Caractérisation hydrogéothermique d'un aquifère fracturé accueillant un système géothermique avec puits à colonne permanente

Les puits à colonne permanente sont des échangeurs souterrains ouverts sur l'aquifère qui sont particulièrement efficaces et emploient l'eau souterraine comme fluide caloporteur. On compte actuellement un nombre limité de publications étudiant l'impact des conditions hydrostrati- graphiques sur la réponse thermique d'un puits ayant impliqué des essais expérimentaux. À ce jour, les travaux disponibles reposent principalement sur la modélisation et impliquent le plus souvent une opération avec saignée. Ce mémoire présente la caractérisation hydrogéo- thermique d'un site qui a permis l'étude d'un puits à colonne permanente opéré sans saignée dans un aquifère fracturé. Suite à une revue du contexte géologique et hydrogéologique à l'échelle régionale, l'École de la Clé-des-Champs située à Mirabel (Québec) a été sélectionnée pour accueillir un système doté de puits à colonne permanente. La caractérisation hydrogéothermique de l'aquifère réalisée a impliqué deux forages explora- toires, un essai de réponse thermique, un essai de pompage, des analyses géochimiques de l'eau souterraine et des profils de vélocimétrie en forage. Ceci a permis d'établir un portrait détaillé du site et de confirmer l'important potentiel géothermique pour l'implantation de puits à colonne permanente. En effet, l'essai de réponse thermique a révélé une performance thermique significative, même pour un puits à colonne permanente, alors que ce dernier a été opéré sans saignée. L'approximation de premier ordre de la source linéique infinie n'a pas permis d'obtenir une valeur de conductivité thermique réaliste pour les matériaux géologiques autour du puits. Il en a été déduit que la conduction seule ne pouvait expliquer la réponse thermique obtenue. Pour explorer cette hypothèse, une étude plus avancée a été requise pour comprendre les mécanismes de transfert de chaleur qui sont intervenus pendant l'essai de réponse thermique. Ainsi, un modèle numérique 3D d'éléments finis couplant le transfert de chaleur et l'écou- lement souterrain a été développé sur la base des observations de terrain afin d'interpréter l'essai de réponse thermique. Le modèle a également été développé dans le but d'étudier l'influence du contexte hydrostratigraphique sur la réponse thermique d'un puits à colonne permanente opéré sans saignée. En effet, l'aquifère situé au site de l'École de la Clé-des- Champs est entre autres caractérisé par une zone fracturée et transmissive, observée dans la partie inférieure des forages, et qui correspond à la Formation de Cairnside. Les travaux de modélisation ont permis de noter que dans ces conditions géologiques, l'advection, même sans saignée, pouvait être le mécanisme de transfert de chaleur dominant. De plus, les travaux ont mis en lumière l'influence des conditions hydrostratigraphiques sur l'interprétation de l'essai de réponse thermique, soit que la valeur moyenne ainsi que le profil de conductivité hydraulique influencent la réponse thermique du puits. Ceci a permis de montrer que la ap- proximation de premier ordre de la ligne source infinie comme méthode d'interprétation ne peut pas toujours être employée pour interpréter les essais de réponse thermique réalisés sur les puits à colonne permanente, même en l'absence de saignée. Les résultats supportent également le fait qu'une fracture à la base du puits, dans les condi- tions rencontrées à Mirabel, peut légèrement nuire à la performance thermique du puits. Une évaluation erronée des paramètres hydrogéologiques pourrait mener à une conception inappropriée du système. Une conclusion qui appelle à la prudence et qui encourage la réa- lisation d'une étude hydrogéologique pour bien définir le contexte hydrostratigraphique afin de considérer son effet lors de l'interprétation des essais de réponse thermique.