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La géothermie au Canada : problématiques et opportunités de recherche

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by

Jasmin Raymond

on 25 November 2015

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Transcript of La géothermie au Canada : problématiques et opportunités de recherche

La géothermie au Canada :
Jasmin Raym nd, géo., Ph.D.
Tendance
énergétique canadienne
Augmentation des besoins
Croissance
: gaz naturel, énergies renouvelables, hydro-électricité, charbon avec séquestration CO2
Diminution : charbon, pétrole
Moteur de changement –
réduction des émissions de GES
= 10^15 J
www.neb.gc.ca
Les GES au Québec :
transports
,
industrie
et
RCI
(chauffage des bâtiments)
L’objectif
2020
de réduction des GES -
20%
par rapport à 1990
Solution :
électrifier les transports
(25% des nouveaux véhicules vendus d’ici 2020)

www.mddefp.gouv.qc.ca
D’où proviendra l’énergie (
verte
) nécessaire pour atteindre ces objectifs?
Murdochville -
www.hydroquebec.com
L'
hydro-électricité
L'
énergie éolienne

La
géothermie
, une des alternatives
Besoin d’y penser maintenant :
±40 ans pour développer l’éolien au Québec
1977 - Îles-de-la-Madelaine (démonstration)
2015 - 4 000 MW (opération)
±20 ans pour les premiers projets commerciaux de géothermie profonde en Europe
1984 - Soultz (démonstration)
2004 - Landau (opération)
www.geo-exchange.ca
L’énergie géothermique
Chaleur stockée
dans la croûte terrestre
Renouvelée par le flux de chaleur terrestre (moyenne 62 mW/m^2)
Principales utilisations :
Produire de l’
électricité
--> réservoir chaud (80 - 300°C)
Économiser de l’énergie lors du
chauffage
et la
climatisation
--> réservoir froid (-10 – 30 °C)

www.smu.edu/geothermal
Les ressources géothermiques au Canada
pr blématiques et opportunités de recherche
Eastmain - www.hydroquebec.com
(Grasby et coll., 2011)
La production d’électricité géothermique
Aucune centrale en opération
Quelques
projets d’exploration
:
Volcanique : Canoe Reach, Lilooet, Meager Creak (CB)
Sédimentaire : Ft. Liard (TNW), Swan Hills (AB), Rafferty (SK)
CanGEA
: ± 15 membres (développement des ressources, services)

L'industrie canadienne
www.cangea.ca
Le chauffage et la climatisation géothermique
(Raymond et coll., 2010)
L'industrie canadienne
Jusqu’à ~
16 000 unités
installées par année
Forte
croissance

40 à 60 %/an
(2004 à 2008)
Taille du marché :
Ontario
>

Québec
>
Colombie-Britannique
CCÉG
: ± 250 membres (conception, installation, opération, fabrication)
(Raymond et coll., 2015; CCÉG)
Énergie
renouvelable
Production
continue
Faible émission
de GES
Utilisation d’un
territoire
restreint


Les avantages
La problématique
Objectif de la recherche
Coût
d’installation
élevé
à cause des forages

Réduire le coût d’installation pour favoriser l’émergence de la filière

Axes de recherche
milieux
méthodes
technologies
Profil
Postdoctorat
– Géothermie profonde (2013-2015)
Caractérisation thermique des Basses-terres du Saint-Laurent –

Postdoctorat
– Thermique (2011-2013)
Essais de conductivité thermique en forage – Bourse BP

Ph.D.
– Hydrogéologie (2006-2010)
Énergie géothermique et environnement minier – Bourse AGB

Valorisation
des
géologiques
favorables
Évaluer les caractéristiques du sous-sol pour :
Trouver les
endroits favorables
à l’installation des systèmes
Démontrer les
avantages
à l’aide de simulations

Conduction de chaleur dans la croûte terrestre



Réservoir sédimentaire
-->
trouver les
roches isolantes
pour assurer une augmentation de la température
Pompes à chaleur
--> trouver les
roches conductrices
pour assurer un transfert de chaleur

Évaluation du potentiel géothermique des Basses-terres du Saint-Laurent
Travaux réalisés avec l’Institut de recherche d’Hydro-Québec
Ressources de basse à moyenne température (80-200 °C)
Couverture
Réservoir
Porosité 3.1-6.7%
Perméabilité 0.12-0.24 mD
Évaluation des anomalies de température et des ressources géométriques
Modèle
géologique
3D

