Étude des effets d'échelle liés à l'évaluation de la conductivité thermique du roc en géothermie

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Les systèmes géothermiques constituent l'une des technologies de choix pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. L'expansion planétaire de cette filière renouvelable se fait notamment par le développement de ressources jugées non conventionnelles associées aux systèmes pétrothermaux où le roc a une faible perméabilité. Dans ce contexte, des échangeurs de chaleur à boucle fermée peuvent être utilisés, qu'ils soient superficiels et destinés à chauffer un bâtiment net zéro, ou encore profonds et connectés à un système énergétique de quartier. L'opération de systèmes géothermiques ouvragés reposant sur la stimulation de réservoirs permet également de produire de l'électricité propre. La performance des systèmes d'échangeur de chaleur ou encore la profondeur des réservoirs à exploiter dépend fortement de la conduction de chaleur dont le taux de transfert est proportionnel à la conductivité thermique du roc. Des méthodes de laboratoire et des essais in situ existent pour évaluer cette propriété, mais de récents travaux ont démontré que cette évaluation dépend de l'échelle des mesures. A plus petite échelle, celle de l'échantillon, la conductivité thermique observée est plus élevée que celle évaluée à grande échelle sur le terrain. Une hypothèse qui expliquerait ce phénomène est qu'il existerait à petite échelle dans les roches hétérogènes moins de barrières au transfert thermique par conduction. L'erreur induite se répercute ultimement dans les prédictions de performance et de la rentabilité des systèmes géothermiques. Un couplage innovant de la scanographie infrarouge et aux rayons X est proposé dans ce programme de recherche qui a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes de transfert thermique qui affectent l'étendue et la pérennité des ressources géothermiques. Plus spécifiquement, je vise à quantifier de façon tridimensionnelle les effets d'échelle associés à l'évaluation de la conductivité thermique. Des échantillons de roc seront analysés au scanneur infrarouge pour déterminer la distribution de la conductivité thermique en 2D. Cette évaluation sera extrapolée en 3D à l'aide de mesures de densité effectuées au CT scan. Les images 3D seront exportées vers un logiciel d'éléments finis pour évaluer la conductivité thermique équivalente à différentes échelles. Ces travaux de nature fondamentale réalisés avec des appareils à la fine pointe de la technologie permettront des percées scientifiques fulgurantes, puisqu'une fine caractérisation des effets d'échelle en géothermie n'a jamais été entreprise. Les résultats serviront à améliorer la cartographie de la conductivité thermique des Basses-Terres du Saint-Laurent afin de bonifier les outils d'aide à la décision qu'utilisent les concepteurs de systèmes de pompe à chaleur géothermique. Le flux de chaleur terrestre de régions nordiques éloignées sera réévalué en fonction des effets d'échelle pour aider les communautés autochtones à développer leurs ressources géothermiques.