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L’énergie thermique de la Halde Sud   Énergie moyennepar unité de surface        3 055 MJ/m2      Énergie totale       1 7...
Test de réponse thermique à la Halde Sud Méthode conventionnelle Injection de chaleur par circulation d’eau réchauffée ave...
Analyse de l’essai conventionnel dans la halde                          λstérile = 2.5 W/mK
Analyse de l’essai avec câbles chauffantssous la halde                    λmort-terrain = 1.5 à 2.0 W/mK                  ...
Simulation numérique d’un système conventionnelvs. sous la halde - HydroGeoSphere  Échangeur de chaleur (boucle fermée) de...
Prédictions : température du fluide à lasortie de l’échangeur de chaleurSystème conventionnel           Système sous la Ha...
3. Conclusion  L’environnement minier au Québec165 Mines inactives146 Bassins de rétention55 Aires avec stériles acides
Les mines désaffectées                         Grasby et coll., 2011 Inventaire de la Commission géologique du Canada 165 ...
Endroits potentiels à développer    Sherbrooke           Rouyn-Noranda
L’exploitation de l’énergie géothermiquedans l’environnement minier                  Attrayante pour des systèmes de      ...
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Présentation effectuée au Carrefour des sciences de la Terre du REDIST à l'UQAC, Chicoutimi, 2013.

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Simulations d’exploitation des ressources géothermiques dans l’environnement minier

