Évaluation du potentiel géothermique du cratère d'impact météoritique de Charlevoix (Canada).

Oviedo Valencia, Maria José (2023). Évaluation du potentiel géothermique du cratère d'impact météoritique de Charlevoix (Canada). Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 71 p.

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Résumé

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L'énergie géothermique s'impose comme une ressource propre et renouvelable, distinguée par son facteur de capacité supérieur et un approvisionnement constant en énergie, offrant une alternative pour le chauffage urbain et les serres en climats froids. Pour élargir l’accès aux ressources géothermiques, nous proposons d'étudier un nouveau type de gisement associé aux cratères d'impact météoritiques caractérisés par une fracturation intense de la roche. Ainsi, nous avons réalisé une étude du potentiel géothermique du cratère de Charlevoix, au Québec, dans le but de caractériser les propriétés thermohydrauliques des roches afin d'évaluer les mécanismes de transfert de chaleur et d’estimer la température en profondeur à l'aide de simulations numériques. Les propriétés thermohydrauliques des roches prélevées dans et autour du cratère ont été caractérisées en laboratoire à l'aide d'un scanner infrarouge et d'un porosimètre et perméamètre à flux gazeux transitoire pour des échantillons artificiellement fracturés. La perméabilité a été évaluée sur le terrain avec la méthode de Porchet dans deux forages. Ainsi, des modèles numériques d'écoulement des eaux souterraines et de transfert de chaleur ont été développés pour estimer la température en régime permanent jusqu'à 10 km de profondeur dans deux sections transversales du cratère et pour déterminer les paramètres qui influencent le plus la distribution de la température en subsurface. Au total, 65 échantillons ont été analyses et résultats de laboratoire indiquent le caractère isolant des roches anorthositiques dû à leur faible conductivité thermique (1.7 W m-1 K -1 ). Les éléments radiogéniques dans le roc ont été trouvés en très faibles concentrations indiquant une faible génération de chaleur, inférieure à 1 µW m-3 . Enfin, l'évaluation de la perméabilité des roches fracturées a montré des valeurs suffisamment élevées (environ 1x10-14 m2 ) pour que la convection soit considérée comme un mécanisme potentiel de transfert de chaleur. Les résultats de la simulation numérique montrent que la recharge des eaux souterraines profondes et la conductivité thermique du roc sont les paramètres les plus influents sur la distribution de température. Le gradient géothermique à 3 km de profondeur à l'intérieur du cratère est d'environ 20 °C km-1 , tandis qu'à l'extérieur, il est d'environ 17 °C km-1 . Ceci montre un potentiel d’utilisation direct de la géothermie en réponse aux besoins de chauffage et de climatisation au Charlevoix.

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Geothermal energy is emerging as a clean and renewable resource, distinguished by its superior capacity factor and baseload supply, being an alternative for district heating and greenhouses in colder climates. To expand geothermal resource base, we propose looking at a new play type associated with meteorite impact craters characterized by intense rock fracturing. We thus conducted a geothermal potential study of the Charlevoix crater in Quebec with the objective of characterizing the thermohydraulic properties of geological materials to evaluate heat transfer mechanisms and anticipate temperature at depth with numerical simulations. Thermal and hydraulic properties of rock samples collected in and around the crater were characterized with an infrared scanner and a transient gas porosimeter and permeameter for artificially fractured samples in the laboratory. Permeability was evaluated in the field by the Porchet method in 2 geothermal exploration boreholes. Numerical groundwater flow and heat transfer models were developed to estimate the steady state temperature up to 10 km depth in 2 cross sections of the crater and to analyze which parameters have the greatest impact on the subsurface temperature distribution. A total of 65 samples were analysed and the laboratory results indicated that anorthosite rocks provide insulation due to its low thermal conductivity (1.7 W m-1 K -1 ). Radiogenic elements present in the rocks were found in very low concentrations and have a low heat generation potential, less than 1 µWm-3 . Finally, permeability assessment of fractured rocks resulted in values that are high enough (about 1x10-14 m2 ) for convection to be considered as a potential heat transfer mechanism in the Charlevoix crater. The results of the numerical simulation show that deep groundwater recharge and rock thermal conductivity are the parameters with the most influence on temperature distribution. The geothermal gradient found up to 3 km depth inside the crater is about 22 °C km-1 , while outside the crater it is about 12 °C km-1 . This demonstrates the potential for direct use of geothermal resources to satisfy the heating and cooling needs of Charlevoix's main economic sectors.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Raymond, Jasmin
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Blessent, Daniela
Mots-clés libres:	énergie; transfert de chaleur; astroblème; propriétés thermohydrauliques; modélisation numérique; energy; heat transfer; astrobleme; thermohydraulic properties; numerical modeling
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	18 avr. 2024 14:25
Dernière modification:	18 avr. 2024 14:25
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15611

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