Délimitation du panache thermique d'un système géothermique utilisant des puits à colonne permanente installés dans un aquifère fracturé hétérogène.

« RÉSUMÉ : Dans un contexte de transition énergétique, les systèmes constitués de pompes à chaleur géothermiques couplées à des puits à colonne permanente sont une solution efficace pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et gérer les pointes de consommation énergétique associées au chauffage et à la climatisation des bâtiments. Les puits à colonne permanente reposent en partie sur la recirculation de l’eau souterraine dans un puits ouvert au roc, réalisée au moyen d’une pompe submersible et d’un tube de réinjection généralement placés aux extrémités opposées du puits. Il est possible d’exercer une saignée qui consiste à détourner occasionnellement une fraction de l’eau souterraine des puits à colonne permanente vers un ou plusieurs puits d’injection pour générer un écoulement radial de l’eau souterraine et ainsi favoriser le transfert de chaleur par advection. Cette purge permet alors d’améliorer momentanément la performance thermique des pompes à chaleur ou de les maintenir en opération. En raison du contact direct de l’eau souterraine avec les parois du forage et du principe de la saignée, les puits à colonne permanente sont associés à des longueurs réduites d’échangeur de chaleur souterrain comparativement aux systèmes en boucle fermée. Ils peuvent aussi s’implanter dans des environnements hydrogéologiques plus variés que les systèmes en boucle ouverte. Le transfert de chaleur entre les puits géothermiques et le milieu géologique a pour effet d’altérer les températures du sol autour de l’échangeur de chaleur souterrain. Les altérations de température peuvent être représentées par un panache thermique dont l’intensité et la forme dépendent principalement de l’importance des charges thermiques imposées ainsi que des propriétés thermiques et hydrauliques du milieu géologique.»

Abstract

« ABSTRACT : In a context of energy transition, systems made up of geothermal heat pumps coupled with standing column wells are an effective solution for reducing greenhouse gas emissions and managing the peaks in energy consumption associated with heating and cooling buildings. Standing column wells rely in part on the recirculation of groundwater in an open rock well, achieved by means of a submersible pump and a reinjection tube generally placed at opposite ends of the well. It is also possible to carry out a bleed, which consists of occasionally diverting a fraction of the groundwater from the standing column wells to one or more injection wells, to generate a radial flow of groundwater and thus promote heat transfer by advection. This purge temporarily improves the thermal performance of the heat pumps. Because of the direct contact of the groundwater with the borehole walls and the principle of the bleed, standing column wells are associated with shorter lengths of ground heat exchanger than closed-loop systems. They can also be installed in more varied hydrogeological environments than open-loop systems. Heat transfer between geothermal wells and the geological environment has the effect of altering ground temperatures around the ground heat exchanger. Temperature changes can be represented by a thermal plume, the intensity and shape of which depend mainly on the size of the thermal loads imposed and the thermal and hydraulic properties of the geological environment. The presence of heterogeneities in the geological environment can also influence the extent of a thermal plume and the amplitude of temperature changes. Since the current context favors the deployment of low-temperature geothermal systems, it is important to plan their installation properly to ensure optimum energy performance, which is intrinsically linked to energy savings and greenhouse gas emissions. Proper planning means avoiding or minimizing conflicts of use, such as thermal interference between neighboring ground heat exchangers. In Quebec, most standing column wells are installed in fractured rock environments, generally defined as heterogeneous. To assess potential conflicts of use in fractured rock environments and the effect of heterogeneities on the thermal plume of geothermal systems using standing column wells, the thermal plume of the Clé-des-Champs school system in Mirabel, comprising five standing column wells and one injection well, was evaluated. This site has been the subject of a demonstration project aimed at removing the barriers to the use of standing column wells in institutional buildings for a number of years.»