Évaluation des paramètres influençant les températures d'opération des puits à colonne permanente

Le Puits à Colonne Permanente (PACP), communément appelé « standing column well » par la communauté scientifique anglophone, est un type de puits géothermique utilisant l'eau souterraine comme fluide caloporteur. L'eau pompée à partir de la base du puits, généralement à l'aide d'une conduite de refoulement, est acheminée à un échangeur de chaleur avant d'être réintroduite au haut du puits, entre la conduite de refoulement et la paroi du forage. Bien que les PACPs soient généralement aménagés au sein de forages relativement profonds, la performance thermique de chaque puits est telle qu'elle permet d'importantes réductions des longueurs de forages totales requises pour une charge donnée par rapport aux systèmes géothermiques à boucles fermées. La réduction des longueurs de forages aura généralement un impact majeur sur les coûts de construction des systèmes géothermiques. Les modèles de PACP existant supposent généralement un aquifère homogène, isotrope où les températures des composantes de la matrice géologique sont en équilibre thermique quasi instantanées. Selon Banks (2008), ces hypothèses sont moins précises dans les milieux géologiques fracturés et lithifiés, généralement propices à l'implantation de PACPs. L'objectif principal de ce travail est de démontrer que la présence de zones fracturées peut avoir un impact non négligeable sur l'opération des PACPs. L'approche proposée consiste à élaborer et valider un modèle numérique basé sur l'hypothèse d'un écoulement en milieu poreux équivalent. Ce modèle sera ensuite transformé afin d'y intégrer un horizon dont la conductivité hydraulique est nettement supérieure, représentant une zone de fractures. Les modèles développés seront soumis à une série de simulations afin d'illustrer leur fonctionnement et d'observer les paramètres influençant les températures d'opération. Les simulations réalisées dans le cadre de cette étude ont permis de démontrer que la présence d'une seule zone de fractures peut avoir un effet bénéfique non négligeable sur les performances d'un PACP. Le modèle au milieu poreux équivalent et au milieu fracturé présentent des différences de température particulièrement importantes lorsqu'ils sont opérés à une saignée de 10 % à 20 %, correspondant d'ailleurs aux pourcentages typiques d'opération de la saignée. Plusieurs paramètres caractérisant le milieu géologique ont un impact considérable sur les performances du PACP en opération.