Amélioration de la simulation et de l'opération des puits à colonne permanente par des modèles adaptés aux contextes réels et incertains

« RÉSUMÉ : Les pompes à chaleur géothermiques offrent une solution pour atteindre les objectifs canadiens de carboneutralité dans le secteur du bâtiment. Grâce à leurs performances élevées, ces systèmes assurent également une réduction de l’appel de puissance électrique sur les réseaux. Parmi les différents types d’échangeurs de chaleur souterrains, les puits à colonne permanente se distinguent par leur efficacité thermique supérieure, leur coût de construction moindre et leur capacité à s’adapter à des milieux aux urbains denses. Tout ceci est dû à plusieurs facteurs, à savoir une construction profonde et ouverte au roc, l’échange de chaleur direct avec l’eau souterraine, une flexibilité offerte par la gestion des débits de circulation et par l’opération d’une saignée. À cet effet, l’activation d’une saignée engendre un écoulement convergent forcé d’eau souterraine, ce qui renforce considérablement le transfert thermique par advection et donc également les performances thermiques du système. Pour soutenir les objectifs de carboneutralité dans le secteur du bâtiment, l’implantation des puits à colonne permanente doit être accélérée et il convient de fournir aux professionnels les outils nécessaires pour concevoir et opérer plus simplement ces échangeurs. Les outils requis doivent notamment inclure des modèles et méthodes de simulation adaptés à la dynamique hydraulique et thermique relative à l’opération des puits à colonne permanente. Les modèles analytiques offrent généralement une grande rapidité de calcul, permettant d’accéder à des analyses de sensibilité et à des études stochastiques. À ce jour, pour les puits à colonne permanente, un seul modèle analytique considère le transfert de chaleur advectif sollicité par l’opération de la saignée, mais ce modèle n’a toutefois pas été validé expérimentalement. Puis, les modèles numériques incluent un niveau de détail supérieur, tel que les phénomènes régionaux, les interactions entre plusieurs puits et le contexte hydrostratigraphique, notamment une l’hétérogénéité sous forme de couches horizontales. Cette sophistication rend ces derniers complexes à concevoir et requiert davantage de puissance de calcul. Une dernière gamme concerne les modèles empiriques expérimentaux construits à l’aide d’algorithmes de déconvolution. Par construction, ces derniers sont moins flexibles que les autres types de modèles, mais deviennent essentiels pour analyser la performance thermique des systèmes et évaluer le comportement des puits à colonne permanente selon différentes stratégies d’opération. Les principales stratégies comprennent la recirculation complète ou l’opération d’une saignée. »