Proposition et validation d'un essai de laboratoire permettant de déterminer les cinétiques de réaction des roches carbonatées dans le contexte de puits à colonne permanente

Dans le cadre de l’étude des sources d’énergie non conventionnelles pour le chauffage et la climatisation des bâtiments gérés par la Ville de Montréal, un système de puits à colonne permanente (PCP) est prévu à côté du Centre Père-Marquette pour répondre aux besoins de chauffage et de climatisation du bâtiment. Cette technologie innovante vise à réduire la consommation d’électricité en remplaçant le chauffage traditionnel par un chauffage basé sur l’utilisation de l’énergie stockée dans le sous-sol. Ainsi, cette solution vise à réduire l’empreinte carbone en exploitant une énergie verte. Cependant, cette solution représente un défi en raison des problèmes rencontrés lors de sa mise en oeuvre. En effet, les aquifères calcaires caractérisant la plupart des régions du Québec peuvent créer des problèmes de fonctionnement à cause de la dureté de l’eau souterraine. En effet, le système PCP est basé sur la circulation permanente des eaux souterraines et leur contact avec la roche peut provoquer le colmatage des puits en raison des réactions qui se produisent (dissolution et précipitation des minéraux carbonatés). De ce point de vue, ce travail vise à étudier la cinétique des réactions en simulant le PCP par un modèle simple en laboratoire. Ainsi, les résultats obtenus constituent une base pour la modélisation des paramètres géochimiques (surface minérale réactive, cinétique de réaction) et une phase préliminaire pour l’implémentation de ces paramètres dans d’autres modèles de simulation. Des forages exploratoires ont été réalisés au Centre Père Marquette dans un double but d’explorer la géologie locale et de réaliser un essai pilote de Puits à Colonne Permanente en laboratoire. Contrairement aux tests conventionnels utilisant de la roche concassée, qui ne sont pas très représentatifs d’un écoulement dans un PCP, une nouvelle approche a été développée au sein du Groupe de recherche en géothermie et hydrogéologie (G2H) de Polytechnique Montréal. Cette approche est basée sur un écoulement autour d’une carotte rocheuse. Ce nouvel outil améliore la connaissance du fonctionnement du PCP dans un environnement carbonaté et constitue un premier pas vers la démocratisation de la technologie au Québec.»

Abstract

As part of the study of non-conventional energy sources for the heating and cooling of buildings managed by the City of Montreal, a standing column well (SCW) system is planned next to the Centre Père-Marquette to meet the building’s heating and cooling needs. This innovative technology aims to reduce electricity consumption by replacing traditional heating with heating based on the use of energy stored underground. Thus, this solution aims to reduce the carbon footprint by exploiting green energy. However, this solution is a challenge due to the problems encountered in its implementation. In fact, the calcareous aquifers characterising most regions in Quebec can be problematic because of their hardness. The SCW system is based on the permanent circulation of groundwater and its contact with rocks can cause the clogging of wells due to the reactions that take place (dissolution and precipitation of carbonate minerals). From this point of view, this study aims to investigate the kinetics of these reactions by simulating the SCW by a simple model in the laboratory. Thus, the results constitute a basis for modeling geochemical parameters (reactive mineral surface, reaction kinetics, etc.) and preliminary phase for implementing these parameters in other simulation models. Exploratory drilling was carried out at the Centre Père Marquette for two purposes, to explore the local geology and to carry out a pilot test of a standing column well in the laboratory based on the sample taken. Contrary to conventional tests using crushed rock, which are not very representative of a flow in SCW, a new approach was developed within the Geothermal and Hydrogeology Research Group (G2H) of Polytechnique Montreal. This approach is based on a flow around an intact rock core, validated in the context of the implementation of SCW for a sports centre in Montreal. This new tool improves our knowledge of how SCW works in a carbonate environment and is a first step towards the democratization of the technology in Quebec.»