Pieu (construction)
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Un pieu est un élément de construction en béton, acier, bois ou mixte permettant de fonder un bâtiment ou un ouvrage. Ils sont utilisés lorsque le terrain ne peut pas supporter superficiellement les contraintes dues à la masse de l'ouvrage. Il est également possible d'utiliser des pieux pour renforcer des fondations existantes.
Les pieux font partie du domaine des fondations profondes ou fondations spéciales. Dans certains cas (pieux échangeurs), on leur ajoute une fonction énergétique d'échangeur de chaleur.
Le recours aux pieux comme système de fondation est ancien. Ainsi, Notre-Dame de Paris est fondée sur une forêt de pieux en bois, mis en œuvre afin de renforcer le sol marécageux de l'Île de la Cité.
Fonctionnement
Dans les terrains où les couches superficielles de terrain ne sont pas aptes à recevoir des fondations classiques au vu de la descente de charge, il est nécessaire de fonder les ouvrages en profondeur. Dans le report des charges de la structure vers le sol, les pieux peuvent fonctionner selon deux modes, l'appui de sa pointe et le frottement latéral de son fût. Ces deux modes peuvent être utilisés séparément ou combinés suivant la nature des sols.
Classiquement, à la manière d'une fondation courante, le pieu peut s'appuyer sur une couche de sol résistante. Les efforts sont alors transmis par la pointe du pieu, descendue jusqu'à une couche de sol présentant une résistance mécanique suffisante.
Parallèlement, le pieu mobilise également les différentes couches de sol traversées par son fût. Suivant le mode de réalisation, un phénomène de frottement latéral se met en place à l'interface pieu/sol qui permet également de transmettre des efforts. Ce phénomène permet de se fonder dans des sols de qualité médiocre grâce à l'importante surface mobilisée, mais cet effet est annulé en cas de liquéfaction du sol lors d'un séisme.
Pieux énergétiques (ou « géothermiques »)
Les « pieux énergétiques » ou « pieux-échangeurs » ou « pieux-géothermiques » ou ECSHASs (pour échangeurs de la chaleur souterrains horizontaux air-sol) sont des pieux bi-fonction (fondation + échangeurs de chaleur ou de frigories).
Ces pieux sont coulés sur place (en béton) ou il s'agit de pieux battus. Dans les deux cas, ils sont équipés pour contribuer au chauffage (préchauffage) et/ou à la climatisation de bâtiments (éventuellement passifs) via la géothermie basse-température[1], possiblement en région chaude, aride ou semi-aride[2]. Chaque pieu échangeur contient un tube, serpentin ou réseau de tubulures pré-installé, où circule un fluide caloporteur généralement raccordé à une pompe à chaleur (eau-eau, idéalement), permet d’extraire efficacement des calories ou des frigories du sous-sol afin de chauffer le bâtiment en hiver, de le rafraichir en été. Il est possible d’y rejeter en été les charges thermiques (calories) issues de la production de froid en été, et d'ainsi stocker dans le sous-sol ces calories pour pouvoir les y récupérer, au moins en partie, durant les mois d'hiver via une pompe à chaleur (ce qui nécessite alors que le sous-sol du bâtiment concerné soit très bien isolé thermiquement[3].
Des guides et recommandations[3] ainsi que des outils spécifiques de conception, de modélisation et de calculs de pré—dimensionnement sont disponibles depuis les années 1990 pour calculer le volume total de pieux nécessaire aux besoins thermiques, et pour calculer la capacité thermique d'un pieu[4],[5].
Ils sont par exemple utilisés pour le chauffage et le rafraichissement estival de l'aéroport de Zurich (dans ce cas équipés de tubulures en plastique véhiculant des calories ou des frigories, couplés à une pompe à chaleur)[6].
Ils peuvent contribuer à un système de stockage intersaisonnier de chaleur.
