Comprendre la performance des géostructures énergétiques dans des conditions de sol complexes comme la craie une matériau très poreux, fortement contrôlé par la saturation en eau est essentiel pour le développement durable du géotechnique et des technologies d'énergies renouvelables. Les géostructures énergétiques utilisent le sol en place comme échangeur thermique afin de valoriser l'énergie géothermique pour le chauffage et le refroidissement. Le transfert de chaleur y est régi par des processus thermo-hydrauliques (TH) couplés. Cette étude développe et valide un modèle TH 3D pour un pieu énergétique en milieux non saturés, puis l'emploie pour quantifier la réponse thermique de la craie en la comparant à des sols granulaires et fins représentatifs. La vérification suit deux étapes : (i) une validation en laboratoire sur colonne en conditions non saturées afin de valider la formulation non saturée (propriétés des fluides dépendantes de la température) ; (ii) des données de terrain d'un pieu implanté en sol partiellement saturé confirment le comportement limite saturé. Le modèle validé est ensuite appliqué à trois craies aux propriétés hydrauliques distinctes (Estreux, Château-Landon, Seaford) et comparé à un sable, un limon et une argile sous scénarios identiques (cycles chauffage/refroidissement).

Les résultats montrent que à l'interface pieu-sol, la variation de la saturation dans la craie augmente pendant l'injection, cette variation reste faible mais réelle. Dans le sable la variation est négligeable, en revanche, la craie maintient un Sr plus élevé et une conductivité thermique effective supérieure au voisinage du pieu. Les profils de la température T(z) et Sr(z) à l'interface confirment que la craie possède une frange capillaire épaisse, et naturellement mince dans le sable. En régime saturé, le profil T(z) est uniforme, lorsque la nappe s'abaisse, le profil de Température devient bi-zones : une température d'interface plus élevée dans la zone vadose, puis une décroissance en s'approchant du niveau piézométrique.