Potentiel des systèmes de pompes à chaleur géothermique au Nunavik: aspects souterrain.

Langevin, Hubert (2022). Potentiel des systèmes de pompes à chaleur géothermique au Nunavik: aspects souterrain. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 135 p.

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Résumé

Les communautés nordiques sont alimentées avec des micro-réseaux énergétiques autonomes et dépendant des énergies fossiles, utilisés pour fournir le chauffage et l’électricité. Elles doivent alors trouver des solutions permettant d’intégrer diverses énergies renouvelables afin de réduire leur consommation en diesel. Les systèmes géothermiques assistés par des panneaux solaires photovoltaïques (PV), tels que les pompes à chaleur géothermique couplées à des échangeurs de chaleur conventionnels à boucle fermée verticale (BHE) ou des systèmes d’emmagasinement thermique souterrain (BTES), présentent un fort potentiel. Ces systèmes permettent de réaliser des économies d’énergie pour le chauffage en extrayant une partie de l’énergie thermique à partir du sol tout en utilisant de l’électricité dérivée d’autres formes d’énergies renouvelables. Cependant, plusieurs défis techniques et économiques caractérisent les régions nordiques comme le Nunavik et il est nécessaire d’offrir des outils pouvant contribuer à améliorer la conception de ces systèmes. Une nouvelle méthode pour réaliser un essai de réponse thermique oscillatoire (O-TRT) utilisant un câble chauffant a été développée afin d’estimer les propriétés thermiques des matériaux géologiques meubles. La méthode a été utilisée avec un matériel standardisé en laboratoire et sur le terrain dans un dépôt naturel sableux pour estimer leur conductivité et diffusivité thermique respective à l’aide d’une approche analytique. Cette approche a également été validée à l’aide d’une méthode numérique pour constater que l’approche analytique permet de déterminer des valeurs de propriétés thermiques avec moins de 2% de différence. L’importance d’utiliser des valeurs de propriétés thermiques exacte a été étudiée dans une étude paramétrique. Cette étude a été utilisée pour comprendre les principaux paramètres affectant le dimensionnement d’un BTES en climat subarctique. Ces résultats ont été intégrés dans une troisième étude afin de comparer leur efficacité et leur potentiel d’implémentation au Nunavik comparativement à des BHE. Des observations de terrain ont été utilisées pour développer des modèles numériques complexes simulant l’opération de ces systèmes géothermiques assistés ou non par des PV et couplés à des pompes à chaleur géothermique afin de déterminer leur consommation et leurs coûts énergétiques. L’option la plus rentable lorsque le système n’est pas assisté par des PV est une pompe à chaleur alimentée par une énergie fossile couplée à un BHE. Lorsque le système est assisté par une quantité suffisante de PV, il devient pertinent d’utiliser des pompes à chaleur alimentées par électricité couplées à : un BHE pour répondre à une faible demande en chauffage en raison de la température du sol près du point de congélation de l’eau et des charges du bâtiment qui sont déséquilibrées ; ou encore un BTES pour répondre à une demande en chauffage élevée puisque l’injection de chaleur dans le sol permet de rééquilibrer le bilan thermique du sous-sol débalancé par la demande du bâtiment.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Raymond, Jasmin
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Gosselin, Louiset Bourbonnais, Martin
Mots-clés libres:	géothermie; Nunavik; communautés nordiques;
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	12 avr. 2023 21:11
Dernière modification:	21 déc. 2023 05:00
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13192

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