivie par une marne argileuse relativement molle à moyennement dure. Afin d’obtenir une bonne étanchéité, l’entreprise spécialisée Barmettler Erdenergie a percé les couches de galets de basse terrasse avec un tubage temporaire en acier, en plus, à quatre mètres dans les couches de meletta. Après le tubage de protection, le forage a pu être poursuivi au moyen d’un burin PDC (Polycrystalline-Diamond-Compact). La géologie plutôt molle a permis d’atteindre une vitesse de forage très élevée d’environ 40 mètres par heure, mais pas exactement la même profondeur d’installation pour toutes les sondes géothermiques.
L'efficacité énergétique grâce à JANSEN hipress
La couche intermédiaire de métal sur toute la surface des tubes de sonde JANSEN hipress empêche la pénétration de gaz en tant que barrière de diffusion et garantit ainsi un fonctionnement durable sans danger et sans problème. Cette caractéristique technique unique a également convaincu BaseLink. Certes, aucun gisement de gaz puissant n’était connu sur place au préalable, mais en raison du grand nombre de sondes géothermiques profondes, c’est un avantage important pour JANSEN hipress de pouvoir exclure complètement ce risque. En conséquence, Primeo Energie a décidé de faire réaliser des conduites de raccordement entièrement étanches à la diffusion, depuis les sondes jusqu’aux chambres de distribution. Jansen a pu mettre à disposition un système complet à cet effet.
Les quelque 78 000 mètres de forage prouvent la grande efficacité et la sécurité absolue de la sonde géothermique JANSEN hipress. Elle est prédestinée aux forages très profonds, aux besoins élevés en puissance thermique, aux géologies difficiles ainsi qu’aux gisements de gaz potentiels dans le sous-sol. La sonde géothermique, doublement récompensée (German Innovation Award et European Geothermal Innovation Award), permet de couvrir efficacement les besoins énergétiques des grands projets de construction, même lorsque l’espace est limité.
Neuf puits de distribution enterrés de type JANSEN u-boot ont été utilisés. Les chambres de distribution cylindriques et horizontales en forme de «sous-marin» offrent suffisamment de place pour les grandes dimensions de distributeur, les installations spéciales et jusqu’à 80 circuits de saumure.
Les grandes pompes à chaleur du fabricant suisse Walter Wettstein AG fournissent une puissance totale d'environ 5,5 MW en chaleur et en froid. Les machines mesurent chacune six mètres de long et pèsent 15 tonnes. Elles fonctionnent avec le réfrigérant naturel NH3 (ammoniac). Les besoins en énergie ont été estimés à environ 5 à 6 GWh par an pour la conception du champ de sondes.
Le plus grand champ de sondes géothermiques totalement étanche à la diffusion
Insgesamt wurden im Zeitraum, drittes Quartal 2019 bis zum ersten Quartal 2022, 270 Sonden à 290 Meter verbaut. Jansen lieferte etwas mehr als 6.5 km an diffusionsdichtem Rohr auf die Baustelle, um die Erdwärmesonden mit neun Gross-Verteilerschächten, Typ JANSEN u-boot zu verbinden. Um die Metall-Mehrschicht-Sondenrohre zu verlängern, bedarf es der richtigen Elektroschweissmuffen, der nötigen Gerätschaften sowie Schulung und eines speziellen Schweissprozesses, der bei BaseLink erstmalig zum Einsatz kam. Das professionelle Team von Barmettler setzte dies unter der Anleitung von Jansen erfolgreich um.
Il s’agit de l’un des plus grands projets géothermiques d’Europe et du plus grand champ de sondes géothermiques totalement étanche à la diffusion. La puissance disponible de l’alimentation en énergie ainsi que le fournisseur d’énergie lui-même, le champ de sondes, sont évolutifs afin de pouvoir répondre aux facteurs de besoin qui peuvent encore changer pendant l’avancement des travaux. Selon l’évolution du quartier, d’autres forages de sondes ou pompes à chaleur pourraient être nécessaires.
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