Centre Eau Terre Environnement
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Face aux changements climatiques et à la demande accrue en énergies fossiles, le développement de l’approvisionnement en énergies renouvelables et durables est devenu prioritaire. Au Québec, malgré la présence d’un réseau hydro-électrique alimentant la majorité de sa population, les communautés nordiques demeurent isolées du réseau hydro-électrique. Elles sont alors vulnérables face à la disponibilité ainsi qu’au prix du marché des énergies fossiles puisqu’elles doivent répondre aux besoins énergétiques de leur population en consommant du diesel. Les systèmes géothermiques offrent une solution à cette situation en exploitant la stabilité thermique du sol de façon continue et durable permettant de diminuer la consommation en diesel des bâtiments. Cependant, l’utilisation de ces systèmes requiert une étude approfondie sur le comportement des systèmes dans le temps afin d’assurer leur performance énergétique dans un climat subarctique, où la performance de ces systèmes est peu démontrée.
La présente étude vise à évaluer numériquement la performance des pompes à chaleur géothermiques et des systèmes de stockage thermique souterrain en fonction du climat nordique (Hesaraki, A., Holmberg, S. et Haghighat, F., 2015) pour répondre aux besoins énergétiques d’un bâtiment du CEN à Whapmagoostui-Kuujjuarapik. Ce travail permettra d’analyser la viabilité de ces technologies pour éventuellement installer l’un de ces systèmes au complexe du CEN. Ceci pourra ainsi servir de démonstration technologique dans les communautés nordiques afin de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre liées au chauffage des bâtiments.
Le site à l’étude est basé au complexe scientifique du CEN à Whapmagoostui-Kuujjuarapik. Cet endroit a été sélectionné en raison de l’accessibilité à ses infrastructures et de la disponibilité des données pour ses bâtiments. Ce lieu pourrait correspondre à une démonstration de la performance de ces systèmes pour les communautés nordiques. La majorité des données à acquérir sont situées au complexe du CEN ou à proximité dans les communautés de Whapmagoostui et de Kuujjuarapik.
Pour implémenter les modèles numériques représentatifs des systèmes géothermiques, il sera nécessaire d’évaluer les propriétés thermiques et hydrauliques caractéristiques du sol à Whapmagoostui-Kuujjuarapik. Des essais de réponse thermiques impliquant des câbles chauffants, des sources d’alimentation électriques, des capteurs de température seront nécessaires pour évaluer les propriétés du sol (Raymond et al., 2011). Des données de la consommation énergétique des bâtiments ainsi que de la production d’énergie des panneaux solaires au complexe du CEN seront également acquises. Ces données pourront ensuite être implémentées dans les modèles numériques construits afin de simuler la performance des systèmes géothermiques dans le temps (Giordano et Raymond, 2019).
Giordano, N. et Raymond, J., 2019. Alternative and sustainable heat production for drinking water needs in a subarctic climate (Nunavik, Canada) : Borehole thermal energy storage to reduce fossil fuel dependency in off-grid communities. Applied energy 252, 113463. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113463 Hesaraki, A., Holmberg, S. et Haghighat, F., 2015. Seasonal thermal energy storage with heat pumps and low temperatures in building projects—A comparative review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol.43, pp. 1199-1213. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.002 Raymond, J., Therrien, R., & Gosselin, L., 2011. Borehole temperature evolution during thermal response tests. Geothermics, 40(1), 69-78. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2010.12.002
Raymond, J., Langevin, H., Comeau, F.-A., Malo, M., 2022. Temperature dependence of rock salt thermal conductivity: Implications for geothermal exploration. Renewable Energy, 184: 26-35. DOI: 10.1016/j.renene.2021.11.080.
Langevin, H., Fraser, T., Raymond, J., 2020. Assessment of thermo-hydraulic properties of rock samples near Takhini Hot Springs, Yukon. Pages 57-73 dans MacFarlane, K.E. (Éditeur). Yukon Exploration and Geology 2019. Yukon Geological Survey.