Simulation d'un réservoir de sédimentation appliqué à un système géothermique ouvert

Les systèmes géothermiques ouverts de basse température font partie des sources d’énergie renouvelable utilisant directement l’eau souterraine comme fluide caloporteur. Parmi eux, les systèmes de puits à colonne permanente et puits d’injection, couplés à une pompe à chaleur, peuvent subvenir de façon efficace aux besoins en chauffage et en climatisation de bâtiments, notamment en période de pointe. De par la présence de matière organique et inorganique dans l’eau souterraine opérée par un système ouvert, l’utilisation du puits d’injection est délicate et sujette dans certains cas à des phénomènes de colmatage. En partie provoqué par la présence de particules solides provenant du roc entourant le puits à colonne permanente, le colmatage des puits d’injection peut induire des pertes de performance du système global non désirable et des besoins de maintenance supplémentaires. De ce fait, ce mémoire présente l’étude d’un réservoir de sédimentation, considéré comme une potentielle solution passive permettant de réduire la quantité de particules solides allant au puits d’injection d’un système géothermique ouvert, afin de prévenir d’éventuels phénomènes de colmatage. Suite à une revue exhaustive des différents types de réservoirs de sédimentation, des principaux comportements de ces derniers et des différentes approches de modélisations existantes, un modèle numérique 3D d’un réservoir de sédimentation a ainsi été réalisé sur la base de données expérimentales typiques de puits à colonne permanente et de puits d’injection. Il s’agit alors d’un modèle multiphasique à phases dispersées capable de prédire l’écoulement turbulent, le transport de sédiments, ainsi que le processus de sédimentation dans un réservoir. Validé sur la base de données expérimentales provenant de la littérature et se rapprochant des conditions de fonctionnements attendues, le comportement du modèle a par la suite été analysé pour différentes géométries potentielles de réservoirs de sédimentation et pour différentes données expérimentales typiques de puits à colonne permanente et de puits d’injection. Les impacts du débit d’entrée et de la taille des particules sur le processus de sédimentation et sur l’efficacité du réservoir ont notamment été analysés. De même que l’impact de la longueur du réservoir et de l’ajout de déflecteurs. Les résultats obtenus mettent en avant la capacité d’un réservoir de sédimentation à réduire la quantité de particules solides allant au puits d’injection, permettant ainsi de réduire l’apparition des phénomènes de colmatage. En effet, avec des efficacités de réservoir variant de 46.8% à 85% et une capacité à récupérer 100% des classes de particules de plus gros diamètre, il existe un réel potentiel de réduction des phénomènes de colmatage.