Évaluation du potentiel géothermique des mines à ciel ouvert abandonnées et inondées : étude des mines Carey Canadian et King-Beaver.

Lacombe, Samuel (2024). Évaluation du potentiel géothermique des mines à ciel ouvert abandonnées et inondées : étude des mines Carey Canadian et King-Beaver. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 115 p.

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Résumé

Les mines abandonnées, souvent considérées comme ayant peu de valeur économique, laissent généralement des traces de leurs activités qui, à première vue, peuvent présenter des risques environnementaux et de sécurité. Cependant, certains de ces vestiges renferment un réservoir potentiel sous-estimé et peu exploité en matière d’énergie géothermique de basse température. Parmi ceux-ci, les fosses à ciel ouvert finissent par se remplir d’eau souterraine et de surface après la fermeture de la mine. En raison de l’inertie thermique, l’eau contenue dans ces sites maintient une température constante et peut être utilisée efficacement pour le chauffage et la climatisation des infrastructures grâce à l’utilisation de pompes à chaleur géothermique. La Société Asbestos Limitée (SAL) possède un vaste territoire minier abandonné situé dans le sud de la province du Québec (Canada) et souhaite revaloriser économiquement ses anciennes mines d’amiante, notamment les fosses inondées King-Beaver et Carey Canadian. La SAL s’intéresse au potentiel géothermique de ses sites pour répondre aux besoins de chauffage et de climatisation des futurs développements des aires industrielles et résidentielles situées à proximité. De manière générale, l’estimation de l’énergie thermique disponible dans les plans d’eau repose principalement sur un calcul simple de l’énergie thermique contenue dans le volume d’eau disponible. Cependant, cette quantité d’eau peut être assimilée à une réserve d’énergie qui est rechargée grâce aux échanges thermiques avec l’atmosphère et le sol environnant. L’objectif principal de ce projet est d’approfondir notre compréhension des mécanismes de transfert de chaleur susceptibles d’influencer les performances des systèmes géothermiques installés dans les lacs miniers, en plus de développer de nouvelles approches afin de simplifier l’évaluation de la ressource thermique disponible. Une nouvelle approche analytique est introduite, basée sur le bilan de puissance thermique des fosses inondées. Cette méthode intègre les apports énergétiques provenant des précipitations, du ruissellement, de la recharge des nappes et de la roche encaissante. Les variations de la température de l’air ambiant sont également prises en compte pour estimer la température moyenne de l’eau dans les fosses. Bien que cette approche fournisse une estimation conservatrice de la ressource thermique disponible, elle n’inclut pas l’effet spatial de la configuration d’un éventuel système géothermique. En complément, une approche numérique est élaborée et détaillée, reposant sur les besoins en refroidissement d’une future entreprise qui envisage d’installer une usine de fertilisant sur le site de la mine Carey Canadian. Cette méthode permet une meilleure compréhension des interactions complexes entre les mécanismes de transfert de chaleur, contribuant ainsi à minimiser le risque de court-circuitage thermique. La simulation numérique sur une période de 50 ans a permis d’estimer une capacité de refroidissement d’environ 2.29 MW, en comparaison à l’estimation de 1.59 MW obtenue par l’approche analytique. Bien que ces deux approches partagent des intrants similaires, il est possible de constater que la divergence des résultats réside dans la prise en compte des processus physiques. Contrairement à l’approche numérique, l’approche analytique exclut tous phénomènes de convection, qu’elle soit naturelle ou forcée, ainsi que la dynamique de l’écoulement de l’eau souterraine. Ces simplifications conduisent inévitablement à une sous-estimation de la ressource, car il apparaît que ces facteurs ont un impact significatif sur l’évaluation de l’énergie thermique disponible et de sa recharge énergétique.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Raymond, Jasmin
Mots-clés libres:	potentiel géothermique; mines abandonnées
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	26 avr. 2024 16:04
Dernière modification:	26 avr. 2024 16:04
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15615

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