Présentation effectuée au Carrefour des sciences de la Terre du REDIST à l'UQAC, Chicoutimi, 2013.

1. Simulations d’exploitation des
ressources géothermiques
dans l’environnement minier
Jasmin Raymond, géo., Ph.D.

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
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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. Plan de la présentation
1. Introduction
Problématiques liées à la géothermie
Les avantages de l’environnement minier
2. Simulations d’exploitation des ressources
Mines Gaspé, Murdochville
La Halde Sud, Mine Doyon, Abitibi
3. Conclusion
La géothermie et l’environnement minier au Québec

5. 1. Introduction - Les systèmes de pompes
à 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-sol
vers le bâtiment ou l’inverse

6. Les types de pompes à chaleur géothermique
Aquifère Eau de surface Couplées au sol

7. Problématiques et axes de recherche
Problématique
Coûts d’installation élevés
Longue période de retour sur l’investissement
Objectif de recherche
Réduire les coûts d’installation des systèmes
Un des axes de recherche à envisager est :
Caractérisation des environnements
géologiques favorables afin de faciliter la
construction des systèmes

8. La géothermie & l’environnement minier
Eau souterraine Eau de surface Déchets miniers
pela-tenn.com ecu.edu.au Peres Menezes, 2004
Ressources accessibles
Possibilité de réduire les coûts d’installation des
systèmes géothermiques

9. Ex : Conversion d’un ancien puits de ventilation
d’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. Ex : Conversion d’un ancien puits de ventilation
d’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. 2. Simulations d’exploitation des ressources
Cheniour, 2009
Halde Sud, Mine Doyon
+ + O2 Chaleur

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. 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 GJ
10 914 barils maz.

14. Système énergétique de quartier au parc
industriel de Murdochville
Charge annuelle Pointe mensuelle
Chau. -1 488 MWh Chau. (janvier) : -268 MWh
Clim. 458 MWh Clim. (juillet) : 88 MWh

15. Puits 1100
PO-115
• Ancien puits de
Essai de l’Est du 1100
22 m à pompage
ventilation
• Profondeur 82,3 m
Durée
• Diamètre 4,57 m
• Diamètre 15 cm
3 semaines
• Longueur ~375 m
Débit PO-216
Puits
1 000 GUSPM
• Inclinaison 75 °
• 43 m au SSE
Température du 1100
• Débouche dans les
6,7 °C
• Profondeur 100 m
galeries de la zone C à
• Diamètre 15 cm
220 et 365 m de
profondeur

16. Optimisation du système avec simulations
numériques - HydroGeoSphere

17. Calibration du modèle numérique
Charges hydrauliques dans Rabattements et
la fosse du Mont Copper lors températures lors de l’essai
de l’ennoyage (2002-2009) de pompage (2005)

18. Prédictions : extraction de chaleur au débit
d’opération maximum
Simulations effectuées sur
une période de 50 ans
Débit de pompage fixe
1000 GUSMP
1 MW (284 tonnes)
Quantité d’extraction de
chaleur variable
2 × Charges
3 × Charges (-4 344 MWh)
4 × Charges
Critères
Pompage (Out) ≥ 5 ° C
Injection (In) ≥ 2 °C

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. La Halde Sud de la Mine Doyon - Abitibi
Superficie
54,9 Hectares
Épaisseur maximum
35 m
Constituée de matériaux
granulaires (fragments de roc) en oxydation
FeS2 + 3,5O2 + H2O Fe2+ + 2SO42- + 2H+ + 1443 kJ/mol

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 halde
z(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. L’énergie thermique de la Halde Sud
Énergie moyenne
par unité de surface
3 055 MJ/m2
Énergie totale
1 700 000 GJ
300 000 barils maz.

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. Analyse de l’essai conventionnel dans la halde
λstérile = 2.5 W/mK

25. Analyse de l’essai avec câbles chauffants
sous la halde
λmort-terrain = 1.5 à 2.0 W/mK
λroc = 3.8 W/mK

26. Simulation numérique d’un système conventionnel
vs. 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. Prédictions : température du fluide à la
sortie de l’échangeur de chaleur
Système 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. 3. Conclusion
L’environnement minier au Québec
165 Mines inactives
146 Bassins de rétention
55 Aires avec stériles acides

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. Endroits potentiels à développer
Sherbrooke Rouyn-Noranda

31. L’exploitation de l’énergie géothermique
dans 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