Évaluation des ressources géothermiques de profondeur intermédiaire : sélection d'un système d'échangeur pour une production optimale

Gascuel, Violaine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2926-5419 (2024). Évaluation des ressources géothermiques de profondeur intermédiaire : sélection d'un système d'échangeur pour une production optimale Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 364 p.

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Résumé

Développer des systèmes de chauffage à faible empreinte carbone et économes en électricité est crucial pour la transition énergétique. L’exploitation de la chaleur géothermique à profondeur intermédiaire (700 à 3000 m) apparaît prometteuse, même dans des bassins sédimentaires froids comme les Basses-Terres du Saint-Laurent au Québec (ex. 30°C à 1 km de profondeur). L’objectif de ce doctorat était de conceptualiser des systèmes adaptés à ces bassins, comparer leurs performances par modélisation et évaluer l’impact de l’incertitude des propriétés du milieu. Les systèmes modélisés ont été couplés à des pompes à chaleur et sont basés sur les caractéristiques de la région de Bécancour, dont l’épaisseur de la succession est de 1250 m et l’unité la plus perméable est située entre 750 et 900 m de profondeur. Les systèmes considérés ont de 150 à 200 mm de diamètre. La conception d’échangeurs de chaleur en forages (ECF) profonds, des systèmes en boucle fermée permettant d’extraire de la chaleur par conduction, a initialement été examinée. Différentes configurations (profondeurs, diamètres, matériaux) ont été simulées pour différents débits d’opération constants, pour déterminer le débit optimal pour chaque ECF. La reconversion d’anciens puits gaziers en ECF a été envisagée. Malgré une production simulée inférieure par rapport à l’option incluant le forage d’un nouveau puits, les économies sur le forage rendent la reconversion économiquement viable (22,80 $CN MWh-1 pour l’ECF le plus rentable pour un an d’exploitation continue). Une approche pour comparer la production maximale d’un ECF et de doublets avec des puits verticaux, inclinés ou subhorizontaux a ensuite été développée. À Bécancour, tous les doublets étudiés seraient capables de produire plus de chaleur qu’un ECF, sauf lorsque la perméabilité de l’aquifère ciblée est faible. Cependant, ils sont plus sensibles à l'incertitude des propriétés. Après 10 ans de fonctionnement (à débit constant), la puissance thermique produite varierait de 0.08 à 2.6 kW m-1 pour différents scénarios du doublet à puits subhorizontaux (le plus productif) contre 0.12 à 0.22 kW m-1 pour l’ECF. Enfin, un code couplé aux modèles numériques a été développé, simulant une demande variable et le fonctionnement de plusieurs pompes à chaleur activables selon les besoins. Appliqués à un scénario où des puits existants seraient reconvertis pour chauffer une serre, les résultats ont montré que le doublet pourrait chauffer une plus grande surface qu’un ECF. Néanmoins, sur 30 v ans, l'ECF apparaît plus rentable (64 $CN MWh-1 pour l’ECF contre 167 $CN MWh-1 pour le doublet).

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Raymond, Jasmin
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Rivard, Christine
Mots-clés libres:	Énergie ; Chaleur ; Chauffage ; Pompe à chaleur ; Modélisation numérique ; Doublet ; Boucle fermée ; Puits ; Bécancour ; Basses-Terres du Saint-Laurent.
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	12 nov. 2024 19:51
Dernière modification:	12 nov. 2024 19:51
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16033

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