Nous pourrions bientôt être en mesure d'exploiter la chaleur dans les tunnels de métro pour refroidir nos maisons à la place

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Si vous avez déjà emprunté un système de métro souterrain en été, vous êtes probablement familier avec la chaleur et l’humidité paralysantes qui peuvent l’accompagner.

Heureusement, les chercheurs pensent maintenant que nous pourrons peut-être utiliser les températures variables des systèmes de transport en commun pour climatiser et réchauffer nos maisons à la place.


Les chercheurs de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont quantifié avec précision le transfert de chaleur par convection dans les tunnels ferroviaires. À l'aide du nouveau modèle, ils ont estimé les économies d'énergie que la ville de Lausanne pourrait économiser en équipant la future ligne de métro M3 d'un système de récupération de chaleur géothermique, ce qui constituerait une première mondiale.

Le transfert de chaleur se produit de différentes manières dans les tunnels ferroviaires. Par exemple, lorsque les trains freinent ou accélèrent, ils produisent de la chaleur qui réchauffe l'air ambiant. Cet air chaud se mélange à un autre air dans le tunnel et à la chaleur rayonnant du sol.

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Jusqu'à présent, les ingénieurs étaient incapables de calculer avec précision la quantité de chaleur contenue dans l'air du tunnel. Des chercheurs du Laboratoire de mécanique des sols (LMS) de l'EPFL ont surmonté ce problème en estimant précisément le coefficient de transfert de chaleur par convection. Leurs résultats ont été publiés dans Génie thermique appliqué.


Cette percée ouvre la voie à des applications innovantes impliquant ce que l'on appelle des tunnels d'énergie qui peuvent fournir de l'énergie aux environnements bâtis. L’équipe a également testé son modèle sur la future ligne de métro M3 de Lausanne qui, une fois achevée, transportera des passagers entre la gare de la ville et le quartier de la Blécherette au nord.

«Nos recherches montrent que l'installation du système de récupération de chaleur sur 50 à 60% du tracé prévu - soit 60 000 m² de surface tunnel - permettrait de couvrir les besoins en chauffage d'environ 1 500 appartements», explique Margaux Peltier, assistante scientifique au LMS dont les recherches de maîtrise constituent la base de l'article.


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Le système permet également de stocker la chaleur afin qu'elle puisse être fournie aux maisons en cas de besoin. «Passer du chauffage au gaz réduirait les émissions de CO2 de la ville de deux millions de tonnes par an», ajoute Peltier. Son calcul n'inclut pas les économies réalisées dans les stations de métro ou au dépôt de matériel roulant prévu dans le nord de la ville, qui pourraient également bénéficier du système.

Lorsque la température se stabilise naturellement dans les tunnels souterrains, l'excès de chaleur ou de froid est évacué vers la surface. Le flux d'air chaud qui en résulte peut souvent être ressenti aux entrées des tunnels de métro. L'idée derrière l'innovation est d'exploiter ce surplus de chaleur en plus de la chaleur naturellement présente dans le sol.

Le système fonctionne de manière similaire à un réfrigérateur, avec des tuyaux en plastique contenant du fluide caloporteur, ou simplement de l'eau, placés à intervalles réguliers à l'intérieur des parois en béton du tunnel et connectés à une pompe à chaleur. En hiver, de l'eau froide sera pompée dans les tuyaux, sortant chaude à la surface. Le contraire se produira en été. Selon les chercheurs, le système serait peu coûteux et économe en énergie à installer et aurait une durée de vie comprise entre 50 et 100 ans, seules les pompes à chaleur devant être remplacées tous les 25 ans.


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Une fois équipé, la chaleur du tunnel couvrirait jusqu'à 80% des besoins de chauffage des appartements locaux tout au long de l'hiver, le déficit provenant de préférence d'autres sources renouvelables. Mais ce qui rend les systèmes géothermiques comme ceux-ci uniques, c'est qu'ils fonctionnent aussi en été. «Le tunnel agirait comme un système de chauffage et de climatisation très fiable toute l’année», déclare Peltier, ajoutant que cela ferait une réelle différence pour maintenir la fraîcheur des maisons lausannoises par temps chaud. Le système pourrait même refroidir la patinoire qui sera construite dans le nouvel éco-quartier Métamorphose de la ville.

«Cet article souligne le fait que la technologie des tunnels énergétiques est mature et pourrait être déployée à l'échelle du district», explique Lyesse Laloui, responsable du LMS. «Il reste à voir si les entreprises suisses sont désormais prêtes à prendre les devants. À l’échelle mondiale, nous n’avons vu pour le moment que des systèmes comme ceux-ci utilisés sur les sections de test. »

Les chercheurs ont présenté leurs résultats à l’agence des services publics lausannois, à l’opérateur local de transports publics, au canton de Vaud, au maître d’œuvre de la nouvelle ligne de métro et à la ville de Lausanne.

Réimprimé de l'EPFL

Soyez sûr et partagez cette nouvelle avec vos amis sur les réseaux sociaux-Photo par Maurice Schobinger / EPFL