  1. 1. Simulations d’exploitation desressources géothermiquesdans l’environnement minierJasmin Raymond, géo., Ph.D.
  2. 2. Jasmin Raymond, géo., Ph.D. Champ d’activité - Géothermie Chercheur Postdoctoral – ÉTS jasmin.raymond.1@ens.etsmtl.ca Consultant - HydroGeoPro jraymond@hydro-geo.net Contactez-moi via les médias sociaux:
  3. 3. Remerciements René Therrien, ing., Ph.D.Génie géologique, Université Laval Louis Gosselin, ing., phys, Ph.D.Génie mécanique, Université Laval René Lefebvre, Ph.D.INRS Centre Eau Terre Environnement Steve Grasby, Ph.D.Commission géologique du Canada
  4. 4. Plan de la présentation1. Introduction Problématiques liées à la géothermie Les avantages de l’environnement minier2. Simulations d’exploitation des ressources Mines Gaspé, Murdochville La Halde Sud, Mine Doyon, Abitibi3. Conclusion La géothermie et l’environnement minier au Québec
  5. 5. 1. Introduction - Les systèmes de pompesà chaleur géothermique Meilleure efficacité énergétique parmi tous les systèmes disponibles sur le marché (US EPA, 1993) Diminuent la consommation énergétique des bâtiments 60-70 % chauffage 30-40% climatisation Transfert d’énergie du sous-solvers le bâtiment ou l’inverse
  6. 6. Les types de pompes à chaleur géothermique Aquifère Eau de surface Couplées au sol
  7. 7. Problématiques et axes de rechercheProblématique Coûts d’installation élevés Longue période de retour sur l’investissementObjectif de recherche Réduire les coûts d’installation des systèmesUn des axes de recherche à envisager est : Caractérisation des environnements géologiques favorables afin de faciliter la construction des systèmes
  8. 8. La géothermie & l’environnement minier Eau souterraine Eau de surface Déchets minierspela-tenn.com ecu.edu.au Peres Menezes, 2004 Ressources accessibles Possibilité de réduire les coûts d’installation des systèmes géothermiques
  9. 9. Ex : Conversion d’un ancien puits de ventilationd’une mine en puits à colonne verticale, Abitibi Le puits Dimensions en surface 9,75 m × 3,7 m Profondeur 1 235 m Température moyenne de l’eau 11 °C
  10. 10. Ex : Conversion d’un ancien puits de ventilationd’une mine en puits à colonne verticale, Abitibi 10.00 8.00 Évaluation des températures de 6.00 production pour un système T (°C) 4.00 géothermique d’une capacité de 2.00 72,1 kW (20,5 tonnes) 0.00 0 250 500 750 1000 1250 L (m) 28.00 Chauffage 26.00 Injection 3 ° - Pompage 6 ° C C 24.00 T (°C) 22.00 Climatisation 20.00 18.00 Injection 25 ° - Pompage 20 ° C C 0 250 500 750 1000 1250 L (m)
  11. 11. 2. Simulations d’exploitation des ressources Cheniour, 2009 Halde Sud, Mine Doyon + + O2 Chaleur
  12. 12. Les Mines Gaspé – Murdochville Population 800 habitants Historique 1953 : Fondation de la ville, exploitation Cu 1999 : Fermeture des Mines Gaspé 2002 : Fermeture de la Fonderie Gaspé 2003 : Début de la construction d’un murdochville.com premier parc éolien
  13. 13. Les Mines Gaspé – Murdochville Volume d’eau 3,7 M m3 Gradient géothermique~4-6° en surface C 1,2 °C/100 m Ressources 61 000 GJ10 914 barils maz.
  14. 14. Système énergétique de quartier au parc industriel de MurdochvilleCharge annuelle Pointe mensuelle Chau. -1 488 MWh Chau. (janvier) : -268 MWh Clim. 458 MWh Clim. (juillet) : 88 MWh
  15. 15. Puits 1100 PO-115• Ancien puits deEssai de l’Est du 1100 22 m à pompageventilation• Profondeur 82,3 mDurée• Diamètre 4,57 m• Diamètre 15 cm 3 semaines• Longueur ~375 mDébit PO-216Puits 1 000 GUSPM• Inclinaison 75 °• 43 m au SSETempérature du 1100• Débouche dans les 6,7 °C• Profondeur 100 mgaleries de la zone C à• Diamètre 15 cm220 et 365 m deprofondeur
  16. 16. Optimisation du système avec simulationsnumériques - HydroGeoSphere
  17. 17. Calibration du modèle numérique Charges hydrauliques dans Rabattements etla fosse du Mont Copper lors températures lors de l’essai de l’ennoyage (2002-2009) de pompage (2005)
  18. 18. Prédictions : extraction de chaleur au débitd’opération maximumSimulations effectuées surune période de 50 ansDébit de pompage fixe 1000 GUSMP 1 MW (284 tonnes)Quantité d’extraction dechaleur variable 2 × Charges 3 × Charges (-4 344 MWh) 4 × ChargesCritères Pompage (Out) ≥ 5 ° C Injection (In) ≥ 2 °C
  19. 19. Évaluation économique (Kwatroe Consultants) Débit de pompage max. du système 1 000 GUSPM Coûts d’installation murdochville.com res2.agr.ca 750 000 $ Économies annuelles 2 500 MWh murdochville.com 175 000 $ 3dingenierie.com
  20. 20. La Halde Sud de la Mine Doyon - AbitibiSuperficie 54,9 HectaresÉpaisseur maximum 35 mConstituée de matériauxgranulaires (fragments de roc) en oxydationFeS2 + 3,5O2 + H2O Fe2+ + 2SO42- + 2H+ + 1443 kJ/mol
  21. 21. Température de la Halde Sud T(°C) T(°C) 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 0 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 Dans la haldez(m) z(m) 13 - 44 °C 60 60 70 70 80 80 90 90 100 100 Sous la halde 110 5 - 36 °C 110 120 120 Sous-sol Halde Sud Non perturbé Forage BH-4
  22. 22. L’énergie thermique de la Halde Sud Énergie moyennepar unité de surface 3 055 MJ/m2 Énergie totale 1 700 000 GJ 300 000 barils maz.
  23. 23. Test de réponse thermique à la Halde Sud Méthode conventionnelle Injection de chaleur par circulation d’eau réchauffée avec un élément électrique Avec câbles chauffants Injection de chaleur le long des câbles
  24. 24. Analyse de l’essai conventionnel dans la halde λstérile = 2.5 W/mK
  25. 25. Analyse de l’essai avec câbles chauffantssous la halde λmort-terrain = 1.5 à 2.0 W/mK λroc = 3.8 W/mK
  26. 26. Simulation numérique d’un système conventionnelvs. sous la halde - HydroGeoSphere Échangeur de chaleur (boucle fermée) de 98 m de long Forage 6’’, tube en U 1¼’’ Ajustement des charges imposées au puits pour obtenir des températures de production semblables en mode chauffage
  27. 27. Prédictions : température du fluide à lasortie de l’échangeur de chaleurSystème conventionnel Système sous la Halde Sud Charges annuelles Charges annuelles Chauffage -27 846 kWh Chauffage -40 222 kWh Climatisation 17 977 kWh Climatisation 25 967 kWh 13 forages pour un bâtiment 9 forages pour un bâtiment 45 000 pi2/2 étages 45 000 pi2/2 étages
  28. 28. 3. Conclusion L’environnement minier au Québec165 Mines inactives146 Bassins de rétention55 Aires avec stériles acides
  29. 29. Les mines désaffectées Grasby et coll., 2011 Inventaire de la Commission géologique du Canada 165 sites Ressources géothermiques tot. 246 GWh Moyenne : 1.6 GWh
  30. 30. Endroits potentiels à développer Sherbrooke Rouyn-Noranda
  31. 31. L’exploitation de l’énergie géothermiquedans l’environnement minier Attrayante pour des systèmes de grande envergure Bâtiments commerciaux et industriels Systèmes énergétiques de quartier Réduire la consommation énergétique / Diversifier les sources d’approvisionnement En développement dans plusieurs pays (Pays-Bas, Allemagne, Angleterre, É-U) Au Québec, le potentiel est considérable

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