Carte géologique de surface
164 diagraphies de forage
Carte de la profondeur du socle (sismique)
Superposition de 125 mesures de
température
enregistrée au
fond

des
puits
d'exploration pétrolière et corrigée pour la circulation de boue
Mesure des
propriétés thermiques
sur 45 échantillons en laboratoire
Extrapolation
de la
température
en profondeur et
évaluation
des
ressources
Températures corrigées et gradient calculé
Anomalies de température des BTSL
Conductivité thermique des échantillons de surface
Température extrapolée pour le Potsdam et le socle
(Bédard et coll., 2014)
(Bédard et coll., 2014)
(Sirois et coll., 2015)
Amélioration
des
de conception
et d’opération
des systèmes
Augmenter l’
efficacité
et la
rentabilité
des systèmes en perfectionnant les façons de
concevoir
et d’
opérer

Cycle de conversion
de chaleur --> efficacité faible (
20 % @ 120 °C
)
Taux d'
extraction de chaleur
du
réservoir
souterrain également
bas

Pompes à chaleur ---> efficacité élevée (COP > 3), mais besoin d’améliorer les méthodes de
conception
des
échangeurs de chaleur
Cycle de conversion de chaleur en électricité
L’énergie électrique est produite à l’aide d’une
centrale binaire

Un apport en combustible (biogaz) dans un cycle
hybride
permettrait d’augmenter l’efficacité

(Borsukiewicz-Gozdur, 2010)
Essai de conductivité thermique en forage
Mesurer les
propriétés
thermiques du
sous-sol

Pour la
conception
des systèmes de pompes à chaleur

Injection de chaleur
multiniveau

Identification d'une
stratigraphie thermique
et des horizons favorables
Développement de nouvelles
Inventer et avancer le stade de maturité de nouvelles technologies pour
augmenter l’efficacité
et de
réduire
le
coût
d’installation des systèmes

Développer la
propriété intellectuelle
liée aux produits et aux appareils

Tuyaux à conductivité
thermique améliorée
Mélange de polyéthylène haute densité et de
nanoparticules
Augmentation de la conductivité thermique de
75 %
Réduit
de
5 à 23 %
la
longueur
de forage pour les échangeurs de chaleur
Les
meilleurs performances
sont pour les échangeurs
2U
et
coaxiaux
(Raymond et coll., 2011)
Nouvel appareil pour essais de réponse thermique
Essai
conventionnel
--> source de
haute puissance
(240V / 60A)

Essai avec
câbles chauffants
en
sections
-->
source de basse puissance (120V / 10A)

Installation et automatisation
simple

Non affecté
par les fluctuations de
température
en
surface

Pourrait aussi être utilisé pour mesurer le
flux de chaleur terrestre
afin d'évaluer
les ressources géothermiques profondes

Conclusions
Émergence
de l’industrie
géothermique
au Canada

Possibilité d'augmenter la
compétitivité
et de favoriser la
croissance
par la
recherche

Besoins en
formation
de
main d’œuvre
importants puisqu'il y a peu d’expertise au Canada

Opportunités de recherche présentes dans les secteurs de la génération d’
électricité
et du
bâtiment

Impact potentiel -->
diversifier

l’approvisionnement
énergétique et
diminuer
les émissions de
GES

www.iea-eces.org
Basse puissance - $ -
Haute puissance - $$ -
Premier essai sur le terrain
1) Température non perturbée
(Castonguay et coll., 2010)
(Comeau et coll., 2012)
(Comeau et coll., 2012)
Soultz, Fr
Landau, Al
Insheim, Al
Projet de
démonstration
(1,5 MW)

1984
- Début recherche
2001 - 2005
- Forage
2004 - 2009
- Construction
centrale
2010 - 2013
- Opération
et monitoring
Projet
commercial
(2,9 MW)

2004
- Début construction
2008
- Production
d'électricité
Projet
commercial
(4,8 MW)

2008
- Début construction
2012
- Production
d'électricité
Ressources géothermiques du groupe de Potsdam
2) injection de chaleur et restitution
3) Analyse du signal de restitution
4) Évaluation de la stratigraphie
(Raymond et coll., 2015)
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