Mercredi 7 janvier, la plateforme CLIMATHERM de l’INSA Strasbourg a accueilli une nouvelle conférence du cycle « Au Cœur de la Recherche ». Cette rencontre a permis de découvrir le projet Rainergy, présenté par Lucas Striegel, enseignant-chercheur à l’INSA Strasbourg, et Marlène Mangel, doctorante. L’objectif était de montrer comment une idée simple peut devenir un projet de recherche structuré, fondé sur des mesures expérimentales, des modèles scientifiques et des collaborations institutionnelles. La rencontre a réuni plus de 30 participants, parmi lesquels des doctorants, des étudiants, des enseignants-chercheurs et des membres du personnel de l’INSA Strasbourg.

Le projet s’inscrit dans l’axe énergie pour un développement durable de l’INSA Strasbourg et répond à une question centrale face au changement climatique : comment rafraîchir les bâtiments de manière sobre, sans recourir massivement à la climatisation classique, tout en tenant compte de la gestion de l’eau.

Une idée simple née de projets étudiants

À l’origine, Rainergy est né de projets étudiants. Des projets de recherche technologique et des projets de fin d’études ont servi de premiers terrains d’expérimentation pour tester un concept innovant. L’idée était d’exploiter une ressource de plus en plus présente dans les bâtiments, notamment du fait d’un contexte règlementaire : les cuves de récupération d’eaux de pluie enterrées.

L’eau stockée sous terre bénéficie d’une température relativement stable et plus fraîche que l’air extérieur en été. La question posée était alors simple : peut-on utiliser cette fraîcheur naturelle pour rafraîchir un bâtiment ? Ces pré-projets ont permis de vérifier la faisabilité du système et d’initier un travail de recherche plus approfondi.

Valider expérimentalement le concept

La thèse de doctorat de Lucas Striegel a marqué une étape clé dans le développement de Rainergy. Son travail visait à valider expérimentalement le concept et à comprendre précisément son fonctionnement. Pendant près de trois ans, des mesures de température d’air et d’eau, d’humidité ou de niveau d’eau ont été réalisées dans les cuves et au sein des échangeurs de chaleur. Ces données ont permis d’analyser le lien entre les épisodes de pluie, le stockage de l’eau et la capacité du système à produire du rafraîchissement.

Du terrain au modèle numérique

À partir des mesures expérimentales, un modèle numérique a été développé et validé. Ce modèle permet de simuler le comportement du système dans différentes conditions et d’identifier les paramètres les plus influents, comme le volume de la cuve, la profondeur d’enfouissement ou le climat local.

Les simulations ont été étendues à plusieurs zones climatiques françaises, définies par la réglementation thermique, ainsi qu’à des scénarios climatiques futurs à l’horizon 2100. Les résultats montrent que le système reste performant dans un contexte de réchauffement global, avec une hausse des températures moyennes de 2 à 3 degrés et des épisodes de canicule plus fréquents. Fait marquant, plus le climat est chaud, plus la production de froid est importante (mais la demande en froid pour assurer le confort dans le bâtiment est également plus importante !).

Même lorsque la cuve n’est pas pleine, le système conserve une grande partie de son efficacité. Une cuve vide entraîne une baisse d’environ 20 % de la production, ce qui signifie que 80 % du potentiel de rafraîchissement reste disponible.

Vers des systèmes à plus grande échelle

Le projet Rainergy se poursuit aujourd’hui avec la thèse de Marlène Mangel, financée par l’ADEME et la Région. Ses travaux portent sur le changement d’échelle du système et son couplage avec d’autres systèmes énergétiques comme une pompe à chaleur ou un échangeur adiabatique. L’objectif est de mieux comprendre comment le système s’adapte aux usages du bâtiment et comment il peut fonctionner en synergie avec d’autres équipements.

Un nouveau modèle est en cours de développement. Issu notamment du projet de fin d’études de Lucas intitulé « G-EAU-Thermie », il vise à simuler plusieurs géométries de systèmes géothermiques. À terme, les approches développées dans les deux modèles pourront être fusionnées au cours de cette nouvelle thèse.

Des échanges riches avec le public

Après la présentation, les échanges avec le public ont permis d’aborder des questions très concrètes. Étudiants, doctorants, enseignants et membres du personnel se sont interrogés sur les contraintes réglementaires liées à l’usage de l’eau de pluie, les périodes de sécheresse, le fonctionnement du système en hiver ou encore les perspectives de déploiement à plus grande échelle.

Ces discussions ont illustré l’intérêt de la recherche appliquée et son ancrage dans des problématiques réelles, à la fois techniques, environnementales et sociétales.

Découverte de la plateforme CLIMATHERM

La rencontre s’est conclue par une visite de la plateforme CLIMATHERM, guidée par Jean-Baptiste Bouvenot, qui a permis de découvrir plusieurs équipements emblématiques de la recherche et de la formation en énergétique du bâtiment.

Les participants ont notamment observé un microgénérateur à gaz produisant simultanément chaleur et électricité, aujourd’hui utilisé à des fins pédagogiques. Sa particularité réside dans la valorisation de la chaleur dite « fatale », c’est-à-dire la chaleur habituellement perdue lors de la production d’électricité. À titre de comparaison, une centrale nucléaire présente un rendement d’environ 35 %, tandis que ce type de système atteint des rendements globaux proches de 90 % lorsqu’on valorise la chaleur produite. Les chercheurs ont rappelé qu’une meilleure exploitation de cette chaleur fatale à grande échelle permettrait de couvrir jusqu’à deux fois les besoins thermiques de la France.

La visite a également mis en lumière des centrales de traitement d’air, ces gros tuyaux souvent dissimulés dans les bâtiments pour diffuser chauffage et rafraîchissement, ainsi que des bancs hydrauliques sur lesquels les étudiants réalisent leurs propres expérimentations, notamment sur la régulation, l’équilibrage et la distribution de l’énergie.

Un équipement de recherche majeur a également été présenté : une double enceinte climatique, appelée « boîte chaude gardée ». Ce dispositif permet de recréer des conditions climatiques intérieures et extérieures dynamiques afin de tester le comportement thermique des parois de bâtiments. Il est notamment utilisé dans des projets de recherche pour évaluer les performances de nouveaux matériaux ou de solutions constructives innovantes.

Des expériences simples, comme de petits moteurs fonctionnant uniquement grâce à la chaleur d’une tasse ou d’une bougie, ont permis d’illustrer de manière concrète les principes fondamentaux de la thermodynamique.